JP3132809B2 - 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents
磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドInfo
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- Hall/Mr Elements (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低磁界で大きな磁
気抵抗変化をおこす磁気抵抗効果素子、およびそれを用
いて構成される、高密度磁気記録再生に適した磁気抵抗
効果型ヘッドに関するものである。
気抵抗変化をおこす磁気抵抗効果素子、およびそれを用
いて構成される、高密度磁気記録再生に適した磁気抵抗
効果型ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素
子）を用いた磁気抵抗効果型センサ（ＭＲセンサ）、磁
気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）の開発が進められて
いる。ＭＲ素子とは、外部から印加される磁界に応じて
電気抵抗を変化させる素子をいう。ＭＲ素子の特性は、
通常、磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ比と略す）によって
示される。ＭＲ比は次式で定義される。
子）を用いた磁気抵抗効果型センサ（ＭＲセンサ）、磁
気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）の開発が進められて
いる。ＭＲ素子とは、外部から印加される磁界に応じて
電気抵抗を変化させる素子をいう。ＭＲ素子の特性は、
通常、磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ比と略す）によって
示される。ＭＲ比は次式で定義される。
【０００３】ＭＲ比（％）＝（Ｒ（最大値）−Ｒ（最小
値））／Ｒ（最小値）×１００ なお、Ｒ（最大値）およびＲ（最小値）は、磁気抵抗効
果素子に磁界を印加していった場合の磁気抵抗効果素子
の抵抗の最大値および最小値を示す。
値））／Ｒ（最小値）×１００ なお、Ｒ（最大値）およびＲ（最小値）は、磁気抵抗効
果素子に磁界を印加していった場合の磁気抵抗効果素子
の抵抗の最大値および最小値を示す。
【０００４】従来、ＭＲ素子の材料としては、磁性体に
主にNi0.8Fe0.2のパーマロイやNi0.8Co0.2合金膜が用い
られている。これら磁気抵抗効果材料の場合はＭＲ比が
2.5％程度であり、より高感度なＭＲセンサおよびＭＲ
ヘッドを開発するためには、より大きなＭＲ比を示す磁
気抵抗素子が求められる。
主にNi0.8Fe0.2のパーマロイやNi0.8Co0.2合金膜が用い
られている。これら磁気抵抗効果材料の場合はＭＲ比が
2.5％程度であり、より高感度なＭＲセンサおよびＭＲ
ヘッドを開発するためには、より大きなＭＲ比を示す磁
気抵抗素子が求められる。
【０００５】近年、Cr、Ru等の金属非磁性薄膜を介して
反強磁性的結合をしている[Fe/Cr]、[Co/Ru]人工格子膜
が、強磁場（1〜10 kOe）で巨大磁気抵抗効果を示すこ
とが発見された（Physical Review Letter Vol.61, p24
72, 1988; 同 Vol.64, p2304,1990）。しかしながらこ
れらの人工格子膜は、大きな磁気抵抗変化を得るのに数
kOe〜数10kOeの磁界を必要とする。このため、これらの
人工格子膜は、ＭＲヘッド等の用途には実用的でない。
反強磁性的結合をしている[Fe/Cr]、[Co/Ru]人工格子膜
が、強磁場（1〜10 kOe）で巨大磁気抵抗効果を示すこ
とが発見された（Physical Review Letter Vol.61, p24
72, 1988; 同 Vol.64, p2304,1990）。しかしながらこ
れらの人工格子膜は、大きな磁気抵抗変化を得るのに数
kOe〜数10kOeの磁界を必要とする。このため、これらの
人工格子膜は、ＭＲヘッド等の用途には実用的でない。
【０００６】また、金属非磁性薄膜Cuで分離され磁気的
結合をしていない保磁力の異なる磁性薄膜Ni-FeとCoを
用いた[Ni-Fe/Cu/Co]人工格子膜でも、巨大磁気抵抗効
果が発見され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約8％の
ものが得られている（Journal of Physical Society of
Japan Vol.59, p3061, 1990）。しかしながら、このタ
イプの材料は、大きな磁気抵抗変化を得るのに約100 Oe
の磁界を必要とし、かつ、磁気抵抗が負の磁界を印加し
た場合と正の磁界を印加した場合とで非対称に変化する
ため、やはり実用的には使いにくい。
結合をしていない保磁力の異なる磁性薄膜Ni-FeとCoを
用いた[Ni-Fe/Cu/Co]人工格子膜でも、巨大磁気抵抗効
果が発見され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約8％の
ものが得られている（Journal of Physical Society of
Japan Vol.59, p3061, 1990）。しかしながら、このタ
イプの材料は、大きな磁気抵抗変化を得るのに約100 Oe
の磁界を必要とし、かつ、磁気抵抗が負の磁界を印加し
た場合と正の磁界を印加した場合とで非対称に変化する
ため、やはり実用的には使いにくい。
【０００７】さらに、Cuを介したＲＫＫＹ的反強磁性的
結合をしている磁性薄膜Ni-Fe-Co,Coを用いた[Ni-Fe-Co
/Cu/Co],[Ni-Fe-Co/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効
果が発見され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約15％の
ものが得られている（電子情報通信学会技術研究報告 M
R91-9）。このタイプの材料の場合、磁気抵抗は、磁界
零から正の磁界を印加するにつれてほぼ直線的に変化
し、ＭＲセンサには十分実用的な特性を示す。しかしな
がらこのタイプの材料でも、大きな磁気抵抗変化を得る
のには50 Oe程度の磁界を必要とし、少なくとも20 Oe以
下の動作が要求されるＭＲヘッドには実用的ではない。
結合をしている磁性薄膜Ni-Fe-Co,Coを用いた[Ni-Fe-Co
/Cu/Co],[Ni-Fe-Co/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効
果が発見され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約15％の
ものが得られている（電子情報通信学会技術研究報告 M
R91-9）。このタイプの材料の場合、磁気抵抗は、磁界
零から正の磁界を印加するにつれてほぼ直線的に変化
し、ＭＲセンサには十分実用的な特性を示す。しかしな
がらこのタイプの材料でも、大きな磁気抵抗変化を得る
のには50 Oe程度の磁界を必要とし、少なくとも20 Oe以
下の動作が要求されるＭＲヘッドには実用的ではない。
【０００８】微小印加磁界で動作する磁性体材料として
は、反強磁性材料のFe-MnをNi-Fe/Cu/Ni-Feにつけたス
ピンバルブ型の材料が提案されている（Journal of Mag
netism and Magnetic Materials 93,p101,1991）。この
タイプの材料は、動作磁界は確かに小さく、磁気抵抗変
化の直線性も良い。しかし、ＭＲ比が約２％と小さく、
Fe-Mn膜の耐蝕性の問題や、Fe-Mn薄膜のネール温度が低
いためにＭＲ素子自体の特性の温度依存性が大きくなる
という問題があった。
は、反強磁性材料のFe-MnをNi-Fe/Cu/Ni-Feにつけたス
ピンバルブ型の材料が提案されている（Journal of Mag
netism and Magnetic Materials 93,p101,1991）。この
タイプの材料は、動作磁界は確かに小さく、磁気抵抗変
化の直線性も良い。しかし、ＭＲ比が約２％と小さく、
Fe-Mn膜の耐蝕性の問題や、Fe-Mn薄膜のネール温度が低
いためにＭＲ素子自体の特性の温度依存性が大きくなる
という問題があった。
【０００９】また、反強磁性体を用いる代わりにCo-Pt
等の硬質磁性材料を用いた、Ni-Fe/Cu/Co-Pt等の構成の
スピンバルブ膜も提案されている。このスピンバルブ膜
は、硬質磁性膜の保磁力以下で軟磁性膜の磁化を回転す
ることにより、磁化の平行、反平行状態を作り出すもの
である。ただし、この場合も軟磁性膜の軟磁気特性をよ
くするのは難しく、実用化には至っていない。
等の硬質磁性材料を用いた、Ni-Fe/Cu/Co-Pt等の構成の
スピンバルブ膜も提案されている。このスピンバルブ膜
は、硬質磁性膜の保磁力以下で軟磁性膜の磁化を回転す
ることにより、磁化の平行、反平行状態を作り出すもの
である。ただし、この場合も軟磁性膜の軟磁気特性をよ
くするのは難しく、実用化には至っていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の巨大磁気抵抗効
果を用いたＭＲ素子においては、軟磁性膜として結晶質
のNi-Fe合金からなる膜やNi-Fe-Co合金からなる膜を用
いている。このため、軟磁性膜の結晶磁気異方性を完全
には0にできず、従って軟磁気特性が悪く、動作磁界が
どうしても大きくなる傾向があった。
果を用いたＭＲ素子においては、軟磁性膜として結晶質
のNi-Fe合金からなる膜やNi-Fe-Co合金からなる膜を用
いている。このため、軟磁性膜の結晶磁気異方性を完全
には0にできず、従って軟磁気特性が悪く、動作磁界が
どうしても大きくなる傾向があった。
【００１１】また最近、軟磁性膜としてCo-Fe-B非晶質
合金からなる膜を用いたCo-Fe-B/Cu/Coスピンバルブ膜
で、5.4%の磁気抵抗効果が報告されている（Japanese J
ournalof Applied Physics, Vol. 34, pp. L112-L114,
1995）。軟磁性膜として非晶質合金からなる膜を用いる
と、従来の結晶質Ni-Fe合金やNi-Fe-Co合金からなる膜
に比べて優れた軟磁気特性が得られるので、より磁界感
度の優れたＭＲ素子を作成することが可能となる。しか
し、このCo-Fe-B/Cu/Coスピンバルブ膜では、十分なＭ
Ｒ比と磁界感度とを両立させるのは困難である。
合金からなる膜を用いたCo-Fe-B/Cu/Coスピンバルブ膜
で、5.4%の磁気抵抗効果が報告されている（Japanese J
ournalof Applied Physics, Vol. 34, pp. L112-L114,
1995）。軟磁性膜として非晶質合金からなる膜を用いる
と、従来の結晶質Ni-Fe合金やNi-Fe-Co合金からなる膜
に比べて優れた軟磁気特性が得られるので、より磁界感
度の優れたＭＲ素子を作成することが可能となる。しか
し、このCo-Fe-B/Cu/Coスピンバルブ膜では、十分なＭ
Ｒ比と磁界感度とを両立させるのは困難である。
【００１２】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ＭＲ比の向上と磁界感度の向
上とを両立させることができる磁気抵抗効果素子、およ
びそれを用いた磁気抵抗効果型ヘッドを提供することで
ある。
ものであり、その目的は、ＭＲ比の向上と磁界感度の向
上とを両立させることができる磁気抵抗効果素子、およ
びそれを用いた磁気抵抗効果型ヘッドを提供することで
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、軟磁性膜と、少なくとも１つの硬質磁性膜と、該
軟磁性膜と該少なくとも１つの硬質磁性膜との間に形成
された少なくとも１つの非磁性膜とを備えている磁気抵
抗効果素子であって、該軟磁性膜は、非晶質構造を含む
合金膜から形成されており、該軟磁性膜と該非磁性膜と
の界面に、該界面における伝導電子のスピン依存散乱を
高め且つ磁気抵抗効果を向上させる界面磁性膜が設けら
れており、該軟磁性膜は、膜厚が５ｎｍ以下であり、該
界面磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であ
り、そのことにより上記目的を達成する。
子は、軟磁性膜と、少なくとも１つの硬質磁性膜と、該
軟磁性膜と該少なくとも１つの硬質磁性膜との間に形成
された少なくとも１つの非磁性膜とを備えている磁気抵
抗効果素子であって、該軟磁性膜は、非晶質構造を含む
合金膜から形成されており、該軟磁性膜と該非磁性膜と
の界面に、該界面における伝導電子のスピン依存散乱を
高め且つ磁気抵抗効果を向上させる界面磁性膜が設けら
れており、該軟磁性膜は、膜厚が５ｎｍ以下であり、該
界面磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であ
り、そのことにより上記目的を達成する。
【００１４】前記少なくとも１つの硬質磁性膜は、前記
軟磁性膜の両側に設けられた一対の硬質磁性膜であり、
前記少なくとも１つの非磁性膜は、該軟磁性膜と該一対
の硬質磁性膜との間にそれぞれ設けられた一対の非磁性
膜であってもよい。
軟磁性膜の両側に設けられた一対の硬質磁性膜であり、
前記少なくとも１つの非磁性膜は、該軟磁性膜と該一対
の硬質磁性膜との間にそれぞれ設けられた一対の非磁性
膜であってもよい。
【００１５】前記硬質磁性膜は、残留磁化と飽和磁化と
の比が0.7以上であってもよい。
の比が0.7以上であってもよい。
【００１６】前記硬質磁性膜の少なくとも一部は、酸化
物から形成されていてもよい。好ましくは、前記硬質磁
性膜は、FeおよびCoの酸化物から形成されている。
物から形成されていてもよい。好ましくは、前記硬質磁
性膜は、FeおよびCoの酸化物から形成されている。
【００１７】あるいは、前記硬質磁性膜は、CoxFe1-xを
主成分とし、Ｘは0.3〜0.7であってもよい。
主成分とし、Ｘは0.3〜0.7であってもよい。
【００１８】前記硬質磁性膜の前記非磁性膜とは反対側
に設けられた酸化物膜をさらに備えていてもよい。好ま
しくは、前記酸化物膜は、Niの酸化物から形成されてい
る。
に設けられた酸化物膜をさらに備えていてもよい。好ま
しくは、前記酸化物膜は、Niの酸化物から形成されてい
る。
【００１９】前記硬質磁性層の前記非磁性膜とは反対側
に設けられた酸化物磁性膜をさらに備えていてもよい。
好ましくは、前記酸化物磁性膜は、CoおよびFeの酸化物
から形成されている。
に設けられた酸化物磁性膜をさらに備えていてもよい。
好ましくは、前記酸化物磁性膜は、CoおよびFeの酸化物
から形成されている。
【００２０】本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも
１つの金属反強磁性体膜と、該金属反強磁性体膜と磁気
的に結合した少なくとも１つの磁性膜と、軟磁性膜と、
該磁性膜と該軟磁性膜との間に形成された非磁性膜と、
を備えている磁気抵抗効果素子であって、該軟磁性膜
は、非晶質構造を含む合金膜から形成されており、該軟
磁性膜と該非磁性膜との界面に、該界面における伝導電
子のスピン依存散乱を高め且つ該軟磁性膜の軟磁性特性
を向上させる界面磁性膜が設けられており、該軟磁性膜
は、膜厚が５ｎｍ以下であり、該界面磁性膜の膜厚が
０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であり、そのことにより
上記目的を達成する。
１つの金属反強磁性体膜と、該金属反強磁性体膜と磁気
的に結合した少なくとも１つの磁性膜と、軟磁性膜と、
該磁性膜と該軟磁性膜との間に形成された非磁性膜と、
を備えている磁気抵抗効果素子であって、該軟磁性膜
は、非晶質構造を含む合金膜から形成されており、該軟
磁性膜と該非磁性膜との界面に、該界面における伝導電
子のスピン依存散乱を高め且つ該軟磁性膜の軟磁性特性
を向上させる界面磁性膜が設けられており、該軟磁性膜
は、膜厚が５ｎｍ以下であり、該界面磁性膜の膜厚が
０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であり、そのことにより
上記目的を達成する。
【００２１】前記少なくとも１つの金属反強磁性体膜
は、前記軟磁性膜の両側に設けられた一対の金属反強磁
性体膜であり、前記少なくとも１つの磁性膜は、該軟磁
性膜の両側に設けられた一対の磁性膜であってもよい。
は、前記軟磁性膜の両側に設けられた一対の金属反強磁
性体膜であり、前記少なくとも１つの磁性膜は、該軟磁
性膜の両側に設けられた一対の磁性膜であってもよい。
【００２２】本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも
２つの軟磁性膜と、該軟磁性膜の間に形成された少なく
とも１つの非磁性膜と、該軟磁性膜の少なくとも１つ
の、該非磁性膜とは反対側に設けられた少なくとも１つ
の金属反強磁性体膜と、を備えている磁気抵抗効果素子
であって、該軟磁性膜の各々は、非晶質構造を含む合金
膜であり、該軟磁性膜と該非磁性膜との界面の少なくと
も１つに、該界面における伝導電子のスピン依存散乱を
高め且つ磁気抵抗効果を向上させる界面磁性膜が設けら
れており、該軟磁性膜は、膜厚が５ｎｍ以下であり、該
界面磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であ
り、そのことにより上記目的を達成する。
２つの軟磁性膜と、該軟磁性膜の間に形成された少なく
とも１つの非磁性膜と、該軟磁性膜の少なくとも１つ
の、該非磁性膜とは反対側に設けられた少なくとも１つ
の金属反強磁性体膜と、を備えている磁気抵抗効果素子
であって、該軟磁性膜の各々は、非晶質構造を含む合金
膜であり、該軟磁性膜と該非磁性膜との界面の少なくと
も１つに、該界面における伝導電子のスピン依存散乱を
高め且つ磁気抵抗効果を向上させる界面磁性膜が設けら
れており、該軟磁性膜は、膜厚が５ｎｍ以下であり、該
界面磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であ
り、そのことにより上記目的を達成する。
【００２３】前記軟磁性膜は、２つの非磁性膜が間に設
けられた３つの軟磁性膜であり、前記少なくとも１つの
金属反強磁性体膜は、該３つの軟磁性膜および該２つの
非磁性膜を挟むように設けられた一対の金属反強磁性体
膜であってもよい。
けられた３つの軟磁性膜であり、前記少なくとも１つの
金属反強磁性体膜は、該３つの軟磁性膜および該２つの
非磁性膜を挟むように設けられた一対の金属反強磁性体
膜であってもよい。
【００２４】前記磁気抵抗効果素子は、前記金属反強磁
性体膜と前記軟磁性膜との間に形成された結晶質磁性膜
をさらに備えていてもよい。好ましくは、前記結晶質磁
性膜はNi-Fe-Co合金から形成されている。
性体膜と前記軟磁性膜との間に形成された結晶質磁性膜
をさらに備えていてもよい。好ましくは、前記結晶質磁
性膜はNi-Fe-Co合金から形成されている。
【００２５】前記金属反強磁性体膜は、M-Mn合金から形
成されており、MはIr、Pt、PdおよびNiのいずれかであ
ってもよい。好ましくは、前記金属反強磁性体膜は、Ir
-Mn合金から形成されている。あるいは、前記金属反強
磁性体膜は、Fe-Ir合金から形成され得る。
成されており、MはIr、Pt、PdおよびNiのいずれかであ
ってもよい。好ましくは、前記金属反強磁性体膜は、Ir
-Mn合金から形成されている。あるいは、前記金属反強
磁性体膜は、Fe-Ir合金から形成され得る。
【００２６】好ましくは、前記界面磁性膜は、主成分と
してCoまたはCo-Fe合金を含有しており、厚さが2nm以下
である。
してCoまたはCo-Fe合金を含有しており、厚さが2nm以下
である。
【００２７】好ましくは、前記非磁性膜中には、異なる
材料からなる非磁性膜が挿入されている。さらに好まし
くは、前記異なる材料からなる非磁性膜の厚さは１nm以
下である。
材料からなる非磁性膜が挿入されている。さらに好まし
くは、前記異なる材料からなる非磁性膜の厚さは１nm以
下である。
【００２８】前記磁気抵抗効果素子は、前記硬質磁性膜
と前記非磁性膜との界面に設けられた更なる界面磁性膜
を含んでいてもよい。好ましくは、前記更なる界面磁性
膜は、主成分としてCoまたはCo-Fe合金を含有してお
り、厚さが2nm以下である。
と前記非磁性膜との界面に設けられた更なる界面磁性膜
を含んでいてもよい。好ましくは、前記更なる界面磁性
膜は、主成分としてCoまたはCo-Fe合金を含有してお
り、厚さが2nm以下である。
【００２９】好ましくは、前記非晶質構造を含む合金膜
は、主成分としてCo-Mn-B合金を含有している。あるい
は、前記非晶質構造を含む合金膜は、主成分としてCo-N
b-Zr合金を含有している。あるいは、前記非晶質構造を
含む合金膜は、主成分としてCo-Nb-B合金を含有してい
る。
は、主成分としてCo-Mn-B合金を含有している。あるい
は、前記非晶質構造を含む合金膜は、主成分としてCo-N
b-Zr合金を含有している。あるいは、前記非晶質構造を
含む合金膜は、主成分としてCo-Nb-B合金を含有してい
る。
【００３０】好ましくは、前記硬質磁性膜の磁化容易
軸、または前記金属反強磁性体膜と磁気的に結合してい
る前記磁性体膜の磁化容易軸は、検知すべき磁界の方向
と実質的に一致しており、前記磁気抵抗効果素子の厚さ
が20nm以下である。
軸、または前記金属反強磁性体膜と磁気的に結合してい
る前記磁性体膜の磁化容易軸は、検知すべき磁界の方向
と実質的に一致しており、前記磁気抵抗効果素子の厚さ
が20nm以下である。
【００３１】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上述し
た本発明の磁気抵抗効果素子と、リード部とを備えてお
り、そのことにより上記目的を達成する。
た本発明の磁気抵抗効果素子と、リード部とを備えてお
り、そのことにより上記目的を達成する。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗型ヘッドを説明す
る。
明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗型ヘッドを説明す
る。
【００３３】（実施形態１）図１に、本発明のＭＲ素子
の一実施形態における断面を模式的に示す。本実施形態
のＭＲ素子は、軟磁性膜としての非晶質合金膜１と、硬
質磁性膜４と、これらの間に形成された非磁性膜３とを
備えている。非磁性膜３は、非晶質合金膜１と硬質磁性
膜４との間の磁気的結合を弱めるために形成されてい
る。また、非晶質合金膜１と非磁性膜３との界面には、
これらの界面で生じるスピン依存散乱を高めるために界
面磁性膜２が挿入されている。軟磁性膜である非晶質合
金膜１の磁化は弱磁界で容易に反転可能であるが、硬質
磁性膜４の磁化は弱磁界では反転しない。したがって、
検出すべき磁界がＭＲ素子に印加されると、それに応じ
て非晶質合金膜１の磁化の方向のみが回転し、非晶質合
金膜１の磁化の方向と硬質磁性膜４の磁化の方向とがな
す角度に応じてＭＲ素子自体の電気抵抗が変化する。な
お、本明細書では、100 Oe以上の保磁力を有する磁性膜
を「硬質磁性膜」といい、20 Oe以下の保磁力を有する
磁性膜を「軟磁性膜」という。また、軟磁性膜より大き
く硬質磁性膜より小さい保磁力を有する磁性膜を「半硬
質磁性膜」という。
の一実施形態における断面を模式的に示す。本実施形態
のＭＲ素子は、軟磁性膜としての非晶質合金膜１と、硬
質磁性膜４と、これらの間に形成された非磁性膜３とを
備えている。非磁性膜３は、非晶質合金膜１と硬質磁性
膜４との間の磁気的結合を弱めるために形成されてい
る。また、非晶質合金膜１と非磁性膜３との界面には、
これらの界面で生じるスピン依存散乱を高めるために界
面磁性膜２が挿入されている。軟磁性膜である非晶質合
金膜１の磁化は弱磁界で容易に反転可能であるが、硬質
磁性膜４の磁化は弱磁界では反転しない。したがって、
検出すべき磁界がＭＲ素子に印加されると、それに応じ
て非晶質合金膜１の磁化の方向のみが回転し、非晶質合
金膜１の磁化の方向と硬質磁性膜４の磁化の方向とがな
す角度に応じてＭＲ素子自体の電気抵抗が変化する。な
お、本明細書では、100 Oe以上の保磁力を有する磁性膜
を「硬質磁性膜」といい、20 Oe以下の保磁力を有する
磁性膜を「軟磁性膜」という。また、軟磁性膜より大き
く硬質磁性膜より小さい保磁力を有する磁性膜を「半硬
質磁性膜」という。
【００３４】このＭＲ素子の動作原理を簡単に説明す
る。硬質磁性膜４を強磁界により一方向に磁化した場合
において、硬質磁性膜４が磁化された方向とは逆の方向
の弱い磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質磁
性膜４の磁化は反転されないが、非晶質合金膜１の磁化
は印加された磁界の方向に反転される。その結果、硬質
磁性膜４の磁化の方向と非晶質合金膜１の磁化の方向と
は反平行となる。このように硬質磁性膜４の磁化の方向
と非晶質合金膜１の磁化の方向とが反平行となることに
より、磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は、主に硬
質磁性膜４／非磁性膜３または非磁性膜３／界面磁性膜
２の界面において磁気的散乱を受ける。その結果、磁気
抵抗効果素子の抵抗が増加する。
る。硬質磁性膜４を強磁界により一方向に磁化した場合
において、硬質磁性膜４が磁化された方向とは逆の方向
の弱い磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質磁
性膜４の磁化は反転されないが、非晶質合金膜１の磁化
は印加された磁界の方向に反転される。その結果、硬質
磁性膜４の磁化の方向と非晶質合金膜１の磁化の方向と
は反平行となる。このように硬質磁性膜４の磁化の方向
と非晶質合金膜１の磁化の方向とが反平行となることに
より、磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は、主に硬
質磁性膜４／非磁性膜３または非磁性膜３／界面磁性膜
２の界面において磁気的散乱を受ける。その結果、磁気
抵抗効果素子の抵抗が増加する。
【００３５】一方、硬質磁性膜４が磁化された方向と同
一の方向の弱い磁界が磁気抵抗効果素子に印加される
と、硬質磁性膜４の磁化の方向と非晶質合金膜１の磁化
の方向とは平行となる。その結果、上述した磁気的散乱
が低減されるので、磁気抵抗効果素子の抵抗が減少す
る。このような原理に従い、ＭＲ素子は、信号磁界の変
化に応じて電気抵抗を変化させる。
一の方向の弱い磁界が磁気抵抗効果素子に印加される
と、硬質磁性膜４の磁化の方向と非晶質合金膜１の磁化
の方向とは平行となる。その結果、上述した磁気的散乱
が低減されるので、磁気抵抗効果素子の抵抗が減少す
る。このような原理に従い、ＭＲ素子は、信号磁界の変
化に応じて電気抵抗を変化させる。
【００３６】従来のスピンバルブ膜を用いたＭＲ素子で
は、軟磁性膜として結晶質であるNi-Fe合金やNi-Fe-Co
合金を用いていたために、軟磁性膜の磁化を反転させる
のに必要な磁界、すなわち動作磁界を十分小さくするこ
とができなかった。これに対して、本実施形態では、軟
磁性膜として非晶質合金膜を用いている。非晶質合金膜
は、結晶質の膜と比べて結晶磁気異方性が小さく、それ
ゆえに保磁力を小さくすることができる。したがって、
動作磁界を十分に小さくすることができる。完全に非晶
質である膜を用いる場合には結晶磁気異方性は0である
ので、保磁力は大幅に小さくなる。本明細書では、「非
晶質合金膜」とは、非晶質構造を含む合金膜を指すもの
とし、したがって完全に非晶質であるものには限定され
ない。ただし、ＭＲ素子の磁気ヘッド等への応用を考慮
すると、軟磁性膜の厚さは10nm以下、望ましくは5nm以
下であり、このように薄い膜では完全に非晶質になって
いるかどうかをＸ線回折等で確認するのは困難である。
このため、非晶質構造を含むかどうかの確認は、100nm
程度の厚い膜で行うことになる。
は、軟磁性膜として結晶質であるNi-Fe合金やNi-Fe-Co
合金を用いていたために、軟磁性膜の磁化を反転させる
のに必要な磁界、すなわち動作磁界を十分小さくするこ
とができなかった。これに対して、本実施形態では、軟
磁性膜として非晶質合金膜を用いている。非晶質合金膜
は、結晶質の膜と比べて結晶磁気異方性が小さく、それ
ゆえに保磁力を小さくすることができる。したがって、
動作磁界を十分に小さくすることができる。完全に非晶
質である膜を用いる場合には結晶磁気異方性は0である
ので、保磁力は大幅に小さくなる。本明細書では、「非
晶質合金膜」とは、非晶質構造を含む合金膜を指すもの
とし、したがって完全に非晶質であるものには限定され
ない。ただし、ＭＲ素子の磁気ヘッド等への応用を考慮
すると、軟磁性膜の厚さは10nm以下、望ましくは5nm以
下であり、このように薄い膜では完全に非晶質になって
いるかどうかをＸ線回折等で確認するのは困難である。
このため、非晶質構造を含むかどうかの確認は、100nm
程度の厚い膜で行うことになる。
【００３７】非晶質合金膜１の材料としては、B（ホウ
素）を15〜30原子％程度含有するCo-Ｍ-B（Ｍ=Mn、Fe）
系材料、非磁性遷移金属Ｔを6〜25原子％程度含有するC
o-Ｔ（Ｔ=Nb、Ta、Zr、Hf）系材料、両者の中間の2〜15
原子％のBと2〜20原子％の非磁性遷移金属Ｔとを含有す
るCo-T-B系材料、あるいは磁歪を調整してほぼ零（絶対
値が10-5以下）とするためにＭを5原子％以下添加したC
o-Ｍ-Ｔ-B系材料などがあるが、大きなＭＲ比の観点か
らは、特にCo-Mn-Bを主成分とするものが優れており、
耐食性と軟磁気特性の観点からはCo-Nb-Zrを主成分とす
るものが優れ、双方の中間的な特性をバランス良く有す
るものとしてはCo-Nb-Bを主成分とするものがある。
素）を15〜30原子％程度含有するCo-Ｍ-B（Ｍ=Mn、Fe）
系材料、非磁性遷移金属Ｔを6〜25原子％程度含有するC
o-Ｔ（Ｔ=Nb、Ta、Zr、Hf）系材料、両者の中間の2〜15
原子％のBと2〜20原子％の非磁性遷移金属Ｔとを含有す
るCo-T-B系材料、あるいは磁歪を調整してほぼ零（絶対
値が10-5以下）とするためにＭを5原子％以下添加したC
o-Ｍ-Ｔ-B系材料などがあるが、大きなＭＲ比の観点か
らは、特にCo-Mn-Bを主成分とするものが優れており、
耐食性と軟磁気特性の観点からはCo-Nb-Zrを主成分とす
るものが優れ、双方の中間的な特性をバランス良く有す
るものとしてはCo-Nb-Bを主成分とするものがある。
【００３８】Co-Mn-B合金の場合には、磁歪がほぼ零に
なる組成のものを用いるのが望ましい。具体的には、原
子組成比で、Co1-x-yMnxBy（0.05≦x≦0.08、0.15≦y≦
0.3）程度のものが望ましい。
なる組成のものを用いるのが望ましい。具体的には、原
子組成比で、Co1-x-yMnxBy（0.05≦x≦0.08、0.15≦y≦
0.3）程度のものが望ましい。
【００３９】またCo-Fe-B合金の場合には、原子組成比
で、Co1-x'-y'Fex'By'（0.05≦x'≦0.06、0.15≦y'≦0.
3）程度のものが望ましい。
で、Co1-x'-y'Fex'By'（0.05≦x'≦0.06、0.15≦y'≦0.
3）程度のものが望ましい。
【００４０】またCo-Nb-Zr合金の場合には、原子組成比
で、Co1-x"-y"Nbx"Zry"（0.06≦x"≦0.20、0.03≦y"≦
0.10）程度のものが望ましい。
で、Co1-x"-y"Nbx"Zry"（0.06≦x"≦0.20、0.03≦y"≦
0.10）程度のものが望ましい。
【００４１】またCo-Nb-B合金の場合には、原子組成比
で、Co1-u-vNbuBv（0.02≦ｕ≦0.15、0.02≦ｖ≦0.20）
程度のものが望ましいが、この合金の場合は磁歪が僅か
に負であるので、磁歪をほぼ零とするためにさらにFe、
もしくはMnを原子組成で1〜5％程添加することが望まし
い。
で、Co1-u-vNbuBv（0.02≦ｕ≦0.15、0.02≦ｖ≦0.20）
程度のものが望ましいが、この合金の場合は磁歪が僅か
に負であるので、磁歪をほぼ零とするためにさらにFe、
もしくはMnを原子組成で1〜5％程添加することが望まし
い。
【００４２】なお、以上挙げたのは、Co-Mn-B合金、Co-
Fe-B合金、Co-Nb-Zr合金、Co-Nb-B合金等がほぼ完全に
非晶質となる場合の組成である。しかし、多少の結晶質
が混入している膜や、微結晶構造を含んでいる膜であっ
ても、本実施形態における軟磁性膜１として用いること
ができる。ただしこの場合には、ＭＲ比は大きくなる
が、軟磁気特性は若干悪くなる傾向がある。具体的に
は、Co-Mn-B合金の場合には、原子組成比でCo1-x-yMnxB
y（0.05≦x≦0.08、0.05≦y≦0.15）程度のものであれ
ば用いることができるし、Co-Fe-B合金の場合にはは原
子組成比でCo1-x'-y'Fex'By'（0.05≦x'≦0.06、0.05≦
y'≦0.15）程度のものであれば用いることができる。
Fe-B合金、Co-Nb-Zr合金、Co-Nb-B合金等がほぼ完全に
非晶質となる場合の組成である。しかし、多少の結晶質
が混入している膜や、微結晶構造を含んでいる膜であっ
ても、本実施形態における軟磁性膜１として用いること
ができる。ただしこの場合には、ＭＲ比は大きくなる
が、軟磁気特性は若干悪くなる傾向がある。具体的に
は、Co-Mn-B合金の場合には、原子組成比でCo1-x-yMnxB
y（0.05≦x≦0.08、0.05≦y≦0.15）程度のものであれ
ば用いることができるし、Co-Fe-B合金の場合にはは原
子組成比でCo1-x'-y'Fex'By'（0.05≦x'≦0.06、0.05≦
y'≦0.15）程度のものであれば用いることができる。
【００４３】硬質磁性膜４は、磁化曲線が良好な角型性
を有する材料から形成されることが好ましい。本明細書
では「良好な角型性」とは角型比Ｓ（＝残留磁化／飽和
磁化）が約0.7以上あると定義する。望ましくは、角型
比が0.85以上の強磁性体が、本実施形態における硬質磁
性膜４の材料としてよい。硬質磁性膜４の角型比が悪い
と、軟磁性膜（本発明の場合は非晶質合金膜）との間で
磁化の完全な平行および反平行状態が実現されず、線形
性がよいＭＲ素子が得られない。
を有する材料から形成されることが好ましい。本明細書
では「良好な角型性」とは角型比Ｓ（＝残留磁化／飽和
磁化）が約0.7以上あると定義する。望ましくは、角型
比が0.85以上の強磁性体が、本実施形態における硬質磁
性膜４の材料としてよい。硬質磁性膜４の角型比が悪い
と、軟磁性膜（本発明の場合は非晶質合金膜）との間で
磁化の完全な平行および反平行状態が実現されず、線形
性がよいＭＲ素子が得られない。
【００４４】硬質磁性膜４の材料としては、主成分とし
てCoを含有するもの（２元系の場合はCoが50原子％を超
える、３元系の場合はCoが33.3原子％を超える）が好ま
しく、CoまたはCo-Fe合金、Co-Pt合金等のCo系の材料が
優れている。特に、CoまたはCo-Fe合金、より望ましく
は原子組成比でCo1-xFex（0.3≦x≦0.7）程度のものが
よい。
てCoを含有するもの（２元系の場合はCoが50原子％を超
える、３元系の場合はCoが33.3原子％を超える）が好ま
しく、CoまたはCo-Fe合金、Co-Pt合金等のCo系の材料が
優れている。特に、CoまたはCo-Fe合金、より望ましく
は原子組成比でCo1-xFex（0.3≦x≦0.7）程度のものが
よい。
【００４５】また、硬質磁性膜４の非磁性膜３とは反対
側に、酸化物膜もしくは酸化物磁性膜をさらに設けても
よい。酸化物膜もしくは酸化物磁性膜と硬質磁性膜４と
を組み合わせれば、保磁力の大きい硬質磁性膜を比較的
容易に実現することができ、さらに、酸化物膜もしくは
酸化物磁性膜と硬質磁性膜４との組み合わせの全体とし
て角型比を大きくすることができ、ＭＲ比をより大きく
することができる。酸化物膜を設ける場合にはNi-O等の
膜が、酸化物磁性膜を設ける場合にはCo-O、Fe-O、Co-F
e-O等の膜が適している。
側に、酸化物膜もしくは酸化物磁性膜をさらに設けても
よい。酸化物膜もしくは酸化物磁性膜と硬質磁性膜４と
を組み合わせれば、保磁力の大きい硬質磁性膜を比較的
容易に実現することができ、さらに、酸化物膜もしくは
酸化物磁性膜と硬質磁性膜４との組み合わせの全体とし
て角型比を大きくすることができ、ＭＲ比をより大きく
することができる。酸化物膜を設ける場合にはNi-O等の
膜が、酸化物磁性膜を設ける場合にはCo-O、Fe-O、Co-F
e-O等の膜が適している。
【００４６】あるいは、硬質磁性膜４全部を酸化物磁性
膜としてもよい。この場合の酸化物磁性膜の材料として
も、Co-O、Fe-O、Co-Fe-O等が適している。
膜としてもよい。この場合の酸化物磁性膜の材料として
も、Co-O、Fe-O、Co-Fe-O等が適している。
【００４７】非磁性膜３は、硬質磁性膜４と非晶質合金
膜１との間の磁気的結合を弱めるために形成される。し
たがって非磁性膜３の材料および厚さも、それを考慮し
て選択される。具体的には、非磁性膜３の材料としては
Cu、Ag、Au、Ru等を用いることができ、特にCu膜が望ま
しい。また、非磁性膜３の厚さは、少なくとも1.5nm以
上、望ましくは1.8nm以上は必要である。しかし、非磁
性膜３が厚くなるとＭＲ比が低下してしまうので、膜厚
は10nm以下、望ましくは3nm以下とするべきである。
膜１との間の磁気的結合を弱めるために形成される。し
たがって非磁性膜３の材料および厚さも、それを考慮し
て選択される。具体的には、非磁性膜３の材料としては
Cu、Ag、Au、Ru等を用いることができ、特にCu膜が望ま
しい。また、非磁性膜３の厚さは、少なくとも1.5nm以
上、望ましくは1.8nm以上は必要である。しかし、非磁
性膜３が厚くなるとＭＲ比が低下してしまうので、膜厚
は10nm以下、望ましくは3nm以下とするべきである。
【００４８】また、硬質磁性膜４と非晶質合金膜１との
間の磁気的結合を弱くするという作用を高めるために
は、非磁性膜３の中に、異なる材料からなる非磁性膜を
さらに挿入する、つまり非磁性膜３を異なる材料からな
る複数の非磁性層から構成するのも有効である。例え
ば、非磁性膜３としてCu単層からなる膜を用いるより
も、Cu/Ag/Cu、Cu/Ag、Ag/Cu/Ag等の積層構造を有する
膜を用いる方が、硬質磁性膜４と非晶質合金膜１との間
の相互作用をより弱めることができる。この場合、非磁
性膜３の中に挿入する非磁性膜の材料としては、Ag、Au
等がよい。ただし、非磁性膜３を複数の非磁性層の積層
構造とする場合には、積層構造全体の厚さを、単層から
非磁性膜３を構成する場合の厚さと同程度にするのが望
ましく、また各非磁性層の厚さを、望ましくは1nm以
下、さらに望ましくは0.4nm以下とするべきである。
間の磁気的結合を弱くするという作用を高めるために
は、非磁性膜３の中に、異なる材料からなる非磁性膜を
さらに挿入する、つまり非磁性膜３を異なる材料からな
る複数の非磁性層から構成するのも有効である。例え
ば、非磁性膜３としてCu単層からなる膜を用いるより
も、Cu/Ag/Cu、Cu/Ag、Ag/Cu/Ag等の積層構造を有する
膜を用いる方が、硬質磁性膜４と非晶質合金膜１との間
の相互作用をより弱めることができる。この場合、非磁
性膜３の中に挿入する非磁性膜の材料としては、Ag、Au
等がよい。ただし、非磁性膜３を複数の非磁性層の積層
構造とする場合には、積層構造全体の厚さを、単層から
非磁性膜３を構成する場合の厚さと同程度にするのが望
ましく、また各非磁性層の厚さを、望ましくは1nm以
下、さらに望ましくは0.4nm以下とするべきである。
【００４９】次に、本実施形態のＭＲ素子の特徴の１つ
である、非磁性膜３と非晶質合金膜１との界面に設けら
れた界面磁性膜２を説明する。
である、非磁性膜３と非晶質合金膜１との界面に設けら
れた界面磁性膜２を説明する。
【００５０】この界面磁性膜２の挿入は、上述したよう
に、非磁性膜３と非晶質合金膜１との界面での伝導電子
のスピン散乱を高め、それによりＭＲ比を大きくする。
しかしそれだけではなく、界面磁性膜２の厚さが薄けれ
ば、ＭＲ感度（ΔＭＲ/ΔＨ）も上昇する。ここでのΔ
ＭＲ/ΔＨの定義は図１２に示すように、零磁界からの
磁界変化に対するＭＲ比の変化で表される。界面磁性膜
２の挿入がＭＲ比だけでなくΔＭＲ/ΔＨをも改善する
理由は、界面磁性膜２が薄い場合には、非晶質合金膜１
の軟磁気特性を改善する効果が界面磁性膜２にあるため
と考えられる。一方、界面磁性膜２が厚ければ、界面磁
性膜２と軟磁性膜１との組み合わせとしての軟磁気特性
が劣化し、磁気抵抗変化の磁界感度が低下する。このた
め、軟磁気特性の劣化を防ぐためには、界面磁性膜２の
厚さは2nm以下、望ましくは1.8nm以下とする必要があ
る。また、この界面磁性膜２の挿入によって磁気的散乱
を増加させるためには少なくとも0.2nm以上の膜厚は必
要であり、望ましくは0.8nm以上の膜厚がよい。
に、非磁性膜３と非晶質合金膜１との界面での伝導電子
のスピン散乱を高め、それによりＭＲ比を大きくする。
しかしそれだけではなく、界面磁性膜２の厚さが薄けれ
ば、ＭＲ感度（ΔＭＲ/ΔＨ）も上昇する。ここでのΔ
ＭＲ/ΔＨの定義は図１２に示すように、零磁界からの
磁界変化に対するＭＲ比の変化で表される。界面磁性膜
２の挿入がＭＲ比だけでなくΔＭＲ/ΔＨをも改善する
理由は、界面磁性膜２が薄い場合には、非晶質合金膜１
の軟磁気特性を改善する効果が界面磁性膜２にあるため
と考えられる。一方、界面磁性膜２が厚ければ、界面磁
性膜２と軟磁性膜１との組み合わせとしての軟磁気特性
が劣化し、磁気抵抗変化の磁界感度が低下する。このた
め、軟磁気特性の劣化を防ぐためには、界面磁性膜２の
厚さは2nm以下、望ましくは1.8nm以下とする必要があ
る。また、この界面磁性膜２の挿入によって磁気的散乱
を増加させるためには少なくとも0.2nm以上の膜厚は必
要であり、望ましくは0.8nm以上の膜厚がよい。
【００５１】界面磁性膜２の材料は、上述したように、
電子のスピン散乱を大きくするような材料であって、し
かも軟磁性膜（非晶質合金膜）１との組み合わせたとき
に組み合わせ全体が軟磁性膜として機能するようなもの
が用いられる。具体的には、Co、またはCoを主成分とす
る材料（２元系の場合はCoが50原子％を超える、３元系
の場合は33.3原子％を超える）が望ましく、特にCo高濃
度のCo-Fe合金が優れている。
電子のスピン散乱を大きくするような材料であって、し
かも軟磁性膜（非晶質合金膜）１との組み合わせたとき
に組み合わせ全体が軟磁性膜として機能するようなもの
が用いられる。具体的には、Co、またはCoを主成分とす
る材料（２元系の場合はCoが50原子％を超える、３元系
の場合は33.3原子％を超える）が望ましく、特にCo高濃
度のCo-Fe合金が優れている。
【００５２】また、以上は非磁性膜３と非晶質合金膜１
との間に界面磁性膜２を挿入する場合を説明したが、さ
らに、非磁性膜３と硬質磁性膜４との間にも界面磁性膜
を挿入してもよく、それにより、各界面での磁気的散乱
を増加させてＭＲ比を大きくすることができる。またこ
の場合にも、上述した磁性膜３と非晶質合金膜１との間
に挿入する場合と同様に、挿入する界面磁性膜の材料お
よび厚さ等は、硬質磁性膜４の磁気特性を損なわないよ
うに選択される。具体的には、界面磁性膜の厚さが2nm
以下程度であれば、ほとんど硬質磁性膜の特性（保磁力
や磁化曲線の角型性）に影響を与えない。特に、ＭＲ素
子を磁気ヘッド等に使用する場合には、硬質磁性膜４と
非磁性膜３との間に挿入する界面磁性膜の厚さは、1nm
以下とすることが望ましい。
との間に界面磁性膜２を挿入する場合を説明したが、さ
らに、非磁性膜３と硬質磁性膜４との間にも界面磁性膜
を挿入してもよく、それにより、各界面での磁気的散乱
を増加させてＭＲ比を大きくすることができる。またこ
の場合にも、上述した磁性膜３と非晶質合金膜１との間
に挿入する場合と同様に、挿入する界面磁性膜の材料お
よび厚さ等は、硬質磁性膜４の磁気特性を損なわないよ
うに選択される。具体的には、界面磁性膜の厚さが2nm
以下程度であれば、ほとんど硬質磁性膜の特性（保磁力
や磁化曲線の角型性）に影響を与えない。特に、ＭＲ素
子を磁気ヘッド等に使用する場合には、硬質磁性膜４と
非磁性膜３との間に挿入する界面磁性膜の厚さは、1nm
以下とすることが望ましい。
【００５３】以上、図１を参照しながら説明したＭＲ素
子は、硬質磁性膜４/非磁性膜３/界面磁性膜２/非晶質
合金膜１という構造を１つ備えている基本的なものであ
る。しかし、さらにＭＲ比を増大させるためには、図２
に示すように、硬質磁性膜４/非磁性膜３/界面磁性膜２
/非晶質合金膜１/界面磁性膜２/非磁性膜３/硬質磁性膜
４のように構成してもよい。元々、巨大磁気抵抗効果
は、磁性膜と非磁性膜との界面で起こる電子のスピン散
乱によって得られる効果として説明されている（例え
ば、Physical Review B, vol.42, pp. 8110-8120）。し
たがって、電子の平均自由工程のレベルまでＭＲ素子に
おける積層回数を増やせば、それだけ磁気的散乱が増加
し、ＭＲ比の増大につながる。
子は、硬質磁性膜４/非磁性膜３/界面磁性膜２/非晶質
合金膜１という構造を１つ備えている基本的なものであ
る。しかし、さらにＭＲ比を増大させるためには、図２
に示すように、硬質磁性膜４/非磁性膜３/界面磁性膜２
/非晶質合金膜１/界面磁性膜２/非磁性膜３/硬質磁性膜
４のように構成してもよい。元々、巨大磁気抵抗効果
は、磁性膜と非磁性膜との界面で起こる電子のスピン散
乱によって得られる効果として説明されている（例え
ば、Physical Review B, vol.42, pp. 8110-8120）。し
たがって、電子の平均自由工程のレベルまでＭＲ素子に
おける積層回数を増やせば、それだけ磁気的散乱が増加
し、ＭＲ比の増大につながる。
【００５４】図２に示す構成における非晶質合金膜１、
界面磁性膜２、非磁性膜３、硬質磁性膜４のそれぞれの
材料、厚さ等の条件は、図１に示した構成について説明
した条件と同様である。
界面磁性膜２、非磁性膜３、硬質磁性膜４のそれぞれの
材料、厚さ等の条件は、図１に示した構成について説明
した条件と同様である。
【００５５】（実施形態２）上記実施形態１では硬質磁
性膜を用いたスピンバルブ型のＭＲ素子を例として本発
明を説明したが、硬質磁性膜の代わりに、図３に示すよ
うに、非磁性膜３に接する磁性膜５と、磁性膜５に磁気
的結合作用を直接的に及ぼしてそれにより磁性膜５の磁
化を一方向に固定する役割のある金属反強磁性体膜６と
の組み合わせを用いたスピンバルブ膜にも本発明を適用
することができる。
性膜を用いたスピンバルブ型のＭＲ素子を例として本発
明を説明したが、硬質磁性膜の代わりに、図３に示すよ
うに、非磁性膜３に接する磁性膜５と、磁性膜５に磁気
的結合作用を直接的に及ぼしてそれにより磁性膜５の磁
化を一方向に固定する役割のある金属反強磁性体膜６と
の組み合わせを用いたスピンバルブ膜にも本発明を適用
することができる。
【００５６】図３に、非磁性膜３の一方の側に軟磁性膜
である非晶質合金膜を設け、他方の側に磁性膜５を設け
たＭＲ素子の断面図を示す。金属反強磁性体膜６は、磁
性膜５の非磁性膜３とは反対側に設けられている。ま
た、上記実施形態１と同様に、非晶質合金膜１と非磁性
膜３との界面には、伝導電子の磁気的散乱を増大させる
ための界面磁性膜２が設けられている。
である非晶質合金膜を設け、他方の側に磁性膜５を設け
たＭＲ素子の断面図を示す。金属反強磁性体膜６は、磁
性膜５の非磁性膜３とは反対側に設けられている。ま
た、上記実施形態１と同様に、非晶質合金膜１と非磁性
膜３との界面には、伝導電子の磁気的散乱を増大させる
ための界面磁性膜２が設けられている。
【００５７】金属反強磁性体膜６の材料としては、Fe-M
n合金、Ni-Mn合金、Pd-Mn合金、Pt-Mn合金、Ir-Mn合
金、Fe-Ir合金等を用いることができる。このうちFe-Mn
合金は従来のスピンバルブ膜において最もよく用いられ
ていたが、耐食性などの点から実用に問題がある。この
観点からは、Ir-Mn合金等の材料が特に優れている。Ir-
Mn合金の適当な組成としては、原子組成比で、IrzMn1-z
（0.1≦z≦0.5）がよい。また、スピンバルブ膜におい
て用いられる反強磁性体膜としては、Ni-O合金、Co-O合
金、Ni-O/Co-O等の酸化物は好ましくない。なぜなら、
今後、記録密度をより高めるためにＭＲ素子全体の厚さ
を薄くすることが必要になってくるが、良好な磁気特性
を得るためにはある程度膜厚を厚くしなければならない
これらの材料は、その妨げとなるからである。
n合金、Ni-Mn合金、Pd-Mn合金、Pt-Mn合金、Ir-Mn合
金、Fe-Ir合金等を用いることができる。このうちFe-Mn
合金は従来のスピンバルブ膜において最もよく用いられ
ていたが、耐食性などの点から実用に問題がある。この
観点からは、Ir-Mn合金等の材料が特に優れている。Ir-
Mn合金の適当な組成としては、原子組成比で、IrzMn1-z
（0.1≦z≦0.5）がよい。また、スピンバルブ膜におい
て用いられる反強磁性体膜としては、Ni-O合金、Co-O合
金、Ni-O/Co-O等の酸化物は好ましくない。なぜなら、
今後、記録密度をより高めるためにＭＲ素子全体の厚さ
を薄くすることが必要になってくるが、良好な磁気特性
を得るためにはある程度膜厚を厚くしなければならない
これらの材料は、その妨げとなるからである。
【００５８】磁性膜５の材料としては、硬質磁性膜、半
硬質磁性膜、軟磁性膜のいずれを用いてもよいが、特に
Co、Ni-Fe合金またはNi-Fe-Co合金等の材料が優れてい
る。図３に示すその他の膜、つまり非晶質合金膜１、界
面磁性膜２、非磁性膜３の材料、厚さ等の条件は、図１
を参照しながら説明した条件と同様である。
硬質磁性膜、軟磁性膜のいずれを用いてもよいが、特に
Co、Ni-Fe合金またはNi-Fe-Co合金等の材料が優れてい
る。図３に示すその他の膜、つまり非晶質合金膜１、界
面磁性膜２、非磁性膜３の材料、厚さ等の条件は、図１
を参照しながら説明した条件と同様である。
【００５９】また、硬質磁性膜の代わりに、金属反強磁
性体膜と磁性膜との組み合わせを用いたＭＲ素子におい
ても、図４に示すように、金属反強磁性体膜６/磁性膜
５/非磁性膜３/界面磁性膜２/非晶質合金膜１/界面磁性
膜２/非磁性膜３/磁性膜５/金属反強磁性体膜６のよう
に構成してもよい。この場合にも、磁性膜と非磁性膜と
の界面の数が増加するのでＭＲ比が増加する。
性体膜と磁性膜との組み合わせを用いたＭＲ素子におい
ても、図４に示すように、金属反強磁性体膜６/磁性膜
５/非磁性膜３/界面磁性膜２/非晶質合金膜１/界面磁性
膜２/非磁性膜３/磁性膜５/金属反強磁性体膜６のよう
に構成してもよい。この場合にも、磁性膜と非磁性膜と
の界面の数が増加するのでＭＲ比が増加する。
【００６０】図４の構成においても、各膜の材料、厚さ
等の条件は図３に示す構成における条件とほぼ同様であ
る。
等の条件は図３に示す構成における条件とほぼ同様であ
る。
【００６１】（実施形態３）図５に、本発明のＭＲ素子
の第３の実施形態の断面を示す。本実施形態では、非磁
性膜３を挟んで軟磁性膜としての非晶質合金膜１が形成
されたものであり、さらに、片側の非晶質合金膜１と接
して金属反強磁性体膜６が形成されたものである。この
ような構成において、金属反強磁性体膜６と接している
非晶質合金膜１は、通常ピン層と呼ばれ、金属反強磁性
体膜６より交換結合作用を直接的に受けて、磁化の方向
が一方向に固定されている。これに対して、金属反強磁
性体膜６に接していない方の非晶質合金膜１は、フリー
層と呼ばれ、その磁化は、印加される磁界に応じて自由
に回転することができる。ピン層の磁化の向きとフリー
層の磁化の向きとが平行であるときと反平行であるとき
とでは、磁気抵抗に差がある。ＭＲ素子の実際の動作
は、ピン層の磁化の向きを固定した状態でフリー層の磁
化を印加された磁界に応じて回転させて、それによって
生じる磁気抵抗の変化を利用している。
の第３の実施形態の断面を示す。本実施形態では、非磁
性膜３を挟んで軟磁性膜としての非晶質合金膜１が形成
されたものであり、さらに、片側の非晶質合金膜１と接
して金属反強磁性体膜６が形成されたものである。この
ような構成において、金属反強磁性体膜６と接している
非晶質合金膜１は、通常ピン層と呼ばれ、金属反強磁性
体膜６より交換結合作用を直接的に受けて、磁化の方向
が一方向に固定されている。これに対して、金属反強磁
性体膜６に接していない方の非晶質合金膜１は、フリー
層と呼ばれ、その磁化は、印加される磁界に応じて自由
に回転することができる。ピン層の磁化の向きとフリー
層の磁化の向きとが平行であるときと反平行であるとき
とでは、磁気抵抗に差がある。ＭＲ素子の実際の動作
は、ピン層の磁化の向きを固定した状態でフリー層の磁
化を印加された磁界に応じて回転させて、それによって
生じる磁気抵抗の変化を利用している。
【００６２】本実施形態においても、非晶質合金膜１、
非磁性膜３、金属反強磁性体膜６の材料、厚さ等の条件
は、実施形態２において図３を参照しながら説明した条
件と同様である。
非磁性膜３、金属反強磁性体膜６の材料、厚さ等の条件
は、実施形態２において図３を参照しながら説明した条
件と同様である。
【００６３】また、図５に示した構成では、金属反強磁
性体膜６を非晶質合金膜１と直接接するように設けてい
るが、金属反強磁性体膜６と非晶質合金膜１との間に結
晶質磁性膜を挿入してもよい。金属反強磁性体膜は、通
常結晶質でありピン層である軟磁性膜としては、結晶質
である方が交換バイアス磁界が大きくなり磁化を固定す
る力が大きい。そこで、金属反強磁性体膜６と非晶質合
金１の中間に結晶質磁性層を挿入することにより、ピン
層の磁化方向をより安定にできる。この結晶質磁性層と
しては、Ni-Fe-Co合金、Ni-Fe合金、Co等が優れてい
る。また、結晶質磁性層の膜厚としては、0.4nm以下で
は効果が薄く、望ましくは1nm以上がよい。また厚すぎ
ると、ＭＲ比を低下させるので5nm以下望ましくは2nm以
下とするのがよい。
性体膜６を非晶質合金膜１と直接接するように設けてい
るが、金属反強磁性体膜６と非晶質合金膜１との間に結
晶質磁性膜を挿入してもよい。金属反強磁性体膜は、通
常結晶質でありピン層である軟磁性膜としては、結晶質
である方が交換バイアス磁界が大きくなり磁化を固定す
る力が大きい。そこで、金属反強磁性体膜６と非晶質合
金１の中間に結晶質磁性層を挿入することにより、ピン
層の磁化方向をより安定にできる。この結晶質磁性層と
しては、Ni-Fe-Co合金、Ni-Fe合金、Co等が優れてい
る。また、結晶質磁性層の膜厚としては、0.4nm以下で
は効果が薄く、望ましくは1nm以上がよい。また厚すぎ
ると、ＭＲ比を低下させるので5nm以下望ましくは2nm以
下とするのがよい。
【００６４】図５に示した構成は、非晶質合金膜１/非
磁性膜３/非晶質合金膜１/金属反強磁性体膜６の構造を
有するＭＲ素子の基本的な構成である。このＭＲ素子に
おいても、ＭＲ比をさらに増大させるために、図７に示
すように、金属反強磁性体膜６/非晶質合金膜１/非磁性
膜３/非晶質合金膜１/非磁性膜３/非晶質合金膜１/金属
反強磁性体膜６のような構成としてもよい。元々、巨大
磁気抵抗効果は、磁性膜と非磁性膜との界面で起こる電
子のスピン散乱によって得られる効果として説明されて
おり、電子の平均自由工程のレベルまでＭＲ素子におけ
る積層回数を増やせば、それだけ磁気的散乱が増加し、
ＭＲ比の増大につながる。図７の構成においても、各膜
の材料、厚さ等の条件は図５を参照しながら説明した条
件と同様である。
磁性膜３/非晶質合金膜１/金属反強磁性体膜６の構造を
有するＭＲ素子の基本的な構成である。このＭＲ素子に
おいても、ＭＲ比をさらに増大させるために、図７に示
すように、金属反強磁性体膜６/非晶質合金膜１/非磁性
膜３/非晶質合金膜１/非磁性膜３/非晶質合金膜１/金属
反強磁性体膜６のような構成としてもよい。元々、巨大
磁気抵抗効果は、磁性膜と非磁性膜との界面で起こる電
子のスピン散乱によって得られる効果として説明されて
おり、電子の平均自由工程のレベルまでＭＲ素子におけ
る積層回数を増やせば、それだけ磁気的散乱が増加し、
ＭＲ比の増大につながる。図７の構成においても、各膜
の材料、厚さ等の条件は図５を参照しながら説明した条
件と同様である。
【００６５】（実施形態４）次に、図６および図８を参
照しながら、本発明のＭＲ素子の第４の実施形態を説明
する。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のＭＲ素子に
おける基本的な多層構造の断面を示しており、図８は、
図６に示すＭＲ素子において、ＭＲ比をより向上させる
ために積層する膜を増やした構成の断面を示している。
図６および図８に示すように、本実施形態では、非磁性
膜３と非晶質合金膜１との界面の少なくとも１つに、磁
気的散乱を増大させるための界面磁性層２を挿入してい
る。図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、非磁性
膜３の片側のみに界面磁性膜２を挿入した場合でもＭＲ
比の増大および図１２に示すＭＲ感度（ΔＭＲ/ΔＨ）
の上昇という効果が得られるが、図６（ａ）に示すよう
に非磁性膜３の両側に界面磁性膜２を挿入するとより大
きな効果が得られ、望ましい。
照しながら、本発明のＭＲ素子の第４の実施形態を説明
する。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のＭＲ素子に
おける基本的な多層構造の断面を示しており、図８は、
図６に示すＭＲ素子において、ＭＲ比をより向上させる
ために積層する膜を増やした構成の断面を示している。
図６および図８に示すように、本実施形態では、非磁性
膜３と非晶質合金膜１との界面の少なくとも１つに、磁
気的散乱を増大させるための界面磁性層２を挿入してい
る。図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、非磁性
膜３の片側のみに界面磁性膜２を挿入した場合でもＭＲ
比の増大および図１２に示すＭＲ感度（ΔＭＲ/ΔＨ）
の上昇という効果が得られるが、図６（ａ）に示すよう
に非磁性膜３の両側に界面磁性膜２を挿入するとより大
きな効果が得られ、望ましい。
【００６６】なお、上記実施形態１〜４において説明し
た、軟磁性膜としての非晶質合金膜１、界面磁性膜２、
非磁性膜３、硬質磁性膜４、磁性膜５、金属反強磁性体
膜６のそれぞれの形成方法としては、スパッタリング法
または蒸着法等の方法が考えられるが、いずれの方法で
も本発明のＭＲ素子を作製できる。ただし、非晶質合金
膜１を作成する方法としては、スパッタリング法が特に
適している。スパッタリング法としてはＤＣスパッタリ
ング法、ＲＦスパッタリング法、イオンビームスパッタ
リング法などがあるが、いずれの方法でも本発明のＭＲ
素子を作製できる。また、蒸着法の場合には、超高真空
蒸着法が特によい。
た、軟磁性膜としての非晶質合金膜１、界面磁性膜２、
非磁性膜３、硬質磁性膜４、磁性膜５、金属反強磁性体
膜６のそれぞれの形成方法としては、スパッタリング法
または蒸着法等の方法が考えられるが、いずれの方法で
も本発明のＭＲ素子を作製できる。ただし、非晶質合金
膜１を作成する方法としては、スパッタリング法が特に
適している。スパッタリング法としてはＤＣスパッタリ
ング法、ＲＦスパッタリング法、イオンビームスパッタ
リング法などがあるが、いずれの方法でも本発明のＭＲ
素子を作製できる。また、蒸着法の場合には、超高真空
蒸着法が特によい。
【００６７】また、上記実施形態１〜４で述べたＭＲ素
子は、実際には、ガラス基板等の基板上に作製される。
この際、膜の作製順序は、図１〜図８に示されている下
の膜から順番（例えば図１では非晶質合金膜１、界面磁
性膜２、非磁性膜３、硬質磁性膜４の順）であってもよ
いし、その逆であってもよい。さらに、本発明のＭＲ素
子は、基板上に直接形成してもよいが、基板上にまずT
a、Cr、Fe、Cu、Ag、Ru等々の下地膜を形成してから、
その上に形成してもよい。
子は、実際には、ガラス基板等の基板上に作製される。
この際、膜の作製順序は、図１〜図８に示されている下
の膜から順番（例えば図１では非晶質合金膜１、界面磁
性膜２、非磁性膜３、硬質磁性膜４の順）であってもよ
いし、その逆であってもよい。さらに、本発明のＭＲ素
子は、基板上に直接形成してもよいが、基板上にまずT
a、Cr、Fe、Cu、Ag、Ru等々の下地膜を形成してから、
その上に形成してもよい。
【００６８】以上述べたような本発明のＭＲ素子を用い
て、ＭＲヘッドを構成することができる。図９にＭＲヘ
ッドの一例として、ハード膜バイアス型のＭＲヘッドの
構成の一例を示す。図９では、ＭＲ素子７は上部絶縁膜
９および下部絶縁膜１２に挟まれるように設けられてい
る。絶縁膜９および１２の材料としては、Al2O3、SiO2
等の絶縁膜が使われる。上部絶縁膜９および下部絶縁膜
１２の外側には、上部シールド８および下部シールド１
３がそれぞれ設けられている。これらは、Ni-Fe合金等
の軟磁性膜から形成されている。
て、ＭＲヘッドを構成することができる。図９にＭＲヘ
ッドの一例として、ハード膜バイアス型のＭＲヘッドの
構成の一例を示す。図９では、ＭＲ素子７は上部絶縁膜
９および下部絶縁膜１２に挟まれるように設けられてい
る。絶縁膜９および１２の材料としては、Al2O3、SiO2
等の絶縁膜が使われる。上部絶縁膜９および下部絶縁膜
１２の外側には、上部シールド８および下部シールド１
３がそれぞれ設けられている。これらは、Ni-Fe合金等
の軟磁性膜から形成されている。
【００６９】また、このＭＲヘッドでは、ＭＲ素子７の
ピン層（硬質磁性膜４または金属反強磁性体膜６に接し
ている磁性膜）の磁化の方向は、検知すべき信号磁界方
向（ここでは、図９の紙面と垂直な方向）に一致するよ
うに調整されており、またフリー層、すなわち軟磁性膜
の磁化容易軸は検知すべき信号磁界方向に垂直になるよ
うに調整されている。ハードバイアス部１１は、バイア
ス磁界を加えることによって軟磁性膜の磁化方向を安定
化（軟磁性膜を単軸化）するために設けられており、Co
-Pt合金等から形成されている。これにより、軟磁性膜
の磁化反転時におけるバルクハウゼンノイズの発生を防
止する。なお、ここでは、バイアス磁界を硬質磁性膜を
用いて印加する構成を説明しているが、Fe-Mn等の金属
反強磁性体膜を用いてバイアス磁界を印加する場合もほ
ぼ同様の構成となる。ＭＲ素子７は、上部絶縁膜９およ
び下部絶縁膜１２によって上部シールド８および下部シ
ールド１３等と絶縁されている。
ピン層（硬質磁性膜４または金属反強磁性体膜６に接し
ている磁性膜）の磁化の方向は、検知すべき信号磁界方
向（ここでは、図９の紙面と垂直な方向）に一致するよ
うに調整されており、またフリー層、すなわち軟磁性膜
の磁化容易軸は検知すべき信号磁界方向に垂直になるよ
うに調整されている。ハードバイアス部１１は、バイア
ス磁界を加えることによって軟磁性膜の磁化方向を安定
化（軟磁性膜を単軸化）するために設けられており、Co
-Pt合金等から形成されている。これにより、軟磁性膜
の磁化反転時におけるバルクハウゼンノイズの発生を防
止する。なお、ここでは、バイアス磁界を硬質磁性膜を
用いて印加する構成を説明しているが、Fe-Mn等の金属
反強磁性体膜を用いてバイアス磁界を印加する場合もほ
ぼ同様の構成となる。ＭＲ素子７は、上部絶縁膜９およ
び下部絶縁膜１２によって上部シールド８および下部シ
ールド１３等と絶縁されている。
【００７０】ＭＲヘッドは再生専用ヘッドであり、イン
ダクティブタイプのヘッドで媒体に記録された信号を読
みとるものである。したがって、ＭＲヘッドの動作時に
は媒体表面から漏洩している磁界が信号磁界としてＭＲ
ヘッドに作用する。図９に示すＭＲヘッドの動作時に
は、ＭＲ素子７のフリー層（軟磁性膜）の磁化困難軸に
平行な方向に信号磁界が印加され、その影響を受けて軟
磁性膜の磁化の方向は変化する。結果として、磁化方向
が固定されているピン層の磁化方向と、フリー層の磁化
方向との間の角度が変化し、それによって抵抗が変化す
る。この抵抗の変化を、リード部１０を介して電流を流
すことにより、出力電圧として読みとる。
ダクティブタイプのヘッドで媒体に記録された信号を読
みとるものである。したがって、ＭＲヘッドの動作時に
は媒体表面から漏洩している磁界が信号磁界としてＭＲ
ヘッドに作用する。図９に示すＭＲヘッドの動作時に
は、ＭＲ素子７のフリー層（軟磁性膜）の磁化困難軸に
平行な方向に信号磁界が印加され、その影響を受けて軟
磁性膜の磁化の方向は変化する。結果として、磁化方向
が固定されているピン層の磁化方向と、フリー層の磁化
方向との間の角度が変化し、それによって抵抗が変化す
る。この抵抗の変化を、リード部１０を介して電流を流
すことにより、出力電圧として読みとる。
【００７１】将来のハードディスクドライブの高密度化
を考慮すると、記録波長を短くする必要性があり、その
ためには図９に示した上部シールド８と下部シールド１
３との距離（シールドギャップ）ｄを短くする必要があ
る。そのためには図９から明らかなように、ＭＲ素子７
の厚さを薄くする必要があり、少なくとも20nm以下とす
るのが望ましい。本発明のＭＲ素子はこのような薄膜化
に向いている。
を考慮すると、記録波長を短くする必要性があり、その
ためには図９に示した上部シールド８と下部シールド１
３との距離（シールドギャップ）ｄを短くする必要があ
る。そのためには図９から明らかなように、ＭＲ素子７
の厚さを薄くする必要があり、少なくとも20nm以下とす
るのが望ましい。本発明のＭＲ素子はこのような薄膜化
に向いている。
【００７２】
【実施例】本発明のＭＲ素子およびＭＲヘッドについ
て、以下、具体的な実施例を用いて説明する。
て、以下、具体的な実施例を用いて説明する。
【００７３】（実施例１）基板（例えば、ガラス基板）
上に、３元のターゲットCo0.68Mn0.06B0.26を用いてＲ
Ｆマグネトロンスパッタ装置によって、図１に示す構成
のＭＲ素子Ａ０を作製した。具体的には、ＭＲ素子Ａ０
の構成は以下の通りである。
上に、３元のターゲットCo0.68Mn0.06B0.26を用いてＲ
Ｆマグネトロンスパッタ装置によって、図１に示す構成
のＭＲ素子Ａ０を作製した。具体的には、ＭＲ素子Ａ０
の構成は以下の通りである。
【００７４】Ａ０：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(xnm)/C
u(2nm)/Co(2nm) なお、（）内の数値は各膜の厚さを表している。
u(2nm)/Co(2nm) なお、（）内の数値は各膜の厚さを表している。
【００７５】また、比較のために軟磁性膜として、Co
0.68Mn0.06B0.26の代わりにNi-Fe合金を用いた素子Ａ１
を、ターゲットが異なることを除いては、同様の方法に
よって作製した。
0.68Mn0.06B0.26の代わりにNi-Fe合金を用いた素子Ａ１
を、ターゲットが異なることを除いては、同様の方法に
よって作製した。
【００７６】Ａ１：Ni0.8Fe0.2(2nm)/Co(xnm)/Cu(2nm)/
Co(2nm) このように作製したＭＲ素子Ａ０およびＡ１の特性を、
室温で約 500 Oeの外部磁界を印加して直流４端子法で
評価した。この評価結果を図１０および図１１に示す。
図１０および図１１から、本発明のＭＲ素子Ａ０の場
合、比較例のＭＲ素子Ａ１に比べてＭＲ比が大きいこと
がわかる。この原因は軟磁性膜としてNi-Fe合金を用い
た場合、硬質磁性膜４との保磁力の差が小さく、それゆ
えに磁化の反平衡状態が実現されにくいためと考えられ
る。
Co(2nm) このように作製したＭＲ素子Ａ０およびＡ１の特性を、
室温で約 500 Oeの外部磁界を印加して直流４端子法で
評価した。この評価結果を図１０および図１１に示す。
図１０および図１１から、本発明のＭＲ素子Ａ０の場
合、比較例のＭＲ素子Ａ１に比べてＭＲ比が大きいこと
がわかる。この原因は軟磁性膜としてNi-Fe合金を用い
た場合、硬質磁性膜４との保磁力の差が小さく、それゆ
えに磁化の反平衡状態が実現されにくいためと考えられ
る。
【００７７】また、図１０および図１１から、本発明の
ＭＲ素子Ａ０では、界面磁性膜であるCo膜を非晶質合金
膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜と非磁性膜であるCu膜と
の界面に挿入したことにより、Co膜が薄い場合には、Ｍ
Ｒ比が増大し、かつΔＭＲ／ΔＨの値が増大しているの
がわかる。ＭＲ比およびΔＭＲ／ΔＨが増加する原因
は、Co膜を挿入したことによって、非晶質合金膜の軟磁
気特性が改善されたためと考えられる。さらに、ＭＲ比
が増加するもう一つの原因として、非磁性膜であるCu膜
と界面磁性膜であるCo膜との界面の方が、Cu膜と非晶質
合金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜との界面に比べて、
伝導電子の磁気的散乱が大きいことが考えられる。ＭＲ
比の増大は、図１０からわかるように、界面磁性膜の厚
さが0.8nm以上となると顕著であるが、2nm以上では逆に
ＭＲ比が下がる。この原因は、界面磁性膜であるCo膜が
厚くなりすぎると、非晶質合金膜と界面磁性膜との組み
合わせと全体の軟磁気特性が劣化し、その結果、磁化の
反平行状態が実現されにくくなることによると考えられ
る。
ＭＲ素子Ａ０では、界面磁性膜であるCo膜を非晶質合金
膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜と非磁性膜であるCu膜と
の界面に挿入したことにより、Co膜が薄い場合には、Ｍ
Ｒ比が増大し、かつΔＭＲ／ΔＨの値が増大しているの
がわかる。ＭＲ比およびΔＭＲ／ΔＨが増加する原因
は、Co膜を挿入したことによって、非晶質合金膜の軟磁
気特性が改善されたためと考えられる。さらに、ＭＲ比
が増加するもう一つの原因として、非磁性膜であるCu膜
と界面磁性膜であるCo膜との界面の方が、Cu膜と非晶質
合金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜との界面に比べて、
伝導電子の磁気的散乱が大きいことが考えられる。ＭＲ
比の増大は、図１０からわかるように、界面磁性膜の厚
さが0.8nm以上となると顕著であるが、2nm以上では逆に
ＭＲ比が下がる。この原因は、界面磁性膜であるCo膜が
厚くなりすぎると、非晶質合金膜と界面磁性膜との組み
合わせと全体の軟磁気特性が劣化し、その結果、磁化の
反平行状態が実現されにくくなることによると考えられ
る。
【００７８】また、本発明のＭＲ素子Ａ０（界面磁性膜
であるCo膜の厚さ(x)を1.5nmとしたもの)を１月間、大
気圧中で５０℃の恒温炉に保管することにより、硬質磁
性膜としてのCo膜の表面に約0.5nmの厚さの酸化物膜を
形成した。その結果、ＭＲ比が約８％まで増加した。ま
た、作製後アニールする代わりに、本発明のＭＲ素子Ａ
０を作製した後、さらに、スパッタガスとしてArガスに
約１０％のO2ガスを混ぜたものを用い、NiおよびCoター
ゲットを用いたスパッタリングを行って、約0.5nmのNi-
O、Co-O膜を硬質磁性膜であるCo膜の表面上に形成した
場合にも、ほぼ同様の効果が得られた。なお、ここでは
酸化物膜としてNi-O膜あるいはCo-O膜を形成する場合を
説明したが、Fe-O膜、Fe-Co-O膜を硬質磁性膜の非磁性
膜とは接しない側の表面上に形成した場合にも、ほぼ同
様の効果を得ることができる。このような酸化物膜の磁
気特性は、反強磁性体となったり、硬質磁性膜となった
り組成によっても異なる。しかし、いずれにしろ酸化物
膜の保磁力は、非酸化膜の保磁力より大きいので、この
ような酸化物膜が硬質磁性膜４の磁化方向を固定し、そ
れによりＭＲ比が増大するものと考えられる。
であるCo膜の厚さ(x)を1.5nmとしたもの)を１月間、大
気圧中で５０℃の恒温炉に保管することにより、硬質磁
性膜としてのCo膜の表面に約0.5nmの厚さの酸化物膜を
形成した。その結果、ＭＲ比が約８％まで増加した。ま
た、作製後アニールする代わりに、本発明のＭＲ素子Ａ
０を作製した後、さらに、スパッタガスとしてArガスに
約１０％のO2ガスを混ぜたものを用い、NiおよびCoター
ゲットを用いたスパッタリングを行って、約0.5nmのNi-
O、Co-O膜を硬質磁性膜であるCo膜の表面上に形成した
場合にも、ほぼ同様の効果が得られた。なお、ここでは
酸化物膜としてNi-O膜あるいはCo-O膜を形成する場合を
説明したが、Fe-O膜、Fe-Co-O膜を硬質磁性膜の非磁性
膜とは接しない側の表面上に形成した場合にも、ほぼ同
様の効果を得ることができる。このような酸化物膜の磁
気特性は、反強磁性体となったり、硬質磁性膜となった
り組成によっても異なる。しかし、いずれにしろ酸化物
膜の保磁力は、非酸化膜の保磁力より大きいので、この
ような酸化物膜が硬質磁性膜４の磁化方向を固定し、そ
れによりＭＲ比が増大するものと考えられる。
【００７９】また、本発明のＭＲ素子Ａ０の構成におい
て、硬質磁性膜として酸化物磁性体膜を用いた構成、例
えば、 Ａ２：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2nm)/Co-
O(2nm) を基板上に作製した。このＭＲ素子Ａ２においては、Ｍ
Ｒ比は4.2％と少し低かった。ただし、この素子Ａ２のC
o-O膜の保磁力は100 Oe程度と、Co膜の約２倍程度であ
ったので、素子Ａ２は外部からの偶発的な大きな磁界に
対して素子の出力が安定していることを示している。
て、硬質磁性膜として酸化物磁性体膜を用いた構成、例
えば、 Ａ２：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2nm)/Co-
O(2nm) を基板上に作製した。このＭＲ素子Ａ２においては、Ｍ
Ｒ比は4.2％と少し低かった。ただし、この素子Ａ２のC
o-O膜の保磁力は100 Oe程度と、Co膜の約２倍程度であ
ったので、素子Ａ２は外部からの偶発的な大きな磁界に
対して素子の出力が安定していることを示している。
【００８０】さらに、ＭＲ比が少し低いという素子Ａ２
の欠点を補うために、硬質磁性膜として、Co膜および酸
化物磁性体膜の両方を用いる構成の素子Ａ３を作製し
た。ここでは、素子Ａ３として、以下の構成の素子を作
製した。
の欠点を補うために、硬質磁性膜として、Co膜および酸
化物磁性体膜の両方を用いる構成の素子Ａ３を作製し
た。ここでは、素子Ａ３として、以下の構成の素子を作
製した。
【００８１】Ａ３：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)
/Cu(2nm)/Co(1.5nm)/Co-O(2nm) この場合、6.5％のＭＲ比が得られた。また、硬質磁性
膜４の保磁力は、上述した素子Ａ２と同程度に大きいの
で、優れている。この素子Ａ３でＭＲ比の大きくなった
原因は、Co膜とCu膜との界面を作ったことによって、伝
導電子の磁気的散乱が大きくなったためと考えられる。
/Cu(2nm)/Co(1.5nm)/Co-O(2nm) この場合、6.5％のＭＲ比が得られた。また、硬質磁性
膜４の保磁力は、上述した素子Ａ２と同程度に大きいの
で、優れている。この素子Ａ３でＭＲ比の大きくなった
原因は、Co膜とCu膜との界面を作ったことによって、伝
導電子の磁気的散乱が大きくなったためと考えられる。
【００８２】また、本発明のＭＲ素子Ａ０、Ａ２および
Ａ３では、非晶質合金膜としてCo-Mn-B膜を用いてい
る。しかし、このCo-Mn-B膜やCo-Fe-B膜は、極端に環境
の悪い条件、例えば水中や塩水中では耐食性にやや難が
ある。この点を改良するには、非晶質合金膜としてCo-N
b-Zr膜を用いればよい。ＭＲ素子Ａ４として、タ−ゲッ
トにCo0.85Nb0.1Zr0.05を用いた点を除いては上記ＭＲ
素子Ａ３と同様にして以下の構成を有するＭＲ素子を作
製した。
Ａ３では、非晶質合金膜としてCo-Mn-B膜を用いてい
る。しかし、このCo-Mn-B膜やCo-Fe-B膜は、極端に環境
の悪い条件、例えば水中や塩水中では耐食性にやや難が
ある。この点を改良するには、非晶質合金膜としてCo-N
b-Zr膜を用いればよい。ＭＲ素子Ａ４として、タ−ゲッ
トにCo0.85Nb0.1Zr0.05を用いた点を除いては上記ＭＲ
素子Ａ３と同様にして以下の構成を有するＭＲ素子を作
製した。
【００８３】Ａ４：Co0.85Nb0.1Zr0.05(2nm)/Co(1.5nm)
/Cu(2nm)/Co(1.5nm)/Co-O(2nm) この場合、ＭＲ比は5.5％であった。
/Cu(2nm)/Co(1.5nm)/Co-O(2nm) この場合、ＭＲ比は5.5％であった。
【００８４】なお、以上は酸化物膜として、Co-O膜を形
成する場合について説明したが、Fe-O膜、Fe-Co-O膜を
作製する場合にも、ほぼ同様の効果が得られる。
成する場合について説明したが、Fe-O膜、Fe-Co-O膜を
作製する場合にも、ほぼ同様の効果が得られる。
【００８５】また、非磁性膜の検討として、ＭＲ素子Ａ
０の構成において、厚さ2nmのCu膜の代わりに、複数の
非磁性層を積層したものを用いたＭＲ素子Ａ５、Ａ６お
よびＡ７を作製した。具体的な各ＭＲ素子の構成は、以
下の通りである。
０の構成において、厚さ2nmのCu膜の代わりに、複数の
非磁性層を積層したものを用いたＭＲ素子Ａ５、Ａ６お
よびＡ７を作製した。具体的な各ＭＲ素子の構成は、以
下の通りである。
【００８６】Ａ５：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)
/Cu(0.9nm)/Ag(0.2nm)/Cu(0.9nm)/Co(2nm) Ａ６：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)/Ag(0.2nm)/C
u(1.8nm)/Co(2nm) Ａ７：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)/Ag(0.2nm)/C
u(1.8nm)/Ag(0.2nm)/Co(2nm) ＭＲ素子Ａ５、Ａ６およびＡ７のＭＲ比は、いずれも、
上記ＭＲ素子Ａ０の厚さ1.5nmのCo膜単膜を用いた場合
とほぼ同じであったが、ＭＲ感度は、いずれも、約２倍
に上昇していた。これは、ＭＲ素子Ａ５、Ａ６およびＡ
７において、Cu膜中に挿入したAg膜が、硬質磁性膜と非
晶質合金膜との間の磁気的な相互作用を弱くする働きが
あるためと考えられる。なお、ここでは、非磁性膜にAg
膜を挿入する場合を説明したが、Au膜を挿入する場合に
もほぼ同様の効果が得られる。
/Cu(0.9nm)/Ag(0.2nm)/Cu(0.9nm)/Co(2nm) Ａ６：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)/Ag(0.2nm)/C
u(1.8nm)/Co(2nm) Ａ７：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1.5nm)/Ag(0.2nm)/C
u(1.8nm)/Ag(0.2nm)/Co(2nm) ＭＲ素子Ａ５、Ａ６およびＡ７のＭＲ比は、いずれも、
上記ＭＲ素子Ａ０の厚さ1.5nmのCo膜単膜を用いた場合
とほぼ同じであったが、ＭＲ感度は、いずれも、約２倍
に上昇していた。これは、ＭＲ素子Ａ５、Ａ６およびＡ
７において、Cu膜中に挿入したAg膜が、硬質磁性膜と非
晶質合金膜との間の磁気的な相互作用を弱くする働きが
あるためと考えられる。なお、ここでは、非磁性膜にAg
膜を挿入する場合を説明したが、Au膜を挿入する場合に
もほぼ同様の効果が得られる。
【００８７】次に、本発明のＭＲ素子Ａ０を用いて、図
９に示すようなＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。この場合、上部シールド８および下部シールド１３
の材料としてはNi0.8Fe0.2合金を用い、上部絶縁膜９お
よび下部絶縁膜１２の材料としてはAl2O3を用いた。ま
た、ハードバイアス部１１は、Co-Pt合金から形成し、
リード部１０はAu膜で構成した。また、ＭＲ素子の硬質
磁性膜の磁化容易軸が、図９において紙面と垂直方向に
なるように、かつ軟磁性膜の磁化容易軸がこれと垂直方
向、つまり図９の紙面内で横方向になるように調整し
た。このような調整は、硬質磁性膜を、異方性を付与し
たい方向に永久磁石で磁界を付与しながら成膜すること
により行うことができる。
９に示すようなＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。この場合、上部シールド８および下部シールド１３
の材料としてはNi0.8Fe0.2合金を用い、上部絶縁膜９お
よび下部絶縁膜１２の材料としてはAl2O3を用いた。ま
た、ハードバイアス部１１は、Co-Pt合金から形成し、
リード部１０はAu膜で構成した。また、ＭＲ素子の硬質
磁性膜の磁化容易軸が、図９において紙面と垂直方向に
なるように、かつ軟磁性膜の磁化容易軸がこれと垂直方
向、つまり図９の紙面内で横方向になるように調整し
た。このような調整は、硬質磁性膜を、異方性を付与し
たい方向に永久磁石で磁界を付与しながら成膜すること
により行うことができる。
【００８８】さらに、比較のために、軟磁性膜としてNi
0.8Fe0.2合金膜を含む上記比較例のＭＲ素子Ａ１を用い
て、図９に示す構成のＭＲヘッドを同様にして作製し
た。
0.8Fe0.2合金膜を含む上記比較例のＭＲ素子Ａ１を用い
て、図９に示す構成のＭＲヘッドを同様にして作製し
た。
【００８９】これらのＭＲヘッドを、それらに対して媒
体から漏れる磁束として仮想的に発生させた磁束（交流
信号磁界）を与え、その磁束を読みとらせることによ
り、特性を評価した。評価に用いる交流信号磁界は、約
10 Oeとし、また信号磁界はピン層（ここでは硬質磁性
膜）の磁化の方向と一致するように印加した。その結
果、評価したところ、本発明のＭＲ素子Ａ０を用いたＭ
Ｒヘッドの出力は、Ni-Fe合金膜を含む比較例のＭＲ素
子Ａ１を用いたヘッドに比べて約５倍であった。
体から漏れる磁束として仮想的に発生させた磁束（交流
信号磁界）を与え、その磁束を読みとらせることによ
り、特性を評価した。評価に用いる交流信号磁界は、約
10 Oeとし、また信号磁界はピン層（ここでは硬質磁性
膜）の磁化の方向と一致するように印加した。その結
果、評価したところ、本発明のＭＲ素子Ａ０を用いたＭ
Ｒヘッドの出力は、Ni-Fe合金膜を含む比較例のＭＲ素
子Ａ１を用いたヘッドに比べて約５倍であった。
【００９０】（実施例２）実施例１と同様にして、図２
に示す構成のＭＲ素子Ｂ０ Ｂ０：Co0.5Fe0.5(3nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5nm)/Co0.72Mn
0.08B0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co0.5Fe0.5(3nm) を基板（例えば、ガラス基板）上に作製した。
に示す構成のＭＲ素子Ｂ０ Ｂ０：Co0.5Fe0.5(3nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5nm)/Co0.72Mn
0.08B0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co0.5Fe0.5(3nm) を基板（例えば、ガラス基板）上に作製した。
【００９１】また比較のために、図２に示す構成から、
界面磁性膜２を省略した構成のＭＲ素子Ｂ１ Ｂ１：Co0.5Fe0.5(3nm)/Cu(2.5nm)/Co0.72Mn0.08B0.2(2
nm)/Cu(2.5nm)/Co0.5Fe0.5(3nm) を基板上に作製した。さらに、比較のために、図２の軟
磁性膜としてNi-Fe合金を用いたＭＲ素子Ｂ２ Ｂ２：Co0.5Fe0.5(3nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5nm)/Ni0.8Fe
0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co0.5Fe0.5(3nm) を基板上に作製した。
界面磁性膜２を省略した構成のＭＲ素子Ｂ１ Ｂ１：Co0.5Fe0.5(3nm)/Cu(2.5nm)/Co0.72Mn0.08B0.2(2
nm)/Cu(2.5nm)/Co0.5Fe0.5(3nm) を基板上に作製した。さらに、比較のために、図２の軟
磁性膜としてNi-Fe合金を用いたＭＲ素子Ｂ２ Ｂ２：Co0.5Fe0.5(3nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5nm)/Ni0.8Fe
0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co0.5Fe0.5(3nm) を基板上に作製した。
【００９２】これらのＭＲ素子Ｂ０、Ｂ１およびＢ２の
それぞれについて、ＭＲ比を、実施例１と同様にして評
価した。その結果、本発明のＭＲ素子Ｂ０のＭＲ比は1
0.1％であり、比較例のＭＲ素子Ｂ１およびＢ２のＭＲ
比は、それぞれ、2.2％、3.2％であった。このように、
本発明のＭＲ素子Ｂ０では、非晶質合金膜を用いている
ために軟磁気特性に優れており、かつ界面磁性膜を有す
るので大きなＭＲ比を実現することができる。
それぞれについて、ＭＲ比を、実施例１と同様にして評
価した。その結果、本発明のＭＲ素子Ｂ０のＭＲ比は1
0.1％であり、比較例のＭＲ素子Ｂ１およびＢ２のＭＲ
比は、それぞれ、2.2％、3.2％であった。このように、
本発明のＭＲ素子Ｂ０では、非晶質合金膜を用いている
ために軟磁気特性に優れており、かつ界面磁性膜を有す
るので大きなＭＲ比を実現することができる。
【００９３】また上記と同様の方法で、硬質磁性膜４と
非磁性膜３の界面にも界面磁性層２を挿入したＭＲ素子
Ｂ３ Ｂ３：Co0.5Fe0.5(3nm)/Co(0.5nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5n
m)/Co0.72Mn0.08B0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co(0.
5nm)/Co0.5Fe0.5(2nm) を基板上に作製した。この素子Ｂ３のＭＲ比を評価する
と、11.9％となり、上記ＭＲ素子Ｂ０よりもさらに大き
くなった。これは、界面磁性膜を、非磁性膜３と非晶質
合金膜１との界面にだけではなく、硬質磁性膜４と非磁
性膜３との界面にも設けることによって、ＭＲ比をさら
に大きくする効果があることがわかる。
非磁性膜３の界面にも界面磁性層２を挿入したＭＲ素子
Ｂ３ Ｂ３：Co0.5Fe0.5(3nm)/Co(0.5nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5n
m)/Co0.72Mn0.08B0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co(0.
5nm)/Co0.5Fe0.5(2nm) を基板上に作製した。この素子Ｂ３のＭＲ比を評価する
と、11.9％となり、上記ＭＲ素子Ｂ０よりもさらに大き
くなった。これは、界面磁性膜を、非磁性膜３と非晶質
合金膜１との界面にだけではなく、硬質磁性膜４と非磁
性膜３との界面にも設けることによって、ＭＲ比をさら
に大きくする効果があることがわかる。
【００９４】また、比較例として、硬質磁性膜４として
Co0.2Fe0.8合金を用いた点以外は本発明のＭＲ素子Ｂ０
と同様にして、ＭＲ素子Ｂ４ Ｂ４：Co0.2Fe0.8(3nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5nm)/Co0.72Mn
0.08B0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co0.2Fe0.8(3nm) を基板上に作製した。この素子Ｂ４のＭＲ比は、4.3％
であり、ＭＲ素子Ｂ０に比べて大きく低下した。このＭ
Ｒ素子Ｂ４とＭＲ素子Ｂ０について硬質磁性膜の角型比
を磁化曲線により測定したところ、素子Ｂ４が0.6であ
ったのに対して、本発明のＭＲ素子Ｂ０は0.87であっ
た。つまり、この例からもわかるように、硬質磁性膜の
角型比は0.7以上必要である。
Co0.2Fe0.8合金を用いた点以外は本発明のＭＲ素子Ｂ０
と同様にして、ＭＲ素子Ｂ４ Ｂ４：Co0.2Fe0.8(3nm)/Cu(2.5nm)/Co(1.5nm)/Co0.72Mn
0.08B0.2(2nm)/Co(1.5nm)/Cu(2.5nm)/Co0.2Fe0.8(3nm) を基板上に作製した。この素子Ｂ４のＭＲ比は、4.3％
であり、ＭＲ素子Ｂ０に比べて大きく低下した。このＭ
Ｒ素子Ｂ４とＭＲ素子Ｂ０について硬質磁性膜の角型比
を磁化曲線により測定したところ、素子Ｂ４が0.6であ
ったのに対して、本発明のＭＲ素子Ｂ０は0.87であっ
た。つまり、この例からもわかるように、硬質磁性膜の
角型比は0.7以上必要である。
【００９５】（実施例３）実施例１と同様にして、硬質
磁性体膜４の代わりに金属反強磁性体膜６と磁性体膜５
との組み合わせを用いた図３に示す構成を有する本発明
のＭＲ素子Ｃ０を、基板（例えば、ガラス基板）上に作
製した。具体的には、ＭＲ素子Ｃ０の構成は、以下の通
りである。
磁性体膜４の代わりに金属反強磁性体膜６と磁性体膜５
との組み合わせを用いた図３に示す構成を有する本発明
のＭＲ素子Ｃ０を、基板（例えば、ガラス基板）上に作
製した。具体的には、ＭＲ素子Ｃ０の構成は、以下の通
りである。
【００９６】Ｃ０：Ｃｏ０．６８Ｍｎ０．０６Ｂ
０．２６（３ｎｍ）／Ｃｏ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎ
ｍ）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３ｎｍ）／Ｎｉ０．４４
Ｍｎ０．５６（１０ｎｍ） また、比較のために、軟磁性膜としてＮｉ−Ｆｅ合金膜
を用いたＭＲ素子Ｃ１ Ｃ１：Ni0.8Fe0.2(3nm)/Co(1.5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2
(3nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm) を基板上に形成した。ＭＲ素子Ｃ０およびＣ１を実施例
１と同様にして評価すると、ＭＲ比はほぼ同等であっ
た。ただし、ＭＲ曲線の傾きΔＭＲ／ΔＨ（すなわちＭ
Ｒ感度）の値で比較すると、本発明のＭＲ素子Ｃ０のＭ
Ｒ感度は、ＭＲ素子Ｃ１の約２倍であった。これは軟磁
性膜として非晶質合金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜を
用いた本発明のＭＲ素子Ｃ０の方が、結晶質であるNi-F
e合金膜を用いたＭＲ素子Ｃ１よりも軟磁気特性に優れ
ているためと考えられる。
０．２６（３ｎｍ）／Ｃｏ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎ
ｍ）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３ｎｍ）／Ｎｉ０．４４
Ｍｎ０．５６（１０ｎｍ） また、比較のために、軟磁性膜としてＮｉ−Ｆｅ合金膜
を用いたＭＲ素子Ｃ１ Ｃ１：Ni0.8Fe0.2(3nm)/Co(1.5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2
(3nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm) を基板上に形成した。ＭＲ素子Ｃ０およびＣ１を実施例
１と同様にして評価すると、ＭＲ比はほぼ同等であっ
た。ただし、ＭＲ曲線の傾きΔＭＲ／ΔＨ（すなわちＭ
Ｒ感度）の値で比較すると、本発明のＭＲ素子Ｃ０のＭ
Ｒ感度は、ＭＲ素子Ｃ１の約２倍であった。これは軟磁
性膜として非晶質合金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜を
用いた本発明のＭＲ素子Ｃ０の方が、結晶質であるNi-F
e合金膜を用いたＭＲ素子Ｃ１よりも軟磁気特性に優れ
ているためと考えられる。
【００９７】なお、ここでは、界面磁性膜としてCo膜を
用いた場合について説明したが、界面磁性膜として、Co
0.9Fe0.1膜を用いた場合にも、ほぼ同様の結果が得られ
た。また、ここでは、金属反強磁性体膜６としてNi-Mn
合金を用いた場合を説明したが、Ir-Mn合金、Pd-Mn合
金、Pt-Mn合金、Fe-Ir合金等を用いた場合にも同様の効
果が得られる。
用いた場合について説明したが、界面磁性膜として、Co
0.9Fe0.1膜を用いた場合にも、ほぼ同様の結果が得られ
た。また、ここでは、金属反強磁性体膜６としてNi-Mn
合金を用いた場合を説明したが、Ir-Mn合金、Pd-Mn合
金、Pt-Mn合金、Fe-Ir合金等を用いた場合にも同様の効
果が得られる。
【００９８】次に、本発明のＭＲ素子Ｃ０を用いて、図
９に示す構成のＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。この場合、上部シールド８および下部シールド１３
の材料にはNi0.8Fe0.2合金を用い、上部絶縁膜９および
下部絶縁膜１２の材料にはAl2O3を用いた。またハード
バイアス部１１はCo-Pt合金から形成し、リード部１０
はAuから形成した。また、磁性膜５の磁化容易軸が検知
すべき信号磁界方向に平行となるように、軟磁性膜の磁
化容易軸がそれと垂直方向になるように異方性を付与し
た。この方法は、成膜する際、膜面内で異方性を付与し
たい方向に、永久磁石で磁界を付与して成膜した。
９に示す構成のＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。この場合、上部シールド８および下部シールド１３
の材料にはNi0.8Fe0.2合金を用い、上部絶縁膜９および
下部絶縁膜１２の材料にはAl2O3を用いた。またハード
バイアス部１１はCo-Pt合金から形成し、リード部１０
はAuから形成した。また、磁性膜５の磁化容易軸が検知
すべき信号磁界方向に平行となるように、軟磁性膜の磁
化容易軸がそれと垂直方向になるように異方性を付与し
た。この方法は、成膜する際、膜面内で異方性を付与し
たい方向に、永久磁石で磁界を付与して成膜した。
【００９９】さらに、比較のために、Ni0.8Fe0.2合金を
軟磁性膜として含んでいる上記ＭＲ素子Ｃ１を用いて、
図９に示す構成のＭＲヘッドを作製した。本発明のＭＲ
素子Ｃ０を有するＭＲヘッドと、比較例のＭＲ素子Ｃ１
を有するＭＲヘッドとの両方について、約10 Oeの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価したところ、
本発明のＭＲ素子Ｃ０を有するヘッドの出力は、比較例
のＭＲ素子Ｃ１を有するヘッドの約４倍であった。
軟磁性膜として含んでいる上記ＭＲ素子Ｃ１を用いて、
図９に示す構成のＭＲヘッドを作製した。本発明のＭＲ
素子Ｃ０を有するＭＲヘッドと、比較例のＭＲ素子Ｃ１
を有するＭＲヘッドとの両方について、約10 Oeの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価したところ、
本発明のＭＲ素子Ｃ０を有するヘッドの出力は、比較例
のＭＲ素子Ｃ１を有するヘッドの約４倍であった。
【０１００】（実施例４）実施例３と同様にして、硬質
磁性膜４に代えて金属反強磁性体膜６と磁性体５との組
み合わせを用いた図４に示す構成のＭＲ素子Ｄ０ Ｄ０：Ta(10nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/
Cu(2nm)/Co(1nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(3nm)/Co(1nm)/Cu
(2nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm) を基板（例えば、ガラス基板）上に作製した。また、比
較のために、図４の構成から界面磁性膜２を省略した構
成を有するＭＲ素子Ｄ１ Ｄ１：Ta(10nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/
Cu(2nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe
0.2(2nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm) を基板上に形成した。これらのＭＲ素子Ｄ０およびＤ１
を、実施例１と同じ評価方法で評価した。その結果、本
発明のＭＲ素子Ｄ０のＭＲ比は9.5％であったが、界面
磁性膜を有していない比較例のＭＲ素子Ｄ１のＭＲ比は
2.6％であった。また、ΔＭＲ／ΔＨ（ＭＲ感度）の値
は、本発明のＭＲ素子Ｄ０が、比較例のＭＲ素子Ｄ１の
約４倍であった。この結果は、やはり界面磁性膜を挿入
することの有効性を示している。
磁性膜４に代えて金属反強磁性体膜６と磁性体５との組
み合わせを用いた図４に示す構成のＭＲ素子Ｄ０ Ｄ０：Ta(10nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/
Cu(2nm)/Co(1nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(3nm)/Co(1nm)/Cu
(2nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm) を基板（例えば、ガラス基板）上に作製した。また、比
較のために、図４の構成から界面磁性膜２を省略した構
成を有するＭＲ素子Ｄ１ Ｄ１：Ta(10nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/
Cu(2nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe
0.2(2nm)/Ni0.44Mn0.56(10nm) を基板上に形成した。これらのＭＲ素子Ｄ０およびＤ１
を、実施例１と同じ評価方法で評価した。その結果、本
発明のＭＲ素子Ｄ０のＭＲ比は9.5％であったが、界面
磁性膜を有していない比較例のＭＲ素子Ｄ１のＭＲ比は
2.6％であった。また、ΔＭＲ／ΔＨ（ＭＲ感度）の値
は、本発明のＭＲ素子Ｄ０が、比較例のＭＲ素子Ｄ１の
約４倍であった。この結果は、やはり界面磁性膜を挿入
することの有効性を示している。
【０１０１】（実施例５）基板（例えば、ガラス基板）
上に、６元のターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、図５の構成を有するＭＲ素子Ｅ０を
作製した。ＭＲ素子Ｅ０の具体的な構成は、以下の通り
である。
上に、６元のターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、図５の構成を有するＭＲ素子Ｅ０を
作製した。ＭＲ素子Ｅ０の具体的な構成は、以下の通り
である。
【０１０２】Ｅ０：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(2nm)/C
o0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) また、比較のために、軟磁性膜としてNi-Fe合金を用い
た点を除いては同様の方法で以下の構成を有するＭＲ素
子Ｅ１を作製した。
o0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) また、比較のために、軟磁性膜としてNi-Fe合金を用い
た点を除いては同様の方法で以下の構成を有するＭＲ素
子Ｅ１を作製した。
【０１０３】Ｅ１：Ni0.8Fe0.2(2nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe
0.2(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) このように作製したＭＲ素子Ｅ０およびＥ１の特性を、
室温で約500 Oeの外部磁界を印加して直流４端子法で評
価した結果を表１に示す。
0.2(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) このように作製したＭＲ素子Ｅ０およびＥ１の特性を、
室温で約500 Oeの外部磁界を印加して直流４端子法で評
価した結果を表１に示す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】この表１から、本発明のＭＲ素子Ｅ０で
は、比較例のＭＲ素子Ｅ１に比べてＭＲ比が大きく、か
つ、ＭＲ感度（ΔＭＲ／ΔＨ）が大きいことがわかる。
これは、本発明のＭＲ素子Ｅ０は、軟磁性膜として軟磁
気特性が優れている非晶質合金を用いてためであると考
えられる。
は、比較例のＭＲ素子Ｅ１に比べてＭＲ比が大きく、か
つ、ＭＲ感度（ΔＭＲ／ΔＨ）が大きいことがわかる。
これは、本発明のＭＲ素子Ｅ０は、軟磁性膜として軟磁
気特性が優れている非晶質合金を用いてためであると考
えられる。
【０１０６】次に、本発明のＭＲ素子Ｅ０を用いて、図
９に示す構成のＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。この場合、上部シールド８および下部シールド１３
の材料にはNi0.8Fe0.2合金を用い、上部絶縁膜９および
下部絶縁膜１２の材料にはAl2O3を用いた。また、ハー
ドバイアス部１１はCo-Pt合金から形成し、リード部１
０はAuから形成した。また、金属反強磁性体膜６と接す
る方の非晶質合金膜１の磁化容易軸が検知すべき信号磁
界方向に平行となるように、かつ、フリー層である非晶
質合金膜１の磁化容易軸がそれと垂直になるように、異
方性を付与した。この方法は、金属反強磁性体膜および
それと接する軟磁性膜を成膜する際、膜面内で異方性を
付与したい方向に、永久磁石で磁界を付与して成膜し
た。
９に示す構成のＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。この場合、上部シールド８および下部シールド１３
の材料にはNi0.8Fe0.2合金を用い、上部絶縁膜９および
下部絶縁膜１２の材料にはAl2O3を用いた。また、ハー
ドバイアス部１１はCo-Pt合金から形成し、リード部１
０はAuから形成した。また、金属反強磁性体膜６と接す
る方の非晶質合金膜１の磁化容易軸が検知すべき信号磁
界方向に平行となるように、かつ、フリー層である非晶
質合金膜１の磁化容易軸がそれと垂直になるように、異
方性を付与した。この方法は、金属反強磁性体膜および
それと接する軟磁性膜を成膜する際、膜面内で異方性を
付与したい方向に、永久磁石で磁界を付与して成膜し
た。
【０１０７】さらに、比較のために、Ni0.8Fe0.2合金を
軟磁性膜として含んでいるＭＲ素子Ｅ１を用いて、同様
にしてＭＲヘッドを構成した。これらのヘッドに約10 O
eの交流信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価した
ところ、本発明のＭＲ素子Ｅ０を用いたヘッドの出力
は、比較例のＭＲ素子Ｅ１を用いたヘッドに比べて約３
倍であった。
軟磁性膜として含んでいるＭＲ素子Ｅ１を用いて、同様
にしてＭＲヘッドを構成した。これらのヘッドに約10 O
eの交流信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価した
ところ、本発明のＭＲ素子Ｅ０を用いたヘッドの出力
は、比較例のＭＲ素子Ｅ１を用いたヘッドに比べて約３
倍であった。
【０１０８】なお、ここでは非晶質合金膜としてCo-Mn-
B膜を使う場合を説明した。しかし、Co-Mn-B膜やCo-Fe-
B膜は極端に環境の悪い条件、例えば水中や塩水中では
耐食性にやや難がある。この点を改良するには、Co-Nb-
Zr膜を用いればよい。Co-Nb-Zr膜を非晶質合金膜１とし
て用いたＭＲ素子Ｅ２を、タ−ゲットにCo0.85Nb0.1Zr
0.05を用いた点を除いては本発明のＭＲ素子Ｅ０と同様
の方法によって基板上に形成した。ＭＲ素子Ｅ２の具体
的な構成を以下に示す。
B膜を使う場合を説明した。しかし、Co-Mn-B膜やCo-Fe-
B膜は極端に環境の悪い条件、例えば水中や塩水中では
耐食性にやや難がある。この点を改良するには、Co-Nb-
Zr膜を用いればよい。Co-Nb-Zr膜を非晶質合金膜１とし
て用いたＭＲ素子Ｅ２を、タ−ゲットにCo0.85Nb0.1Zr
0.05を用いた点を除いては本発明のＭＲ素子Ｅ０と同様
の方法によって基板上に形成した。ＭＲ素子Ｅ２の具体
的な構成を以下に示す。
【０１０９】Ｅ２：Co0.85Nb0.1Zr0.05(2nm)/Cu(2nm)/C
o0.85Nb0.1Zr0.05(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) このＭＲ素子Ｅ２のＭＲ比は2.9％、ΔＭＲ／ΔＨは0.8
％となり、優れた特性を示した。
o0.85Nb0.1Zr0.05(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) このＭＲ素子Ｅ２のＭＲ比は2.9％、ΔＭＲ／ΔＨは0.8
％となり、優れた特性を示した。
【０１１０】また、非磁性膜３の検討として、本発明の
ＭＲ素子Ｅ０の構成において、厚さ2nmのCu膜単膜の代
わりに、Cu膜にさらに非磁性膜を挿入したＭＲ素子Ｅ
３、Ｅ４およびＥ５を基板上に作製した。
ＭＲ素子Ｅ０の構成において、厚さ2nmのCu膜単膜の代
わりに、Cu膜にさらに非磁性膜を挿入したＭＲ素子Ｅ
３、Ｅ４およびＥ５を基板上に作製した。
【０１１１】Ｅ３：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(0.9nm)
/Ag(0.2nm)/Cu(0.9nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2M
n0.8(10nm) Ｅ４：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ag(0.2nm)Cu(1.8nm)/Co
0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) Ｅ５：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(1.8nm)/Ag(0.2nm)/C
o0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) これらのＭＲ素子Ｅ３、Ｅ４およびＥ５について、実施
例１と同様の方法により評価したところ、いずれも、Ｍ
Ｒ比は上記ＭＲ素子Ｅ０とほぼ同じであったが、ＭＲ感
度はいずれも約1.5倍に上昇していた。これは、挿入し
たAg膜が、磁性膜間の相互作用を弱くする働きがあるた
めと考えられる。なお、ここではAg膜を挿入する場合を
説明したが、Au膜を挿入した場合にも、ほぼ同様の効果
が得られる。
/Ag(0.2nm)/Cu(0.9nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2M
n0.8(10nm) Ｅ４：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ag(0.2nm)Cu(1.8nm)/Co
0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) Ｅ５：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(1.8nm)/Ag(0.2nm)/C
o0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) これらのＭＲ素子Ｅ３、Ｅ４およびＥ５について、実施
例１と同様の方法により評価したところ、いずれも、Ｍ
Ｒ比は上記ＭＲ素子Ｅ０とほぼ同じであったが、ＭＲ感
度はいずれも約1.5倍に上昇していた。これは、挿入し
たAg膜が、磁性膜間の相互作用を弱くする働きがあるた
めと考えられる。なお、ここではAg膜を挿入する場合を
説明したが、Au膜を挿入した場合にも、ほぼ同様の効果
が得られる。
【０１１２】なお、本実施例５では、金属反強磁性体膜
６としてIr-Mn合金膜を用いたが、Pt-Mn合金、Pd-Mn合
金、Ni-Mn合金、 Fe-Ir合金等からなる膜を用いた場合
にも、同様の効果を得ることができる。
６としてIr-Mn合金膜を用いたが、Pt-Mn合金、Pd-Mn合
金、Ni-Mn合金、 Fe-Ir合金等からなる膜を用いた場合
にも、同様の効果を得ることができる。
【０１１３】（実施例６）実施例５と同様の方法で、図
７に示す構成のＭＲ素子Ｆ０ Ｆ０：Ir0.2Mn0.8(10nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(2
nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(2nm)/Co0.68Mn0.06B
0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) を基板（例えば、ガラス基板）上に作製した。また、比
較のために、非晶質合金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜
に代えてNi0.8Fe0.2膜を用いたＭＲ素子Ｆ１ Ｆ１：Ir0.2Mn0.8(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Cu(2nm)/Ni
0.8Fe0.2(2nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Ir0.2Mn0.8(1
0nm) を基板上に作製した。これらのＭＲ素子Ｆ０およびＦ１
の特性を、実施例１と同じ方法で評価した結果を表２に
示す。
７に示す構成のＭＲ素子Ｆ０ Ｆ０：Ir0.2Mn0.8(10nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(2
nm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(2nm)/Co0.68Mn0.06B
0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) を基板（例えば、ガラス基板）上に作製した。また、比
較のために、非晶質合金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜
に代えてNi0.8Fe0.2膜を用いたＭＲ素子Ｆ１ Ｆ１：Ir0.2Mn0.8(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Cu(2nm)/Ni
0.8Fe0.2(2nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Ir0.2Mn0.8(1
0nm) を基板上に作製した。これらのＭＲ素子Ｆ０およびＦ１
の特性を、実施例１と同じ方法で評価した結果を表２に
示す。
【０１１４】
【表２】
【０１１５】この表２から、本発明のＭＲ素子Ｆ０で
は、比較例のＭＲ素子Ｆ１に比べてＭＲ比が大きく、か
つ、ＭＲ感度ΔＭＲ／ΔＨが大きいことがわかる。これ
は、本発明のＭＲ素子Ｆ０は、軟磁性膜として軟磁気特
性が優れている非晶質合金を用いているためであると考
えられる。
は、比較例のＭＲ素子Ｆ１に比べてＭＲ比が大きく、か
つ、ＭＲ感度ΔＭＲ／ΔＨが大きいことがわかる。これ
は、本発明のＭＲ素子Ｆ０は、軟磁性膜として軟磁気特
性が優れている非晶質合金を用いているためであると考
えられる。
【０１１６】次に、本発明のＭＲ素子Ｆ０を用いて、実
施例１と同様にして、図９に示す構成のＭＲヘッドを作
製し、その特性を評価した。また、比較のために、上記
比較例のＭＲ素子Ｆ１を用いた、図９に示す構成のＭＲ
ヘッドも作製し、その特性を評価した。これらのＭＲヘ
ッドの特性を比較すると、本発明のＭＲ素子Ｆ０を用い
たヘッドの出力は、比較例のＭＲ素子Ｆ１を用いたヘッ
ドに比べて約２倍であった。
施例１と同様にして、図９に示す構成のＭＲヘッドを作
製し、その特性を評価した。また、比較のために、上記
比較例のＭＲ素子Ｆ１を用いた、図９に示す構成のＭＲ
ヘッドも作製し、その特性を評価した。これらのＭＲヘ
ッドの特性を比較すると、本発明のＭＲ素子Ｆ０を用い
たヘッドの出力は、比較例のＭＲ素子Ｆ１を用いたヘッ
ドに比べて約２倍であった。
【０１１７】（実施例７）基板（例えば、ガラス基板）
上に、３元のターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、図６（ａ）に示す構成のＭＲ素子Ｇ
０を作製した。具体的には、本実施例で作製したＭＲ素
子Ｇ０の構成は以下の通りである。
上に、３元のターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、図６（ａ）に示す構成のＭＲ素子Ｇ
０を作製した。具体的には、本実施例で作製したＭＲ素
子Ｇ０の構成は以下の通りである。
【０１１８】Ｇ０：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(tnm)/C
u(2nm)/Co(tnm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(1
0nm) ＭＲ素子Ｇ０において、Co膜の厚さｔは、0から3nmまで
変化させた。
u(2nm)/Co(tnm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(1
0nm) ＭＲ素子Ｇ０において、Co膜の厚さｔは、0から3nmまで
変化させた。
【０１１９】このように作製したＭＲ素子Ｇ０の特性
を、室温で約 500 Oeの外部磁界を印加して直流４端子
法で評価した結果を表３に示す。
を、室温で約 500 Oeの外部磁界を印加して直流４端子
法で評価した結果を表３に示す。
【０１２０】
【表３】
【０１２１】この表３からわかるように、Co膜を非晶質
合金膜１と非磁性膜３との間に挿入することにより、Ｍ
Ｒ比およびΔＭＲ／ΔＨの両方ともが大幅に改善される
ことがわかる。これは、界面磁性膜であるCo膜と非磁性
膜であるCu膜との界面における磁気的散乱が、非晶質合
金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜とCu膜との界面におけ
るそれよりも大きいことを意味する。また、挿入するCo
膜の厚さは、表３から、0.2nmでも効果があるが、望ま
しくは1nm以上がよいことがわかる。ただし、2.5nm以上
になると、ＭＲ比、ΔＭＲ／ΔＨともに低下する。これ
はCo膜が厚すぎると、非晶質合金膜１と界面磁性膜２と
の組み合わせの軟磁気特性が低下するためと考えられ
る。Co膜の厚さが2nm以下の場合には、表１および表３
に示すように、本発明のＭＲ素子Ｇ０は、上記実施例５
で述べた比較例のＭＲ素子Ｅ１に比べてＭＲ比、ΔＭＲ
／ΔＨともに大幅に優れていることがわかる。
合金膜１と非磁性膜３との間に挿入することにより、Ｍ
Ｒ比およびΔＭＲ／ΔＨの両方ともが大幅に改善される
ことがわかる。これは、界面磁性膜であるCo膜と非磁性
膜であるCu膜との界面における磁気的散乱が、非晶質合
金膜であるCo0.68Mn0.06B0.26膜とCu膜との界面におけ
るそれよりも大きいことを意味する。また、挿入するCo
膜の厚さは、表３から、0.2nmでも効果があるが、望ま
しくは1nm以上がよいことがわかる。ただし、2.5nm以上
になると、ＭＲ比、ΔＭＲ／ΔＨともに低下する。これ
はCo膜が厚すぎると、非晶質合金膜１と界面磁性膜２と
の組み合わせの軟磁気特性が低下するためと考えられ
る。Co膜の厚さが2nm以下の場合には、表１および表３
に示すように、本発明のＭＲ素子Ｇ０は、上記実施例５
で述べた比較例のＭＲ素子Ｅ１に比べてＭＲ比、ΔＭＲ
／ΔＨともに大幅に優れていることがわかる。
【０１２２】以上、界面磁性膜２を図６（ａ）に示すよ
うに、非磁性膜３の両側に挿入する場合を説明したが、
図６（ｂ）または（ｃ）に示すように、非磁性膜３の片
側のみに挿入した場合にも、ＭＲ比の増大、およびΔＭ
Ｒ／ΔＨの向上という効果を得ることができる。以下
に、図６（ｂ）および（ｃ）に示す構成のＭＲ素子を、
上述したＭＲ素子Ｇ０と同様な方法で基板上に作製した
場合の構成例を示す。
うに、非磁性膜３の両側に挿入する場合を説明したが、
図６（ｂ）または（ｃ）に示すように、非磁性膜３の片
側のみに挿入した場合にも、ＭＲ比の増大、およびΔＭ
Ｒ／ΔＨの向上という効果を得ることができる。以下
に、図６（ｂ）および（ｃ）に示す構成のＭＲ素子を、
上述したＭＲ素子Ｇ０と同様な方法で基板上に作製した
場合の構成例を示す。
【０１２３】Ｇ２：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Cu(2nm)/C
o(tnm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) Ｇ３：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(tnm)/Cu(2nm)/Co
0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) 図６（ｂ）に示す構成のＭＲ素子Ｇ２と、図６（ｃ）に
示す構成のＭＲ素子Ｇ３について、上記実施例１と同様
の方法で評価した結果を表４に示す。
o(tnm)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) Ｇ３：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(tnm)/Cu(2nm)/Co
0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) 図６（ｂ）に示す構成のＭＲ素子Ｇ２と、図６（ｃ）に
示す構成のＭＲ素子Ｇ３について、上記実施例１と同様
の方法で評価した結果を表４に示す。
【０１２４】
【表４】
【０１２５】表４より、非磁性膜３の片側だけに界面磁
性膜２を挿入した場合にも、上記実施例４で述べたＭＲ
素子Ｄ０の界面磁性膜がない場合に比べて、優れたＭＲ
特性を示すことがわかる。
性膜２を挿入した場合にも、上記実施例４で述べたＭＲ
素子Ｄ０の界面磁性膜がない場合に比べて、優れたＭＲ
特性を示すことがわかる。
【０１２６】なお本実施例では、界面磁性膜としてCo膜
を用いた場合を説明したが、界面磁性膜として、Co0.9F
e0.1を用いてもほぼ同様の結果が得られた。
を用いた場合を説明したが、界面磁性膜として、Co0.9F
e0.1を用いてもほぼ同様の結果が得られた。
【０１２７】また、本実施例では、非晶質合金膜１と金
属反強磁性体膜６とが直接接している場合を説明した
が、非晶質合金膜１と金属反強磁性体膜６との間に、結
晶質磁性膜を挿入してもよい。以下に示すように、上記
ＭＲ素子Ｇ０においてCo膜の厚さを1nmとしたもの Ｇ０：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1n
m)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) と、非晶質合金膜１と金属反強磁性体膜６との間に結晶
質磁性膜であるNi-Fe-Co合金を挿入したＭＲ素子Ｇ４ Ｇ４：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(tnm)/Cu(2nm)/Co(tn
m)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ni0.8Fe0.1Co0.1(1.5nm)/I
r0.2Mn0.8(10nm) とをそれぞれ基板上に作製し、これらの特性を評価し
た。その結果、ＭＲ素子Ｇ４は、ＭＲ比、ΔＭＲ／ΔＨ
がともにＭＲ素子Ｇ０とほとんど同じであったが、ピン
層の反転磁界が約100 Oe程度から200 Oeと２倍ほど増加
した。このことから、非晶質合金膜１と金属反強磁性体
膜６との間に結晶質磁性膜が挿入されているＭＲ素子
は、実際に磁気ヘッド等に使用するのに優れていること
がわかる。
属反強磁性体膜６とが直接接している場合を説明した
が、非晶質合金膜１と金属反強磁性体膜６との間に、結
晶質磁性膜を挿入してもよい。以下に示すように、上記
ＭＲ素子Ｇ０においてCo膜の厚さを1nmとしたもの Ｇ０：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1n
m)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) と、非晶質合金膜１と金属反強磁性体膜６との間に結晶
質磁性膜であるNi-Fe-Co合金を挿入したＭＲ素子Ｇ４ Ｇ４：Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Co(tnm)/Cu(2nm)/Co(tn
m)/Co0.68Mn0.06B0.26(2nm)/Ni0.8Fe0.1Co0.1(1.5nm)/I
r0.2Mn0.8(10nm) とをそれぞれ基板上に作製し、これらの特性を評価し
た。その結果、ＭＲ素子Ｇ４は、ＭＲ比、ΔＭＲ／ΔＨ
がともにＭＲ素子Ｇ０とほとんど同じであったが、ピン
層の反転磁界が約100 Oe程度から200 Oeと２倍ほど増加
した。このことから、非晶質合金膜１と金属反強磁性体
膜６との間に結晶質磁性膜が挿入されているＭＲ素子
は、実際に磁気ヘッド等に使用するのに優れていること
がわかる。
【０１２８】（実施例８)実施例５と同様の方法で、図
８に示す構成のＭＲ素子Ｈ０を基板（例えば、ガラス基
板）上に作製した。ＭＲ素子Ｈ０の具体的な構成は、以
下の通りである。
８に示す構成のＭＲ素子Ｈ０を基板（例えば、ガラス基
板）上に作製した。ＭＲ素子Ｈ０の具体的な構成は、以
下の通りである。
【０１２９】Ｈ０：Ir0.2Mn0.8(10nm)/Co0.68Mn0.06B
0.26(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1nm)/Co0.68Mn0.06B
0.26(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1nm)/Co0.68Mn0.06B
0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) また、比較のために、非晶質合金膜であるCo0.68Mn0.06
B0.26膜に代えてNi0.8Fe 0.2膜を用いたＭＲ素子Ｈ１ Ｈ１：Ir0.2Mn0.8(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Co(1nm)/Cu
(2nm)/Co(1nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1
nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) を作製した。
0.26(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1nm)/Co0.68Mn0.06B
0.26(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1nm)/Co0.68Mn0.06B
0.26(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) また、比較のために、非晶質合金膜であるCo0.68Mn0.06
B0.26膜に代えてNi0.8Fe 0.2膜を用いたＭＲ素子Ｈ１ Ｈ１：Ir0.2Mn0.8(10nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Co(1nm)/Cu
(2nm)/Co(1nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Co(1nm)/Cu(2nm)/Co(1
nm)/Ni0.8Fe0.2(2nm)/Ir0.2Mn0.8(10nm) を作製した。
【０１３０】本発明のＭＲ素子Ｈ０と、比較例のＭＲ素
子Ｈ１の特性を、実施例５と同じ方法で評価した結果を
表５に示す。
子Ｈ１の特性を、実施例５と同じ方法で評価した結果を
表５に示す。
【０１３１】
【表５】
【０１３２】本発明のＭＲ素子Ｈ０では、比較例のＭＲ
素子Ｈ１に比べてＭＲ比が大きく、かつ、ＭＲ感度ΔＭ
Ｒ／ΔＨが大きいことがわかる。これば、本発明のＭＲ
素子Ｈ０が、軟磁性膜として軟磁気特性が優れている非
晶質合金膜を用いているためであると考えられる。
素子Ｈ１に比べてＭＲ比が大きく、かつ、ＭＲ感度ΔＭ
Ｒ／ΔＨが大きいことがわかる。これば、本発明のＭＲ
素子Ｈ０が、軟磁性膜として軟磁気特性が優れている非
晶質合金膜を用いているためであると考えられる。
【０１３３】次に、本発明のＭＲ素子Ｈ０を用いて、図
９に示す構成のＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。また、比較のために、Ni-Fe合金膜を軟磁性膜とし
て含んでいる比較例のＭＲ素子Ｈ１を用いたＭＲヘッド
も同様に作製した。これらのヘッドの特性を比較する
と、本発明のＭＲ素子Ｈ０を用いたヘッドの出力は、比
較例のＭＲ素子Ｈ１を用いたヘッドに比べて約７倍であ
った。
９に示す構成のＭＲヘッドを作製し、その特性を評価し
た。また、比較のために、Ni-Fe合金膜を軟磁性膜とし
て含んでいる比較例のＭＲ素子Ｈ１を用いたＭＲヘッド
も同様に作製した。これらのヘッドの特性を比較する
と、本発明のＭＲ素子Ｈ０を用いたヘッドの出力は、比
較例のＭＲ素子Ｈ１を用いたヘッドに比べて約７倍であ
った。
【０１３４】以上、本実施例においては、非晶質合金膜
として、Co-Mn-B合金膜を使用した場合を中心に説明し
たが、同様な効果は、Co(-Fe,Mn)-Nb-B合金、Co-Nb-Zr
合金等からなる膜を用いた場合も得られることがわかっ
ている。
として、Co-Mn-B合金膜を使用した場合を中心に説明し
たが、同様な効果は、Co(-Fe,Mn)-Nb-B合金、Co-Nb-Zr
合金等からなる膜を用いた場合も得られることがわかっ
ている。
【０１３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果素子は、低磁界で大きなＭＲ変化を実現することが
できる。そのため、磁気ヘッドとして用いた場合、微小
磁界で大きな再生出力を得ることができる。また、全膜
厚を比較的薄くできるため、将来の高密度記録用の磁気
ヘッドとして有望である。
効果素子は、低磁界で大きなＭＲ変化を実現することが
できる。そのため、磁気ヘッドとして用いた場合、微小
磁界で大きな再生出力を得ることができる。また、全膜
厚を比較的薄くできるため、将来の高密度記録用の磁気
ヘッドとして有望である。
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図であ
る。
る。
【図２】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
である。
である。
【図３】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
である。
である。
【図４】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
である。
である。
【図５】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
である。
である。
【図６】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
である。
である。
【図７】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
である。
である。
【図８】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
である。
である。
【図９】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの一例の断
面図である。
面図である。
【図１０】本発明の磁気抵抗効果素子の一実施形態にお
けるＭＲ比の界面磁性膜（Co膜)厚依存性を示す図であ
る。
けるＭＲ比の界面磁性膜（Co膜)厚依存性を示す図であ
る。
【図１１】本発明の磁気抵抗効果素子の一実施形態にお
けるＭＲ比の界面磁性膜(Co膜)厚依存性を示す図であ
る。
けるＭＲ比の界面磁性膜(Co膜)厚依存性を示す図であ
る。
【図１２】ΔＭＲ／ΔＨの定義を説明する図である。
１ 非晶質合金膜 ２ 界面磁性膜 ３ 非磁性膜 ４ 硬質磁性膜 ５ 磁性膜 ６ 金属反強磁性体膜 ７ ＭＲ素子部 ８ 上部シールド ９ 上部絶縁膜 １０ リード部 １１ ハードバイアス部 １２ 下部絶縁膜 １３ 下部シールド
フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平8−126743 (32)優先日 平成８年５月22日(1996．5．22) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 平８−8473（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−65329（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 10/30 G11B 5/39 H01L 43/08
Claims (31)
- 【請求項１】 軟磁性膜と、少なくとも１つの硬質磁性
膜と、該軟磁性膜と該少なくとも１つの硬質磁性膜との
間に形成された少なくとも１つの非磁性膜とを備えてい
る磁気抵抗効果素子であって、 該軟磁性膜は、非晶質構造を含む合金膜から形成されて
おり、 該軟磁性膜と該非磁性膜との界面に、該界面における伝
導電子のスピン依存散乱を高め且つ磁気抵抗効果を向上
させる界面磁性膜が設けられており、 該軟磁性膜は、膜厚が５ｎｍ以下であり、 該界面磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下で
ある、 磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 前記少なくとも１つの硬質磁性膜は、前
記軟磁性膜の両側に設けられた一対の硬質磁性膜であ
り、前記少なくとも１つの非磁性膜は、該軟磁性膜と該
一対の硬質磁性膜との間にそれぞれ設けられた一対の非
磁性膜である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 前記硬質磁性膜は、残留磁化と飽和磁化
との比が0.7以上である、請求項１または２に記載の磁
気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 前記硬質磁性膜の少なくとも一部は、酸
化物から形成されている、請求項１から３のいずれか１
つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 前記硬質磁性膜は、FeおよびCoの酸化物
から形成されている、請求項４の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 前記硬質磁性膜は、CoxFe1- xを主成分
とし、Ｘは0.3〜0.7である、請求項１から３のいずれか
１つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 前記硬質磁性膜の前記非磁性膜とは反対
側に設けられた酸化物膜をさらに備えている、請求項
１、２、３および６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項８】 前記酸化物膜は、Niの酸化物から形成さ
れている、請求項７に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 前記硬質磁性層の前記非磁性膜とは反対
側に設けられた酸化物磁性膜をさらに備えている、請求
項１、２、３および６のいずれか１つに記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項１０】 前記酸化物磁性膜は、CoおよびFeの酸
化物から形成されている、請求項９に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項１１】 少なくとも１つの金属反強磁性体膜
と、該金属反強磁性体膜と磁気的に結合した少なくとも
１つの磁性膜と、軟磁性膜と、該磁性膜と該軟磁性膜と
の間に形成された非磁性膜と、を備えている磁気抵抗効
果素子であって、 該軟磁性膜は、非晶質構造を含む合金膜から形成されて
おり、 該軟磁性膜と該非磁性膜との界面に、該界面における伝
導電子のスピン依存散乱を高め且つ該軟磁性膜の軟磁性
特性を向上させる界面磁性膜が設けられており、 該軟磁性膜は、膜厚が５ｎｍ以下であり、 該界面磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下で
ある、 磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１２】 前記少なくとも１つの金属反強磁性体
膜は、前記軟磁性膜の両側に設けられた一対の金属反強
磁性体膜であり、前記少なくとも１つの磁性膜は、該軟
磁性膜の両側に設けられた一対の磁性膜である、請求項
１１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１３】 少なくとも２つの軟磁性膜と、該軟磁
性膜の間に形成された少なくとも１つの非磁性膜と、該
軟磁性膜の少なくとも１つの、該非磁性膜とは反対側に
設けられた少なくとも１つの金属反強磁性体膜と、を備
えている磁気抵抗効果素子であって、 該軟磁性膜の各々は、非晶質構造を含む合金膜であり、 該軟磁性膜と該非磁性膜との界面の少なくとも１つに、
該界面における伝導電子のスピン依存散乱を高め且つ磁
気抵抗効果を向上させる界面磁性膜が設けられており、 該軟磁性膜は、膜厚が５ｎｍ以下であり、 該界面磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下で
ある、 磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１４】 前記軟磁性膜は、２つの非磁性膜が間
に設けられた３つの軟磁性膜であり、前記少なくとも１
つの金属反強磁性体膜は、該３つの軟磁性膜および該２
つの非磁性膜を挟むように設けられた一対の金属反強磁
性体膜である、請求項１３に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１５】 前記磁気抵抗効果素子は、前記金属反
強磁性体膜と前記軟磁性膜との間に形成された結晶質磁
性膜をさらに備えている、請求項１３または１４に記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１６】 前記結晶質磁性膜はNi-Fe-Co合金から
形成されている、請求項１５に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項１７】 前記金属反強磁性体膜は、M-Mn合金か
ら形成されており、MはIr、Pt、PdおよびNiのいずれか
である、請求項１３から１６のいずれか１つに記載の磁
気抵抗効果素子。 - 【請求項１８】 前記金属反強磁性体膜は、Ir-Mn合金
から形成されている、請求項１７に記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項１９】 前記金属反強磁性体膜は、Fe-Ir合金
から形成されている、請求項１３から１６のいずれか１
つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２０】 前記界面磁性膜は、主成分としてCoま
たはCo-Fe合金を含有しており、厚さが2nm以下である、
請求項１から１９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項２１】 前記非磁性膜中には、異なる材料から
なる非磁性膜が挿入されている、請求項１から２０のい
ずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２２】 前記異なる材料からなる非磁性膜の厚
さは１nm以下である、請求項２１に記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項２３】 前記磁気抵抗効果素子は、前記硬質磁
性膜と前記非磁性膜との界面に設けられた更なる界面磁
性膜を含んでいる、請求項１から１０に記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項２４】 前記更なる界面磁性膜は、主成分とし
てCoまたはCo-Fe合金を含有しており、厚さが2nm以下で
ある、請求項２３に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２５】 前記非晶質構造を含む合金膜は、主成
分としてCo-Mn-B合金を含有している、請求項１から２
４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２６】 前記非晶質構造を含む合金膜は、主成
分としてCo-Nb-Zr合金を含有している、請求項１から２
４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２７】 前記非晶質構造を含む合金膜は、主成
分としてCo-Nb-B合金を含有している、請求項１から２
４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２８】 前記硬質磁性膜の磁化容易軸が、検知
すべき磁界の方向と実質的に一致しており、前記磁気抵
抗効果素子の厚さが20nm以下である、請求項１から１０
のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２９】 前記金属反強磁性体膜と磁気的に結合
している前記磁性膜の磁化容易軸は、検知すべき磁界の
方向と実質的に一致しており、前記磁気抵抗効果素子の
厚さが20nm以下である、請求項１１または１２に記載の
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３０】 前記金属反強磁性体膜と接している磁
性体膜の磁化容易軸は、検知すべき磁界の方向と実質的
に一致しており、前記磁気抵抗効果素子の厚さが20nm以
下である、請求項１３から１９のいずれか１つに記載の
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３１】 請求項２８から３０のいずれか１つに
記載の磁気抵抗効果素子と、リード部とを備えている磁
気抵抗効果型ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09036766A JP3132809B2 (ja) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッド |
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3455696 | 1996-02-22 | ||
| JP6051396 | 1996-03-18 | ||
| JP8367496 | 1996-04-05 | ||
| JP12674396 | 1996-05-22 | ||
| JP8-34556 | 1996-05-22 | ||
| JP8-83674 | 1996-05-22 | ||
| JP8-126743 | 1996-05-22 | ||
| JP8-60513 | 1996-05-22 | ||
| JP09036766A JP3132809B2 (ja) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041135A JPH1041135A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3132809B2 true JP3132809B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=27521615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09036766A Expired - Fee Related JP3132809B2 (ja) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3132809B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004039757A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Sony Corp | 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置 |
-
1997
- 1997-02-20 JP JP09036766A patent/JP3132809B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1041135A (ja) | 1998-02-13 |
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