JP3153739B2 - Magnetoresistive element and magnetic transducer - Google Patents

Magnetoresistive element and magnetic transducer

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JP3153739B2 JP19424695A JP19424695A JP3153739B2 JP 3153739 B2 JP3153739 B2 JP 3153739B2 JP 19424695 A JP19424695 A JP 19424695A JP 19424695 A JP19424695 A JP 19424695A JP 3153739 B2 JP3153739 B2 JP 3153739B2
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    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268Exchange 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

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等の
磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子
のうち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号
として読み取ることの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等の磁気変換素子に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element for reading out a magnetic field strength of a magnetic recording medium or the like as a signal, and in particular, a magnetoresistive element capable of reading a small magnetic field change as a large electric resistance change signal. and,
The present invention relates to a magnetic transducer such as a magnetoresistive head using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録
における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵
抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ(以下、MR
センサという。)や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以
下、MRヘッドという。)の開発が盛んに進められてい
る。MRセンサもMRヘッドも、磁性材料を用いた読み
取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出
すものであるが、MRセンサやMRヘッドでは、記録媒
体との相対速度が再生出力に依存しないことから、MR
センサでは高感度が、MRヘッドでは高密度磁気記録の
信号読み出し時においても高い出力が得られるという特
徴がある。
2. Description of the Related Art In recent years, the sensitivity of magnetic sensors has been increased and the density of magnetic recording has been increased.
It is called a sensor. ) And a magnetoresistive magnetic head (hereinafter referred to as an MR head) have been actively developed. Both the MR sensor and the MR head read an external magnetic field signal by a change in resistance of a read sensor unit using a magnetic material.However, in the MR sensor and the MR head, the relative speed with respect to the recording medium does not depend on the reproduction output. From, MR
The sensor has a feature that high sensitivity is obtained, and the MR head can obtain a high output even at the time of signal reading of high-density magnetic recording.

【0003】しかし、従来用いられているNi0.8 Fe
0.2 (パーマロイ)やNiCo等の磁性体を利用したM
Rセンサでは、抵抗変化率ΔR/Rがせいぜい1〜3%
位と小さく、数GBPI以上の超高密度記録の読み出し
用MRヘッド材料としては感度が不足する。
However, the conventional Ni 0.8 Fe
0.2 M using a magnetic material such as (Permalloy) or NiCo
In the R sensor, the resistance change rate ΔR / R is at most 1 to 3%
As a material for a read MR head for ultra-high density recording of several GBPI or more, the sensitivity is insufficient.

【0004】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの
薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バル
ク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目さ
れてきている。このような人工格子の1種として、基板
上に強磁性金属薄膜と非磁性金属薄膜とを交互に積層し
た磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバル
ト−銅型等の磁性多層膜が知られている。このうち、鉄
−クロム型(Fe/Cr)については、超低温(4.2
K)において40%を超える磁気抵抗変化を示すという
報告がある(フィジカル レビュー レターズ(Phys.
Rev. Lett )第61巻、2472頁、1988年)。し
かし、この人工格子磁性多層膜では最大抵抗変化の起き
る外部磁場(動作磁界強度)が十数kOe 〜数十kOe と大
きく、このままでは実用性がない。この他、Co/Ag
等の人工格子磁性多層膜も提案されているが、これらで
も動作磁場強度が大きすぎる。
Meanwhile, artificial lattices having a structure in which thin films having a thickness on the order of the atomic diameter of a metal are periodically laminated have attracted attention in recent years because they exhibit characteristics different from those of bulk metals. As one type of such an artificial lattice, there is a magnetic multilayer film in which a ferromagnetic metal thin film and a non-magnetic metal thin film are alternately laminated on a substrate. Films are known. Of these, the iron-chromium type (Fe / Cr) has a very low temperature (4.2
K) shows a magnetoresistance change of more than 40% (Physical Review Letters (Phys.
Rev. Lett) 61, 2472, 1988). However, in this artificial lattice magnetic multilayer film, the external magnetic field (operating magnetic field intensity) at which the maximum resistance change occurs is as large as tens of kOe to tens of kOe, and there is no practical use as it is. In addition, Co / Ag
And the like, but the operating magnetic field strength is too large.

【0005】そこで、このような事情から、スピンバル
ブ膜という新しい構造が提案されている。これは非磁性
層を介してNiFe層が2層形成されており、一方のN
iFe層に隣接してFeMn層が配置されている構成を
持つ。ここではFeMn層と隣接するNiFe層とが直
接交換結合力で結合しているため、このNiFe層の磁
気スピンは数10〜数100Oeの磁場強度まで、その向
きを固着される。一方のNiFe層のスピンは外部磁場
によって自由にその向きを変えうる。その結果、NiF
e層の保磁力程度という、小さな磁場範囲で2〜5%の
磁気抵抗変化率(MR変化率)が実現される。その他、
下記の文献が発表されている。
[0005] Under such circumstances, a new structure called a spin valve film has been proposed. This is because two NiFe layers are formed via a non-magnetic layer,
It has a configuration in which an FeMn layer is arranged adjacent to the iFe layer. Here, since the FeMn layer and the adjacent NiFe layer are directly coupled by the exchange coupling force, the direction of the magnetic spin of the NiFe layer is fixed to a magnetic field strength of several tens to several hundreds Oe. The direction of the spin of one NiFe layer can be freely changed by an external magnetic field. As a result, NiF
A magnetoresistance change rate (MR change rate) of 2 to 5% is realized in a small magnetic field range of about the coercive force of the e layer. Others
The following documents have been published.

【0006】a.フィジカル レビュー B(Physical
Review B),43(1991)1297 Si/Ta(50)/NiFe(60)/Cu(20)
/NiFe(45)/FeMn(70)/Ta(50)
[( )内は各層の膜厚(Å)、以下同]において印加
磁場10OeでMR変化率が5.0%まで急激に立ち上が
ると述べている。
A. Physical Review B (Physical
Review B), 43 (1991) 1297 Si / Ta (50) / NiFe (60) / Cu (20)
/ NiFe (45) / FeMn (70) / Ta (50)
[() Indicates the film thickness of each layer (Å), the same applies hereinafter] states that the MR change rate sharply rises to 5.0% with an applied magnetic field of 10 Oe.

【0007】b.ジャーナル オブ マグネティズム
アンド マグネティック マテリアルズ(Journal of M
agnetism and Magnetic Materials) , 93(1991)101 Si/Ta(50)/NiFe(60)/Cu(25)
/NiFe(40)/FeMn(50)/Cu(50)
において印加磁場が0から15OeでMR変化率が0から
4.1%まで急激に立ち上がると述べている。
B. Journal of Magnetics
And Magnetic Materials (Journal of M
Agnetism and Magnetic Materials), 93 (1991) 101Si / Ta (50) / NiFe (60) / Cu (25)
/ NiFe (40) / FeMn (50) / Cu (50)
States that when the applied magnetic field is 0 to 15 Oe, the MR change rate sharply rises from 0 to 4.1%.

【0008】c.フィジカル レビュー B(Physical
Review B) , 45(1992)806 上記a,bの結果からさらに温度特性や磁性層厚や磁性
層の種類をCo,NiFeNi等としたときのMR特性
の変化について解析している。
C. Physical Review B (Physical
Review B), 45 (1992) 806 From the results of the above a and b, changes in the MR characteristics when the temperature characteristics, the magnetic layer thickness and the type of the magnetic layer are Co, NiFeNi, and the like are further analyzed.

【0009】d.ジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス(JapaneseJournal of Applied
Physics) , 32(1993)L1441 上記a,bの構造を多層構造としたときのMR変化率に
ついて述べられている。ここでの多層構造はNiFe
(60)/Cu(25)/NiFe(40)/FeMn
(50)という構成を間にCuをはさんで積層したもの
である。
D. Japanese Journal of Applied Physics
Physics), 32 (1993) L1441 Describes the MR change rate when the above structures a and b are formed as a multilayer structure. The multilayer structure here is NiFe
(60) / Cu (25) / NiFe (40) / FeMn
The structure (50) is laminated with Cu interposed therebetween.

【0010】また、さらに下記の公報が公開されてい
る。
Further, the following gazettes have been disclosed.

【0011】e.特開平2−61572号公報(米国特
許4949039号公報) 非磁性中間層を介して積層された強磁性薄膜が各々の層
間で反平行配列をとることにより大きなMR効果を示す
ことが述べられている。また、強磁性層の一方に反強磁
性材料を隣接させる構造についても述べられている。
E. JP-A-2-61572 (U.S. Pat. No. 4,949,039) states that a ferromagnetic thin film laminated via a non-magnetic intermediate layer exhibits a large MR effect by taking an antiparallel arrangement between the respective layers. . It also describes a structure in which an antiferromagnetic material is adjacent to one of the ferromagnetic layers.

【0012】f.特開平5−347013号公報 スピンバルブ膜を用いた磁気記録再生装置について述べ
られている。特に、反強磁性膜として、酸化ニッケルを
用いた場合について開示されている。
F. JP-A-5-347013 describes a magnetic recording / reproducing apparatus using a spin valve film. In particular, it discloses a case where nickel oxide is used as the antiferromagnetic film.

【0013】このようなスピンバルブ磁性多層膜では、
Fe/Cr,Co/Cu,Co/Ag等に比較してMR
変化率の大きさは劣るものの、数10Oe以下の印加磁場
で急激にMR曲線が変化しており、1〜10Gbit/inch2
より大きな記録密度におけるMRヘッド材料として適し
ている。しかし、これらの文献や公報等で開示されてい
る内容はスピンバルブ膜の基本的な作用を示しているに
過ぎない。
In such a spin valve magnetic multilayer film,
MR compared to Fe / Cr, Co / Cu, Co / Ag, etc.
Although the rate of change is inferior, the MR curve changes sharply with an applied magnetic field of several tens of Oe or less, and 1 to 10 Gbit / inch 2
It is suitable as an MR head material at a higher recording density. However, the contents disclosed in these documents and publications merely show the basic operation of the spin valve film.

【0014】ところで、現在、実際の超高密度磁気記録
におけるMRヘッド材料としてはNi0.8 Fe0.2 (パ
ーマロイ)が主に用いられている。これは異方性磁気抵
抗効果により磁気記録媒体からの信号磁場の変化を電気
抵抗の変化として変換しているものである。そのMR変
化率は1〜3%にすぎない。また、この場合、磁気抵抗
変化はゼロ磁場を中心に磁場の増減に対して対称な特性
を持つ。
At present, Ni 0.8 Fe 0.2 (permalloy) is mainly used as an MR head material in actual ultra-high density magnetic recording. In this method, a change in a signal magnetic field from a magnetic recording medium is converted into a change in electric resistance by the anisotropic magnetoresistance effect. The MR change rate is only 1-3%. Further, in this case, the magnetoresistance change has a characteristic symmetric with respect to the increase / decrease of the magnetic field around the zero magnetic field.

【0015】このような特性を解決する手段として、N
iFe等では、Ti等の比抵抗の小さなシャント層を設
けて動作点をシフトさせて用いている。また、このシャ
ント層に加えてCoZrMo,NiFeRh等の比抵抗
の大きな軟磁性材料のソフトフィルムバイアス層を設け
てバイアス磁界を印加して用いている。しかし、このよ
うなバイアス層をもつ構造は、工程が複雑となり、特性
を安定させることが困難であり、コストアップを招く。
またMR曲線をシフトさせた結果生じたMR変化曲線の
なだらかなところを使うことになるので、単位磁場にお
けるMR傾きは0.05%/Oe程度と小さく、S/Nの
低下等を招き、1〜10Gbit/inch2より大きな記録密度
におけるMRヘッド材料としては不十分である。
As means for solving such characteristics, N
In the case of iFe or the like, a shunt layer having a small specific resistance such as Ti is provided to shift the operating point. In addition to the shunt layer, a soft film bias layer of a soft magnetic material having a large specific resistance such as CoZrMo or NiFeRh is provided and used by applying a bias magnetic field. However, the structure having such a bias layer complicates the process, makes it difficult to stabilize the characteristics, and increases the cost.
Further, since a gentle part of the MR change curve generated as a result of shifting the MR curve is used, the MR gradient in a unit magnetic field is as small as about 0.05% / Oe, which leads to a decrease in S / N and the like. It is insufficient as an MR head material at a recording density larger than 10 Gbit / inch 2 .

【0016】さらに、MRヘッド等では複雑な積層構造
をとり、パターニング、平坦化等の工程でレジスト材料
のベーキングやキュア等の熱処理を必要とし、300℃
程度の耐熱性が必要となることがある。しかし、従来の
人工格子磁性多層膜では、このような熱処理で特性が劣
化してしまう。
Further, an MR head or the like has a complicated laminated structure, and requires heat treatment such as baking and curing of a resist material in steps such as patterning and flattening.
Some degree of heat resistance may be required. However, in the conventional artificial lattice magnetic multilayer film, such heat treatment deteriorates the characteristics.

【0017】また、文献等で開示されている従来のスピ
ンバルブ膜はその薄膜としての基本構造と基本特性のみ
が議論されており、超高密度磁気記録を実現するための
MRヘッド構造やそれに適した磁性多層膜構造などにつ
いては述べられていなかった。
In the conventional spin valve film disclosed in the literature and the like, only the basic structure and basic characteristics of the thin film are discussed, and an MR head structure for realizing ultra-high density magnetic recording and an MR head structure suitable therefor are discussed. No mention was made of the magnetic multilayer structure.

【0018】このように、これらの文献に示される例で
は、実際にそれらの薄膜をMRヘッドとして応用した場
合には、実際の磁界検出範囲でのMR傾きが小さく、M
Rヘッドとして良好かつ安定な再生を行なうことができ
ない。また、さらにすぐれた超高密度磁気記録における
MRヘッド材料として、印加磁場−10〜10Oeまでの
MR変化曲線も重要である。しかし、これらの文献の開
示例では、この範囲でのMR傾きを詳細に議論したもの
はない。
As described above, in the examples shown in these documents, when those thin films are actually applied as an MR head, the MR gradient in the actual magnetic field detection range is small, and
Good and stable reproduction cannot be performed as the R head. In addition, as a material for an MR head in superior ultra-high density magnetic recording, an MR change curve from an applied magnetic field of -10 to 10 Oe is also important. However, none of the examples disclosed in these documents discuss the MR gradient in this range in detail.

【0019】さらにまた、MRヘッドは、高密度記録再
生用として1MHz 以上の高周波磁界下で用いられること
が要求される。しかし、従来の各種3元系磁性多層膜の
膜厚構造では、1MHz 以上の高周波磁界における10Oe
幅での磁気抵抗変化曲線の傾き(高周波でのMR傾き)
を0.2%/Oe以上にして、高い高周波感度を得ること
が難しい。
Further, the MR head is required to be used under a high frequency magnetic field of 1 MHz or more for high density recording and reproduction. However, in the conventional film thickness structure of various ternary magnetic multilayer films, 10 Oe in a high-frequency magnetic field of 1 MHz or more is used.
Slope of magnetoresistance change curve with width (MR slope at high frequency)
Is not less than 0.2% / Oe, it is difficult to obtain high high-frequency sensitivity.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような実
状のものに創案されたものであって、その目的は、大き
なMR変化率を示し、印加磁場が例えば−10〜10Oe
程度のきわめて小さい範囲で直線的なMR変化の立ち上
がり特性を示し、磁場感度が高く、高周波磁界でのMR
傾きが大きく、耐熱温度の高い磁性多層膜を備えてなる
磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気抵抗効果型
ヘッド等の磁気変換素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a situation, and has as its object to show a large MR change rate and to apply an applied magnetic field of, for example, -10 to 10 Oe.
In a very small range, it shows linear rising characteristics of MR change, high magnetic field sensitivity, and high
An object of the present invention is to provide a magnetoresistive element including a magnetic multilayer film having a large inclination and a high heat resistance temperature, and a magnetic transducer such as a magnetoresistive head using the same.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、磁気抵抗効果素子と、導体膜と、
電極部とを含む磁気変換素子であって、前記導体膜は、
前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素子と導通してお
り、前記磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の
磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成さ
れたピン止め層とを有する磁性多層膜を備えており、前
記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長によ
り接合されているように構成される。
In order to solve such a problem, the present invention provides a magnetoresistive element, a conductive film,
A magnetic conversion element including an electrode portion, wherein the conductive film is
The magnetoresistance effect element is electrically connected to the magnetoresistance effect element through the electrode portion, and the magnetoresistance effect element includes a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the nonmagnetic metal layer, and a nonmagnetic metal layer. A magnetic multilayer film having a soft magnetic layer formed on the other surface of the layer and a pinned layer formed on the ferromagnetic layer to pin the direction of magnetization of the ferromagnetic layer. The ferromagnetic layer and the pinning layer are configured to be joined by epitaxial growth.

【0022】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性層、硬質磁性層、ピン止め層に接続され
る強磁性層とは異なる材質からなるピン止め用強磁性
層、および人工的な構造欠陥を導入した層の中から選ば
れた少なくとも1つであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer includes an antiferromagnetic layer, a hard magnetic layer, a pinning ferromagnetic layer made of a material different from a ferromagnetic layer connected to the pinning layer, and It is configured to be at least one selected from layers into which artificial structural defects have been introduced.

【0023】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、(Nix Fe
1-xy Co1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1.0である)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is made of (Co z Ni 1 -z) w Fe 1 -w (where 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is composed of (Ni x Fe
1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0).

【0024】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、Cotu M’q
r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、0.01
≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.05≦r≦
0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なくとも1種
以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nbから選ば
れた少なくとも1種以上を表す)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is made of (Co z Ni 1 -z) w Fe 1 -w (where 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 at a) in a composition represented, the soft magnetic layer, Co t M u M 'q
B r (where, 0.6 ≦ t ≦ in atomic 0.95,0.01
≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦
0.3; M is at least one or more selected from Fe and Ni, and M 'is at least one or more selected from Zr, Si, Mo, and Nb). It is configured as follows.

【0025】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層は、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少な
くとも1種を含む材料から構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.

【0026】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する硬質磁性層は、Fe、CoおよびNiの中
から選ばれた1種の金属からなるか、または、Fe、C
oおよびNiの中から選ばれた1種の金属を50wt%
以上含む合金からなるように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, the hard magnetic layer constituting the pinning layer is made of one kind of metal selected from Fe, Co and Ni, or is composed of Fe, C
50 wt% of one metal selected from o and Ni
It is comprised so that it may consist of an alloy containing the above.

【0027】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する反強磁性層は、Fe、Ni、Co、Cr、
Mn、Ru、Rh、Mo、Oの中から選ばれた少なくと
も2種以上を含む材料からなるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the antiferromagnetic layer constituting the pinning layer is made of Fe, Ni, Co, Cr,
It is configured to be made of a material containing at least two or more selected from Mn, Ru, Rh, Mo, and O.

【0028】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
および前記軟磁性層の厚さは、それぞれ、20〜100
Åであるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the ferromagnetic layer and the thickness of the soft magnetic layer are each 20 to 100.
構成 さ れ る.

【0029】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
の厚さは、20〜60Å、前記軟磁性層の厚さは、40
〜100Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the thickness of the ferromagnetic layer is 20 to 60 °, and the thickness of the soft magnetic layer is 40 °.
Å100 °.

【0030】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層の厚さは、20〜60Åであるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the nonmagnetic metal layer is set to be 20 to 60 °.

【0031】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の厚さは、50〜700Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer is configured to have a thickness of 50 to 700 °.

【0032】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0033】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗効果素子は、
1MHzでの高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗
変化の傾きが、0.2%/Oe以上であるように構成さ
れる。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Formula (1) As a preferred embodiment of the present invention, the magnetoresistive element includes:
The configuration is such that the slope of the magnetoresistance change in a 6 Oe width in a high-frequency magnetic field at 1 MHz is 0.2% / Oe or more.

【0034】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
が磁気抵抗効果型ヘッドであるように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, the magnetic transducer is configured to be a magnetoresistive head.

【0035】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子の両端部は、その端部全体が電極部と接触する
状態で接合されるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, both ends of the magnetoresistive element are joined so that the entire end thereof is in contact with the electrode.

【0036】本発明の好適な態様として、磁気抵抗効果
素子の両端部に形成された電極部との間に、さらに、連
結用軟磁性層を有し、この連結用軟磁性層と磁気抵抗効
果素子の端部の全体が接触する状態で接続されるように
構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, a soft magnetic layer for connection is further provided between electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and the soft magnetic layer for connection is connected to the magnetoresistive effect element. It is configured such that the whole end of the element is connected in a state of contact.

【0037】本発明の好適な態様として、前記連結用軟
磁性層は、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子
の両端部に形成された電極部との間、および前記電極部
の下面にも接触するように連続して形成されるように構
成される。
In a preferred aspect of the present invention, the connection soft magnetic layer is provided between the magnetoresistive element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive element, and on the lower surface of the electrode portion. Are also formed so as to be continuously in contact with each other.

【0038】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
は、バイアス磁界印加機構をもたないように構成され
る。
According to a preferred embodiment of the present invention, the magnetic transducer is configured so as not to have a bias magnetic field applying mechanism.

【0039】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と同一、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のであり、前記軟磁性層は、その成膜時に信号磁場方向
と垂直、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外部磁場
を印加して形成されたものであるように構成される。ま
た、本発明は、磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極部
とを含む磁気変換素子であって、前記導体膜は、前記電
極部を介して前記磁気抵抗効果素子と導通しており、前
記磁気抵抗効果素子は、隣接する強磁性層の磁化の向き
をピン止めするためのピン止め層と、このピン止め層の
両側にそれぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層お
よび一対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユニ
ットを有する磁性多層膜を備えており、前記強磁性層と
一対のピン止め層とは、それぞれ、エピタキシャル成長
により接合されているように構成される。
According to a preferred aspect of the present invention, the ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the same direction as the signal magnetic field and in the in-plane direction at the time of film formation. The soft magnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the direction perpendicular to the signal magnetic field direction and in the in-plane direction at the time of film formation. Further, the present invention is a magneto-resistance effect element, a conductor film, and a magnetic transducer including an electrode portion, wherein the conductor film is electrically connected to the magneto-resistance effect element through the electrode portion, The magnetoresistive element has a pinning layer for pinning the direction of magnetization of an adjacent ferromagnetic layer, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of nonmagnetic metal layers, and a pair of layers on both sides of the pinning layer. A magnetic multilayer film having a magnetic multilayer film unit in which soft magnetic layers are sequentially arranged is provided, and the ferromagnetic layer and the pair of pinned layers are each configured to be joined by epitaxial growth.

【0040】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性層、硬質磁性層、ピン止め層に接続され
る強磁性層とは異なる材質からなるピン止め用強磁性
層、および人工的な構造欠陥を導入した層の中から選ば
れた少なくとも1つであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer includes an antiferromagnetic layer, a hard magnetic layer, a pinning ferromagnetic layer made of a material different from a ferromagnetic layer connected to the pinning layer, and It is configured to be at least one selected from layers into which artificial structural defects have been introduced.

【0041】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、(Nix Fe
1-xy Co1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1.0である)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is made of (Co z Ni 1 -z) w Fe 1 -w (where 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is composed of (Ni x Fe
1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0).

【0042】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、Cotu M’q
r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、0.01
≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.05≦r≦
0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なくとも1種
以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nbから選ば
れた少なくとも1種以上を表す)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is made of (Co z Ni 1 -z) w Fe 1 -w (where 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 at a) in a composition represented, the soft magnetic layer, Co t M u M 'q
B r (where, 0.6 ≦ t ≦ in atomic 0.95,0.01
≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦
0.3; M is at least one or more selected from Fe and Ni, and M 'is at least one or more selected from Zr, Si, Mo, and Nb). It is configured as follows.

【0043】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層は、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少な
くとも1種を含む材料からなるように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, the nonmagnetic metal layer is formed of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.

【0044】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する硬質磁性層は、Fe、CoおよびNiの中
から選ばれた1種の金属からなるか、または、Fe、C
oおよびNiの中から選ばれた1種の金属を50wt%
以上含む合金からなるように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, the hard magnetic layer constituting the pinning layer is made of one kind of metal selected from Fe, Co and Ni, or is composed of Fe, C
50 wt% of one metal selected from o and Ni
It is comprised so that it may consist of an alloy containing the above.

【0045】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する反強磁性層は、Fe、Ni、Co、Cr、
Mn、Ru、Rh、Mo、Oの中から選ばれた少なくと
も2種以上を含む材料からなるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the antiferromagnetic layer constituting the pinning layer is made of Fe, Ni, Co, Cr,
It is configured to be made of a material containing at least two or more selected from Mn, Ru, Rh, Mo, and O.

【0046】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
および前記軟磁性層の厚さは、それぞれ、20〜100
Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the thicknesses of the ferromagnetic layer and the soft magnetic layer are respectively 20 to 100.
構成 さ れ る.

【0047】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
の厚さは、20〜60Å、前記軟磁性層の厚さは、40
〜100Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the thickness of the ferromagnetic layer is 20 to 60 °, and the thickness of the soft magnetic layer is 40 °.
Å100 °.

【0048】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層の厚さは、20〜60Åであるように構成される。
According to a preferred aspect of the present invention, the thickness of the nonmagnetic metal layer is set to be 20 to 60 °.

【0049】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の厚さは、50〜700Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the thickness of the pinning layer is set to be 50 to 700 °.

【0050】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0051】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗効果素子は、
1MHzでの高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗
変化の傾きが0.2%/Oe以上であるように構成され
る。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) As a preferred embodiment of the present invention, the magnetoresistance effect element is
It is configured such that the gradient of the magnetoresistance change in a 6 Oe width in a high-frequency magnetic field at 1 MHz is 0.2% / Oe or more.

【0052】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
が、磁気抵抗効果型ヘッドであるように構成される。
According to a preferred aspect of the present invention, the magnetic transducer is configured to be a magnetoresistive head.

【0053】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子の両端部は、その端部全体が電極部と接触する
状態で接合されているように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, both ends of the magnetoresistive element are joined so that the entire end thereof is in contact with the electrode.

【0054】本発明の好適な態様として、磁気抵抗効果
素子の両端部に形成された電極部との間に、さらに、連
結用軟磁性層を有し、この連結用軟磁性層と磁気抵抗効
果素子の端部の全体が接触する状態で接続されているよ
うに構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, a soft magnetic layer for connection is further provided between electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and the soft magnetic layer for connection is connected to the magnetoresistive effect element. It is configured such that the entire end of the element is connected in a state of contact.

【0055】本発明の好適な態様として、前記連結用軟
磁性層は、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子
の両端部に形成された電極部との間、および前記電極部
の下面にも接触するように連続して形成されているよう
に構成される。
According to a preferred aspect of the present invention, the connection soft magnetic layer is provided between the magnetoresistive element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive element, and on the lower surface of the electrode portion. Are also formed so as to be in contact with each other.

【0056】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
はバイアス磁界印加機構をもたないように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, the magnetic transducer is configured so as not to have a bias magnetic field applying mechanism.

【0057】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と同一、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のであり、前記軟磁性層は、その成膜時に信号磁場方向
と垂直、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外部磁場
を印加して形成されたものであるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the direction of the signal magnetic field and in the in-plane direction of the film at the time of film formation. The soft magnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the direction perpendicular to the signal magnetic field direction and in the in-plane direction at the time of film formation.

【0058】また、本発明は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の
磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成さ
れたピン止め層とを有する磁性多層膜を備えてなる磁気
抵抗効果素子であって、前記強磁性層とピン止め層と
は、エピタキシャル成長により接合されているように構
成される。
The present invention also provides a non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, A magnetoresistive element comprising a magnetic multilayer film having a pinned layer formed on a ferromagnetic layer for pinning the direction of magnetization of the ferromagnetic layer, the pinned layer comprising: The layers are configured to be joined by epitaxial growth.

【0059】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0060】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、1MHzでの高周波磁界に
おける6Oe幅での磁気抵抗変化の傾きが0.2%/O
e以上であるように構成される。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) As a preferred embodiment of the present invention, 6 Oe width in a high-frequency magnetic field at 1 MHz is used. The slope of the magnetoresistance change at 0.2% / O
e or more.

【0061】また、本発明は、隣接する強磁性層の磁化
の向きをピン止めするためのピン止め層と、このピン止
め層の両側にそれぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金
属層および一対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層
膜ユニットとを有する磁性多層膜を備えてなる磁気抵抗
効果素子であって、前記強磁性層とピン止め層とは、エ
ピタキシャル成長により接合されているように構成され
る。
The present invention also provides a pinning layer for pinning the direction of magnetization of an adjacent ferromagnetic layer, a pair of ferromagnetic layers, a pair of non-magnetic metal layers, A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multilayer film having a magnetic multilayer unit in which a pair of soft magnetic layers are sequentially arranged, wherein the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. It is configured as follows.

【0062】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0063】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、1MHzでの高周波磁界に
おける6Oe幅での磁気抵抗変化の傾きが0.2%/O
e以上であるように構成される。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) As a preferred embodiment of the present invention, 6 Oe width in a high-frequency magnetic field at 1 MHz. The slope of the magnetoresistance change at 0.2% / O
e or more.

【0064】上記の第1の磁気抵抗効果素子に関する発
明によれば、MR傾きが0.3%/Oe以上の抵抗変化率
をもつ磁性多層膜が得られる。しかも、0 磁場でのMR
曲線の立ち上がり特性はきわめて良好であり、高い耐熱
性を示す。また、上記第2の磁気抵抗効果素子に関する
発明では、さらに加えて1MHz の高周波におけるMR傾
きが0.3%/Oe以上の高い値を示し、比抵抗が小さ
く、さらに10-7Torr以下の圧力で350℃前後の熱処理
をしても特性の劣化が生じることのない耐熱性の高い磁
性多層膜が得られる。前記第1の磁気抵抗効果素子を有
する第1の磁気変換素子に関する発明によれば、従来材
料に比較して3倍近い大きい出力電圧を得ることができ
る。さらに、第2の1の磁気抵抗効果を有する第2の磁
気変換素子に関する発明によれば、高周波領域でのMR
傾きが0.3%/Oe以上の高い値を示し、比抵抗が小さ
く、測定電流による発熱量を小さく、3.8倍の出力電
圧とすることができる。したがって信頼性の極めて高
い、1Gbit/ inch2 を越えるような超高密度磁気記録の
読み出しを可能にするすぐれたMRヘッド等の磁気変換
素子を提供することができる。
According to the invention relating to the first magnetoresistance effect element, a magnetic multilayer film having an MR gradient of 0.3% / Oe or more and a resistance change rate can be obtained. Moreover, MR in zero magnetic field
The rising characteristics of the curve are extremely good and show high heat resistance. Further, in the invention relating to the second magnetoresistance effect element, the MR gradient at a high frequency of 1 MHz exhibits a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, and the pressure is 10 -7 Torr or less. Thus, a magnetic multi-layer film having high heat resistance without deterioration of characteristics even when heat treatment at about 350 ° C. is obtained. According to the invention relating to the first magnetic transducer having the first magnetoresistive element, it is possible to obtain an output voltage nearly three times as large as that of a conventional material. Further, according to the invention relating to the second magnetic transducer having the second magnetoresistance effect, the MR in the high-frequency region is improved.
The slope shows a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, the amount of heat generated by the measured current is small, and the output voltage can be 3.8 times. Therefore, it is possible to provide an extremely reliable magnetic transducer such as an MR head capable of reading ultra-high density magnetic recording exceeding 1 Gbit / inch 2 .

【0065】[0065]

【発明の実施の態様】以下、本発明の具体的構成につい
て詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described in detail.

【0066】図1は、本発明の第1の実施例である磁気
抵抗効果素子3の断面図である。この磁気抵抗効果素子
3は、人工格子磁性多層膜1(以下単に、第1の磁性多
層膜又は磁性多層膜1と称す)を備えてなる。図1にお
いて、磁性多層膜1は、非磁性金属層30と、この非磁
性金属層30の一方の面に形成された強磁性層40と、
非磁性金属層30の他方の面に形成された軟磁性層20
と、強磁性層40の磁化の向きをピン止めするために強
磁性層40の上に形成されたピン止め層50を有する積
層体構造をなしている。
FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive element 3 according to a first embodiment of the present invention. The magnetoresistance effect element 3 includes an artificial lattice magnetic multilayer film 1 (hereinafter, simply referred to as a first magnetic multilayer film or a magnetic multilayer film 1). In FIG. 1, a magnetic multilayer film 1 includes a non-magnetic metal layer 30, a ferromagnetic layer 40 formed on one surface of the non-magnetic metal layer 30,
Soft magnetic layer 20 formed on the other surface of nonmagnetic metal layer 30
And a layered structure having a pinning layer 50 formed on the ferromagnetic layer 40 to pin the direction of magnetization of the ferromagnetic layer 40.

【0067】これらの積層体は、図1に示されるよう
に、通常、基板5の上に形成され、この基板5と軟磁性
層20との間には金属下地層10が介在される。また、
ピン止め層50の上には、図示のごとく保護層80が形
成される。
As shown in FIG. 1, these laminates are usually formed on a substrate 5, and a metal underlayer 10 is interposed between the substrate 5 and the soft magnetic layer 20. Also,
On the pinning layer 50, a protective layer 80 is formed as shown.

【0068】本発明では、外部から加わる信号磁界の向
きに応じて非磁性金属層30を介して、その両側に隣接
して形成された軟磁性層20と強磁性層40との互いの
磁化の向きが実質的に異なることが必要である。その理
由は、本発明の原理が、非磁性金属層30を介して形成
された軟磁性層20と強磁性層40の磁化の向きがズレ
ているとき、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、
抵抗が増え、磁化の向きが互いに逆向きに向いたとき、
最大の抵抗を示すことにあるからである。すなわち、本
発明では、図2に示されるように外部からの信号磁場が
プラス(記録媒体90の記録面93から向かって上向き
(符号92で表される)であるとき、隣合った磁性層の
磁化の方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大す
るのである。
According to the present invention, the magnetization of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 formed adjacently on both sides of the nonmagnetic metal layer 30 via the nonmagnetic metal layer 30 in accordance with the direction of the externally applied signal magnetic field. The orientation needs to be substantially different. This is because the principle of the present invention is that when the magnetization directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 formed via the nonmagnetic metal layer 30 are misaligned, the conduction electrons undergo spin-dependent scattering. ,
When the resistance increases and the magnetization directions are opposite to each other,
This is because the maximum resistance is exhibited. That is, in the present invention, as shown in FIG. 2, when the external signal magnetic field is positive (upward from the recording surface 93 of the recording medium 90 (represented by reference numeral 92)), the adjacent magnetic layers Components in which the directions of magnetization are opposite to each other are generated, and the resistance increases.

【0069】ここで、本発明の磁気抵抗効果素子に用い
られる(スピンバルブ)磁性多層膜における、磁気記録
媒体からの外部信号磁場と、軟磁性層20と強磁性層4
0の互いの磁化の方向、及び電気抵抗の変化の関係を説
明する。
Here, the external signal magnetic field from the magnetic recording medium, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4 in the (spin valve) magnetic multilayer film used in the magnetoresistive element of the present invention.
The relationship between the directions of the 0 magnetization and the change in the electrical resistance will be described.

【0070】今、本発明の理解を容易にするために、図
1に示されるごとく、1つの非磁性金属層30を介して
1組の軟磁性層20と強磁性層40とが存在する最もシ
ンプルな磁性多層膜1の場合について、図2を参照しつ
つ説明する。
Now, in order to facilitate understanding of the present invention, as shown in FIG. 1, a pair of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 is present via one non-magnetic metal layer 30. The case of the simple magnetic multilayer film 1 will be described with reference to FIG.

【0071】図2に示されるように、強磁性層40は後
に述べる方法によって媒体面に向かって下向き方向にそ
の磁化をピン止めされている(符号41)。もう一方の
軟磁性層20は、非磁性金属層30を介して形成されて
いるので、その磁化方向は外部からの信号磁界によって
向きを変える(符号21)。このとき、軟磁性層20と
強磁性層40の磁化の相対角度は、磁気記録媒体90か
らの信号磁界の向きによって大きく変化する。その結
果、磁性層内に流れる伝導電子が散乱される度合いが変
化し、電気抵抗が大きく変化する。
As shown in FIG. 2, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is pinned in a downward direction toward the medium surface by a method described later (reference numeral 41). Since the other soft magnetic layer 20 is formed with the non-magnetic metal layer 30 interposed therebetween, its magnetization direction changes its direction by an externally applied signal magnetic field (reference numeral 21). At this time, the relative angle of the magnetization between the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 greatly changes depending on the direction of the signal magnetic field from the magnetic recording medium 90. As a result, the degree of scattering of the conduction electrons flowing in the magnetic layer changes, and the electrical resistance greatly changes.

【0072】これによって通常のパーマロイの異方性磁
気抵抗効果とはメカニズムが本質的に異なる大きなMR
(Magneto-Resistive)効果が得られる。
As a result, a large MR whose mechanism is essentially different from that of the ordinary anisotropic magnetoresistance effect of permalloy.
(Magneto-Resistive) effect is obtained.

【0073】軟磁性層20,強磁性層40と、ピン止め
効果を示すピン止め層50の磁化の向きが外部磁場に対
して相対的に変化する。それらの磁化の向きの変化が磁
化曲線とMR曲線とに対応させて図3に示される。ここ
では、ピン止め層50により、強磁性層40の磁化は全
てマイナス方向(記録媒体90の記録面から向かって下
向き)に固定されている。外部信号磁場がマイナスの時
は軟磁性層20の磁化もマイナス方向を向く。いま、説
明を簡単にするために軟磁性層20,強磁性層40の保
磁力を0に近い値とする。信号磁場HがH<0の領域
(I)では、まだ軟磁性層20および強磁性層40両磁
性層の磁化方向は一方向を向いている。外部磁場を上げ
てHが軟磁性層20の保磁力を越えると軟磁性層の磁化
方向は信号磁場の方向に回転し、軟磁性層20および強
磁性層40のそれぞれの磁化の向きが反平行となるのに
つれて磁化と電気抵抗が増加をする。そして一定値とな
る(領域(II)の状態)。このときピン止め層50によ
り、あるピン止め磁場Hexが働いている。信号磁場がこ
のHexを越えると強磁性層40の磁化も信号磁場の方向
に回転し、領域(III)で軟磁性層20および強磁性層4
0のそれぞれの磁化方向は、一方向に揃って向く。この
とき、磁化はある一定値に、MR曲線は0となる。
The magnetization directions of the soft magnetic layer 20, the ferromagnetic layer 40, and the pinning layer 50 exhibiting the pinning effect change relatively to an external magnetic field. FIG. 3 shows the change in the direction of magnetization corresponding to the magnetization curve and the MR curve. Here, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is fixed in the minus direction (downward from the recording surface of the recording medium 90) by the pinning layer 50. When the external signal magnetic field is negative, the magnetization of the soft magnetic layer 20 is also directed in the negative direction. Now, for the sake of simplicity, the coercive force of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 is set to a value close to zero. In the region (I) where the signal magnetic field H is H <0, the magnetization directions of both the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are still in one direction. When the external magnetic field is raised and H exceeds the coercive force of the soft magnetic layer 20, the magnetization direction of the soft magnetic layer rotates in the direction of the signal magnetic field, and the magnetization directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are antiparallel. , The magnetization and the electric resistance increase. Then, it becomes a constant value (state of area (II)). At this time, a certain pinning magnetic field Hex is operated by the pinning layer 50. When the signal magnetic field exceeds Hex, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 also rotates in the direction of the signal magnetic field, and the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4 in the region (III).
The magnetization directions of 0 are aligned in one direction. At this time, the magnetization becomes a certain value and the MR curve becomes 0.

【0074】逆に信号磁場Hが減少するときは、今まで
と同様に、軟磁性層20および強磁性層40の磁化反転
に伴い、領域(III)から(II)、(I)と順次変化する。
ここで領域(II)のはじめの部分で、伝導電子がスピン
に依存した散乱を受け、抵抗は大きくなる。領域(II)
のうち、強磁性層40はピン止めされているためほとん
ど磁化反転はしないが、軟磁性層20は直線的にその磁
化を増加させるため、軟磁性層20の磁化変化に対応
し、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が徐
々に大きくなる。すなわち、軟磁性層20に例えばHc
の小さなNi0.8Fe0.2 を選び、適当な異方性磁場H
kを付与することにより、Hk付近以下の数Oe〜数10
Oeの範囲の小外部磁場で抵抗変化が直線的、かつ大きな
抵抗変化率を示す磁性多層膜が得られる。
Conversely, when the signal magnetic field H decreases, the regions (III) to (II) and (I) sequentially change with the reversal of the magnetization of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 as before. I do.
Here, at the beginning of the region (II), the conduction electrons are scattered depending on the spin, and the resistance increases. Area (II)
Among them, the ferromagnetic layer 40 is pinned and hardly reverses the magnetization, but the soft magnetic layer 20 linearly increases its magnetization. The proportion of the conduction electrons that undergo the scattering gradually increases. That is, for example, Hc is applied to the soft magnetic layer 20.
Ni 0.8 Fe 0.2 with a small anisotropic magnetic field H
By adding k, several Oe to several tens below Hk
With a small external magnetic field in the range of Oe, a magnetic multilayer film having a linear resistance change and a large resistance change rate can be obtained.

【0075】本発明において、各薄膜層の膜厚にはそれ
ぞれ個別の制約値がある。非磁性金属層の層厚がこの制
約値より厚くなると、この層内のみ流れる伝導電子の割
合が増えてしまい、全体のMR変化が小さくなってしま
うので都合が悪い。一方、伝導電子は非磁性金属層と軟
磁性層20および強磁性層40との界面部分で散乱を受
けるので、これら2層の磁性層20,40の厚さが10
0Åより厚くなっても実質的な効果の向上はない。むし
ろ全体の膜厚が厚くなるので都合が悪い。これら2層の
磁性層20,40の厚さの下限は20Å以上が好まし
い。これより薄くなると、耐熱性と加工耐性が劣化して
しまう。
In the present invention, the thickness of each thin film layer has an individual constraint value. If the thickness of the non-magnetic metal layer is larger than this limit value, the ratio of conduction electrons flowing only in this layer increases, and the overall MR change becomes small, which is not convenient. On the other hand, since conduction electrons are scattered at the interface between the nonmagnetic metal layer and the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40, the thickness of the two magnetic layers 20 and 40 is 10 μm.
Even if the thickness is greater than 0 °, there is no substantial improvement in the effect. Rather, the overall film thickness is increased, which is not convenient. The lower limit of the thickness of these two magnetic layers 20 and 40 is preferably 20 ° or more. If it is thinner than this, heat resistance and processing resistance will deteriorate.

【0076】以下、上述してきた第1の磁性多層膜の各
構成について以下詳細に説明する。この多層膜の第一の
特徴点は、前記強磁性層40とピン止め層50とはエピ
タクシー(epitaxy)に積層されていることにある。つま
り、前記強磁性層40とピン止め層50とは、エピタキ
シャル成長により接合された状態で形成されている点に
ある。
Hereinafter, each configuration of the first magnetic multilayer film described above will be described in detail. The first feature of this multilayer film is that the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are epitaxially stacked. That is, the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are formed in a state where they are joined by epitaxial growth.

【0077】エピタクシー(epitaxy)とは、層間での結
晶成長の現象を表す言葉であり、本発明では、ピン止め
層50とこれに接して形成される強磁性層40の双方の
原子がある結晶配向面に、ある程度きれいにそって形成
され、しかも、これらの層ごとが結晶学的にある関係を
持って形成されている状態をいう。本発明において、形
成された磁性多層膜を積層方向に切断し、その積層断面
を高分解能電子顕微鏡(TEM)で観察する。そして、
上記前記強磁性層40とピン止め層50との内部を観察
し、結晶格子縞が確認されれば、その層の結晶配向性は
そろっているとわかる。その間隔から配向面も同定でき
る。次に、ピン止め層50と強磁性層40との界面部分
を詳細に観察し、各々の層の干渉じまが界面部分でつな
がっていれば、これらの層間にはエピタクシー(epitax
y)関係が存在していると判断する。
The term “epitaxy” refers to the phenomenon of crystal growth between layers. In the present invention, both atoms of the pinned layer 50 and the ferromagnetic layer 40 formed in contact with the pinned layer 50 are present. It is a state in which the layers are formed along the crystal orientation plane to some extent neatly, and each of these layers is formed with a certain crystallographic relationship. In the present invention, the formed magnetic multilayer film is cut in the lamination direction, and the lamination cross section is observed with a high-resolution electron microscope (TEM). And
By observing the inside of the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 and confirming crystal lattice fringes, it can be understood that the crystal orientation of the layers is uniform. The orientation plane can also be identified from the interval. Next, the interface between the pinned layer 50 and the ferromagnetic layer 40 is observed in detail, and if interference between the layers is connected at the interface, epitaxy is established between these layers.
y) Judge that the relationship exists.

【0078】このように本発明では、前記強磁性層40
とピン止め層50とはエピタキシャル成長により接合さ
れていることがまず重要な要件となっているのであり、
もしもこれらの層40,50がエピタキシャル成長によ
り形成されてなければ、ピン止め層50による前記強磁
性層40のピン止め効果が減少し、その結果、前記軟磁
性層20と前記強磁性層40とのスピン間に相対角度が
生じないために、大きな電気抵抗変化が生じないという
不都合が生じる。
As described above, according to the present invention, the ferromagnetic layer 40
The first important requirement is that the layer and the pinning layer 50 are joined by epitaxial growth.
If the layers 40 and 50 are not formed by epitaxial growth, the pinning effect of the pinned layer 50 on the ferromagnetic layer 40 is reduced, and as a result, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are not connected to each other. Since there is no relative angle between the spins, there is a disadvantage that a large change in electric resistance does not occur.

【0079】前記強磁性層40は、Fe,Ni,Co,
Mn,Cr,Dy,Er,Nd,Tb,Tm,Ce,G
d等やこれらの元素を含む合金や化合物から構成される
が、特に、(Coz Ni1-zw Fe1-w (ただし、重
量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)
で表される組成で構成することが好ましい。これらの組
成範囲を外れると、大きな電気抵抗の変化が得られなく
なるという不都合が生じる。
The ferromagnetic layer 40 is made of Fe, Ni, Co,
Mn, Cr, Dy, Er, Nd, Tb, Tm, Ce, G
d, etc., and alloys and compounds containing these elements. Particularly, (Co z Ni 1 -z) w Fe 1 -w (where 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0)
It is preferable to configure the composition represented by the following formula. If the composition is out of these ranges, a large change in electric resistance cannot be obtained.

【0080】このような強磁性層の厚さは、20〜10
0Å、より好ましくは、20〜60Åとされる。この値
が、20Å未満となると、磁性層としての特性が失われ
る。この一方で、この値が100Åを超えると、前記ピ
ン止め層50からのピン止め力が小さくなり、この強磁
性層のスピンのピン止め効果が十分に得られなくなる。
The thickness of such a ferromagnetic layer is 20 to 10
0 °, more preferably 20 ° to 60 °. If this value is less than 20 °, the characteristics as a magnetic layer will be lost. On the other hand, when this value exceeds 100 °, the pinning force from the pinning layer 50 becomes small, and the effect of pinning the spin of the ferromagnetic layer cannot be sufficiently obtained.

【0081】ピン止め層50は、実質的に隣接する磁性
層の磁化を固着させる方法ならいずれでも良いが、特
に、反強磁性層、硬質磁性層、ピン止め層に接続される
前記強磁性層40とは異なる材質からなるピン止め用強
磁性層、および人工的な構造欠陥を導入した層の中から
選ばれる。
The pinning layer 50 may be formed by any method that fixes the magnetization of the substantially adjacent magnetic layer. In particular, the antiferromagnetic layer, the hard magnetic layer, and the ferromagnetic layer connected to the pinning layer may be used. It is selected from a pinning ferromagnetic layer made of a material different from 40 and a layer into which artificial structural defects are introduced.

【0082】反強磁性層としてはFe,Ni,Co,C
r,Mn,Ru,Rh,Mo,Oのうち少なくとも2種
を含むものがよい。例えば、FeMn,FeMnPt,
FeMnRu,FeMnRh,FeMnMo,FeNi
O,CoNiO,CrMn,CrMnO,Fe23
NiO等が好ましい。
As the antiferromagnetic layer, Fe, Ni, Co, C
A material containing at least two of r, Mn, Ru, Rh, Mo, and O is preferable. For example, FeMn, FeMnPt,
FeMnRu, FeMnRh, FeMnMo, FeNi
O, CoNiO, CrMn, CrMnO, Fe 2 0 3,
NiO or the like is preferred.

【0083】硬質磁性層はFe,CoおよびNiの中か
ら選ばれた1種の金属からなるか、またはFe,Coお
よびNiの中から選ばれた1種の金属を50at%以上
含む材料が好ましい。例えば、FeNi,CoNi,F
eTb,CoPt,CoFePt等が好ましい。
The hard magnetic layer is preferably made of one kind of metal selected from Fe, Co and Ni, or a material containing at least 50 at% of one kind of metal selected from Fe, Co and Ni. . For example, FeNi, CoNi, F
eTb, CoPt, CoFePt and the like are preferable.

【0084】また、材質の異なる強磁性層としてはF
e,Ni,Co,Mn,Cr,Dy,Er,Nd,T
b,Tm,Ce,Gd等や、これらの元素を含む合金や
化合物を用いる。例えば、FeSi,FeNi,FeC
o,FeAl,FeAlSi,FeY,FeGd,Fe
Mn,CoNi,CrSb,Fe系アモルファス合金、
Co系アモルファス合金、MnSb,NiMn,フェラ
イト等が好ましい。
The ferromagnetic layers made of different materials include F
e, Ni, Co, Mn, Cr, Dy, Er, Nd, T
b, Tm, Ce, Gd, etc., or alloys or compounds containing these elements are used. For example, FeSi, FeNi, FeC
o, FeAl, FeAlSi, FeY, FeGd, Fe
Mn, CoNi, CrSb, Fe-based amorphous alloy,
A Co-based amorphous alloy, MnSb, NiMn, ferrite and the like are preferable.

【0085】強磁性層40のピン止め層50と相対する
界面部分に人工的に構造欠陥を導入することにより、同
様のピン止め効果が得られる。これは強磁性層40を形
成した後、その表面をイオン電流10〜50mA、加速電
圧100〜500eV程度の弱いイオンビームで2〜20
Å程度、強磁性層40をエッチングすることによって得
られる。この時、強磁性層40の磁化は導入された界面
部分の構造欠陥によってピン止めされ、他の方法と同様
の効果をもたらす。
The same pinning effect can be obtained by artificially introducing a structural defect into the interface between the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50. This is because, after the ferromagnetic layer 40 is formed, the surface thereof is irradiated with a weak ion beam having an ion current of 10 to 50 mA and an acceleration voltage of 100 to 500 eV for 2 to 20 mA.
Å is obtained by etching the ferromagnetic layer 40. At this time, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is pinned by the introduced structural defect at the interface portion, and has the same effect as the other methods.

【0086】これらの方法により、隣接する強磁性層4
0とピン止め層50とが実質的に直接接しているため、
両者に直接層間相互作用が働き、強磁性層40の磁化回
転が阻止される。一方、後に詳述する軟磁性層20は、
外部からの信号磁場により、自由にその磁化を回転させ
ることができる。その結果、軟磁性層20と強磁性層4
0との両者の磁化に相対的な角度が生み出され、この磁
化の向きの違いに起因した大きなMR効果が得られる。
By these methods, the adjacent ferromagnetic layers 4
0 and the pinning layer 50 are substantially in direct contact,
Interlayer interaction acts directly on both, and the rotation of magnetization of the ferromagnetic layer 40 is prevented. On the other hand, the soft magnetic layer 20 described in detail later
The magnetization can be freely rotated by an external signal magnetic field. As a result, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4
A relative angle is generated between the magnetizations of 0 and 2, and a large MR effect is obtained due to the difference in the direction of the magnetization.

【0087】ピン止め層50の厚さは50〜700Åと
することが好ましい。この値が50Å未満となると、ピ
ン止め層の結晶性が悪く、ピン止め効果が十分に得られ
ない。その結果、大きなMR効果が得られない。この値
が700Åを超えると、磁性多層膜全体の厚さが厚くな
りすぎてしまい、膜全体の抵抗が大きくなる。その結
果、MR変化率の減少が起こってしまう。また、シール
ド層厚が厚くなり、超高密度磁気記録に適さなくなって
しまう。
The thickness of the pinning layer 50 is preferably 50 to 700 °. If this value is less than 50 °, the crystallinity of the pinned layer is poor, and a sufficient pinning effect cannot be obtained. As a result, a large MR effect cannot be obtained. If this value exceeds 700 °, the thickness of the entire magnetic multilayer film becomes too thick, and the resistance of the entire film increases. As a result, the rate of change of the MR decreases. In addition, the thickness of the shield layer is increased, which makes it unsuitable for ultra-high density magnetic recording.

【0088】前記軟磁性層20は、Fe,Ni,Co等
やこれらの元素を含む合金や化合物から構成されるが、
保磁力Hcの小さな磁性層を用いた方がMR曲線の立ち上
がりが急峻となり、好ましい結果が得られる。特に好ま
しくは(Nix Fe1-xyCo1-y (ただし、重量で
0.7≦x≦0.9、0.5≦y≦1.0)で表わされ
る組成である。ここでx,yがこの範囲にあるとHcが小
さくなり良好な軟磁気特性となり、その結果、磁場感度
の高い良好なMR特性が得られる。一方、x,yがこの
範囲を外れると、Hcが大きくなってしまい磁場感度の高
いMR特性が得られなくなという不都合が生じる。
The soft magnetic layer 20 is made of Fe, Ni, Co or the like, or an alloy or compound containing these elements.
When a magnetic layer having a small coercive force Hc is used, the rise of the MR curve becomes steeper, and a favorable result is obtained. Particularly preferred is a composition represented by (Ni x Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.9 and 0.5 ≦ y ≦ 1.0 by weight). Here, if x and y are in this range, Hc becomes small and good soft magnetic characteristics are obtained. As a result, good MR characteristics with high magnetic field sensitivity are obtained. On the other hand, if x and y deviate from this range, Hc becomes large, and there is a disadvantage that MR characteristics with high magnetic field sensitivity cannot be obtained.

【0089】さらに、前記軟磁性層20の組成として、
Cotu M’qr (ただし、原子で0.6≦t≦
0.95、0.01≦u≦0.2、0.01≦q≦0.
1、0.05≦r≦0.3)で表わされる組成も優れた
特性を示すものである。ここで、Mは、Fe,Niから
選ばれた少なくとも1種以上であり、M’は、Zr,S
i,Mo,Nbから選ばれた少なくとも1種以上を表
す。MやM’が2種以上の場合は、2種以上の総和量が
上記の組成範囲内に入るようにする。このような組成
は、Coの含有量が多いため、先の組成に比べてMR変
化率がより大きくなるという極めて優れた特徴を有す
る。また、その結晶構造としては、超微細結晶粒の集ま
り、もしくはアモルファス構造のためより良好な軟磁性
特性を示し、その結果大きなMR傾きが得られる。これ
らの組成の具体例としては、Coを主成分として、Ni
および/またはFeを磁歪が0となるような含有量とし
て選択する。これにZr,Si,Mo,Nb等を添加
し、アモルファス組成を安定化させればよい。Coが
0.6未満になると、アモルファスが得られにくくな
る。Coが0.95を超えてもよいが、FeやNiを少
量添加した方が軟磁性材料としての特性がよくなり都合
がよい。M’の含有割合は、0.01≦q≦0.1とさ
れ、qが0.01未満であるとその添加による効果が得
られない。qが0.1を超えると、軟磁性材料としての
特性が劣化してしまう。B(ボロン)は、アモルファス
化するための主元素であり、その含有割合は0.05≦
r≦0.3である。rが0.05未満であるとその添加
による効果が得られない。rが0.3を超えると、軟磁
性材料としての特性が劣化してしまう。
Further, the composition of the soft magnetic layer 20 is as follows:
Co t M u M 'q B r ( however, 0.6 ≦ t ≦ with atoms
0.95, 0.01 ≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.
The composition represented by (1, 0.05 ≦ r ≦ 0.3) also shows excellent characteristics. Here, M is at least one selected from Fe and Ni, and M ′ is Zr, S
It represents at least one or more selected from i, Mo, and Nb. When M and M 'are two or more, the total amount of two or more is set to fall within the above composition range. Such a composition has a very excellent characteristic that the MR ratio is larger than that of the above composition because the content of Co is large. In addition, the crystal structure shows better soft magnetic characteristics due to the aggregation of ultrafine crystal grains or the amorphous structure, and as a result, a large MR gradient is obtained. Specific examples of these compositions include Co as a main component, Ni
And / or Fe is selected as a content such that the magnetostriction becomes zero. Zr, Si, Mo, Nb, etc. may be added to this to stabilize the amorphous composition. If Co is less than 0.6, it becomes difficult to obtain amorphous. Although Co may exceed 0.95, it is more convenient to add a small amount of Fe or Ni because characteristics as a soft magnetic material are improved. The content ratio of M ′ satisfies 0.01 ≦ q ≦ 0.1, and if q is less than 0.01, the effect of its addition cannot be obtained. If q exceeds 0.1, the characteristics as a soft magnetic material will deteriorate. B (boron) is a main element for making amorphous, and its content is 0.05 ≦
r ≦ 0.3. If r is less than 0.05, the effect of the addition cannot be obtained. If r exceeds 0.3, the characteristics as a soft magnetic material will deteriorate.

【0090】このような軟磁性層20の厚さは、20〜
100Å、好ましくは、40〜100Å、さらに好まし
くは、50〜80Åとされる。この値が、20Å未満と
なると、良好な軟磁性層としての特性が得られない。こ
の一方で、この値が100Åを超えると、多層膜全体の
厚さが厚くなり、磁性多層膜全体の抵抗が大きくなり、
MR効果が減少してしまう。
The soft magnetic layer 20 has a thickness of 20 to
100 °, preferably 40 ° to 100 °, more preferably 50 ° to 80 °. If this value is less than 20 °, good characteristics as a soft magnetic layer cannot be obtained. On the other hand, when this value exceeds 100 °, the thickness of the entire multilayer film increases, and the resistance of the entire magnetic multilayer film increases,
The MR effect decreases.

【0091】このような軟磁性層20と前記強磁性層4
0との間に介在される非磁性金属層30は、効率的に電
子を導くために、伝導性のある金属が望ましい。より具
体的には、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少
なくとも1種、またはこれらの少なくとも1種以上を6
0wt%以上含む合金等が挙げられる。
The soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4
The non-magnetic metal layer 30 interposed between 0 and 0 is preferably a conductive metal in order to efficiently guide electrons. More specifically, at least one selected from Au, Ag, and Cu, or at least one or more of
An alloy containing 0 wt% or more is exemplified.

【0092】このような非磁性金属層30の厚さは、2
0〜60Åであることが好ましい。この値が20Å以下
になると、このものを介して配置されている軟磁性層2
0と強磁性層40とが交換結合してしまい、軟磁性層2
0と強磁性層40とのスピンがそれぞれ独立に機能しな
くなってしまうという不都合が生じる。この値が60Å
を超えると、上下に位置する軟磁性層20と強磁性層4
0の界面で散乱される電子の割合が現象してしまい、M
R変化率の減少が起こってしまうという不都合が生じ
る。
The thickness of the nonmagnetic metal layer 30 is 2
Preferably it is 0-60 °. When this value becomes 20 ° or less, the soft magnetic layer 2
0 and the ferromagnetic layer 40 are exchange-coupled, and the soft magnetic layer 2
There is a disadvantage that the spins of 0 and the ferromagnetic layer 40 do not function independently. This value is 60Å
Is exceeded, the upper and lower soft magnetic layers 20 and the ferromagnetic layers 4
The ratio of the electrons scattered at the interface of 0 causes a phenomenon, and M
There is an inconvenience that the R change rate decreases.

【0093】また、前記ピン止め層50と、前記強磁性
層40と、前記軟磁性層20との関係において、ピン止
め層50の比抵抗をρp 、強磁性層40の比抵抗をρ
f 、軟磁性層20の比抵抗をρs とした場合、これらの
比抵抗関係が下記式(1)を満たすことが好ましい。
In the relationship between the pinned layer 50, the ferromagnetic layer 40, and the soft magnetic layer 20, the specific resistance of the pinned layer 50 is ρ p and the specific resistance of the ferromagnetic layer 40 is ρ
f , when the specific resistance of the soft magnetic layer 20 is ρ s , it is preferable that these specific resistance relationships satisfy the following expression (1).

【0094】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) このρp の値が式(1)の下限以下となると、効果的に
電子のパスが分離しないという不都合が生じる。このρ
p の値が式(1)の上限以上になると、製造方法が極め
て困難となる。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) When the value of ρ p is equal to or less than the lower limit of Equation (1), There is a disadvantage that electron paths are not effectively separated. This ρ
When the value of p exceeds the upper limit of the equation (1), the manufacturing method becomes extremely difficult.

【0095】なお、金属下地層10は特に限定されるも
のではないが、用いる非磁性金属層30と同じ結晶構造
を有するものが好ましい。すなわち、面心立方格子(f
cc)であるTa,Hf,Cu,Au,Ag,Nb,Z
rやこれらの合金等を用いることができる。金属下地層
10は、磁性多層膜全体の結晶配向性を向上させるとい
う目的のために形成される。厚さは、通常、30〜30
0Å程度とされる。
The metal underlayer 10 is not particularly limited, but preferably has the same crystal structure as the nonmagnetic metal layer 30 used. That is, the face-centered cubic lattice (f
cc) Ta, Hf, Cu, Au, Ag, Nb, Z
r or an alloy thereof can be used. The metal underlayer 10 is formed for the purpose of improving the crystal orientation of the entire magnetic multilayer film. The thickness is usually 30-30
It is about 0 °.

【0096】保護層80は、成膜プロセスの過程での磁
性多層膜表面の酸化を防止し、その上部に形成される電
極材料とのぬれ性や、密着強度の向上という目的のため
に形成され、このものは、Ti,Ta,W,Cr,H
f,Zr、Zn等の材料より形成される。厚さは、通
常、30〜300Å程度とされる。
The protective layer 80 is formed for the purpose of preventing the surface of the magnetic multilayer film from being oxidized during the film forming process, and improving the wettability with the electrode material formed thereon and the adhesion strength. This is Ti, Ta, W, Cr, H
It is formed of a material such as f, Zr, and Zn. The thickness is usually about 30 to 300 °.

【0097】基板5は、ガラス、ケイ素、MgO、Ga
As、フェライト、アルティック、CaTiO3 等の材
料により形成される。厚さは、通常、0.5〜10mm
程度とされる。
The substrate 5 is made of glass, silicon, MgO, Ga
It is formed of a material such as As, ferrite, Altic, and CaTiO 3 . The thickness is usually 0.5 to 10 mm
Degree.

【0098】次に、本発明の第2の実施例の磁気抵抗効
果素子、すなわち図4に示されるような磁性多層膜(以
下、単に、第2の磁性多層膜又は磁性多層膜2と称す)
を有する磁気抵抗効果素子4について説明する。
Next, a magnetoresistive element according to a second embodiment of the present invention, that is, a magnetic multilayer film as shown in FIG. 4 (hereinafter simply referred to as a second magnetic multilayer film or a magnetic multilayer film 2)
Will be described.

【0099】第2の実施例の磁気抵抗効果素子4が備え
る磁性多層膜2は、図4に示されるようにピン止め層5
0の両側に,それぞれ一対の強磁性層40,40、一対
の非磁性金属層30,30および一対の軟磁性層20,
20を順次配置してなる磁性多層ユニット7を有してい
る。このユニット7は、本実施例の場合、図示のごとく
基板5の上に金属下地層10を介して形成されている。
さらに、図示のごとく上部の軟磁性層20の上には保護
層80が形成される。また、金属下地膜10と軟磁性層
20との間に非磁性金属層が形成されていてもよい。な
お、図4において、前記磁性多層膜1の説明で用いた符
号(図1)と、同一の符号の部材は、同じ部材を意味
し、基本的な作用も同じである。
The magnetic multilayer film 2 provided in the magnetoresistive element 4 of the second embodiment has a pinning layer 5 as shown in FIG.
0, a pair of ferromagnetic layers 40, 40, a pair of nonmagnetic metal layers 30, 30 and a pair of soft magnetic layers 20,
The magnetic multi-layer unit 7 is provided in which 20 are sequentially arranged. In the case of this embodiment, this unit 7 is formed on a substrate 5 with a metal base layer 10 interposed therebetween as shown in the figure.
Further, a protective layer 80 is formed on the upper soft magnetic layer 20 as shown. Further, a non-magnetic metal layer may be formed between the metal base film 10 and the soft magnetic layer 20. In FIG. 4, the members having the same reference numerals as those used in the description of the magnetic multilayer film 1 (FIG. 1) mean the same members, and have the same basic operation.

【0100】発明者らは、すでに述べた第1実施例の磁
気抵抗効果素子3が有する磁性多層膜1(図1)の膜構
成に関する研究をさらにすすめた結果、大きなMR効果
を得るためには図4に示されるような磁性多層膜2の構
造が特に好ましいとの知見を得た。
As a result of further research on the film configuration of the magnetic multilayer film 1 (FIG. 1) included in the magnetoresistive element 3 of the first embodiment described above, it was found that a large MR effect could be obtained. It has been found that the structure of the magnetic multilayer film 2 as shown in FIG. 4 is particularly preferable.

【0101】すなわち、ピン止め層50は、本質的に外
部の信号磁場に対し、ある方向に固着された磁性スピン
構造を有する。そしてこのスピンは、外部の信号磁場程
度ではその大きさを変えることはない。一方、本発明に
おける磁性多層膜は、信号磁場に対し、軟磁性層20の
スピンがその向きを変えることにより、大きな磁気抵抗
の変化を示す。したがって、磁気抵抗を大きくするため
には、スピンが自由に回転する軟磁性層20をピン止め
層50の数より多くすればよい。つまり、図4に示され
るようにピン止め層50を中心にその両側に強磁性層4
0,40、非磁性金属層30,30を介して、軟磁性層
20,20を形成することにより、磁気抵抗効果を大き
く向上させた磁性多層膜2(磁気抵抗効果素子4)を作
ることができる。
That is, the pinning layer 50 essentially has a magnetic spin structure fixed in a certain direction with respect to an external signal magnetic field. The magnitude of this spin does not change with an external signal magnetic field. On the other hand, the magnetic multilayer film according to the present invention exhibits a large change in magnetoresistance due to the spin of the soft magnetic layer 20 changing its direction with respect to the signal magnetic field. Therefore, in order to increase the magnetic resistance, the number of the soft magnetic layers 20 in which the spins rotate freely is larger than the number of the pinned layers 50. That is, as shown in FIG.
By forming the soft magnetic layers 20, 20 via the nonmagnetic metal layers 30, 30, the magnetic multilayer film 2 (magnetoresistance effect element 4) having a greatly improved magnetoresistance effect can be manufactured. it can.

【0102】強磁性層40、非磁性金属層30、軟磁性
層20およびピン止め層50は、それぞれ、前記第1の
実施例で述べたものと同様の材質、厚さのものを用いる
ことが望ましい。保護層80、金属下地膜10および基
板5についても同様である。このような磁性多層膜2に
おいても、ピン止め層50とこのピン止め層50の両側
に形成される一対の強磁性層40とは、エピタキシャル
成長により接合されている必要がある。
The ferromagnetic layer 40, the nonmagnetic metal layer 30, the soft magnetic layer 20, and the pinning layer 50 may be made of the same material and have the same thickness as those described in the first embodiment. desirable. The same applies to the protective layer 80, the metal base film 10, and the substrate 5. In such a magnetic multilayer film 2 as well, the pinned layer 50 and the pair of ferromagnetic layers 40 formed on both sides of the pinned layer 50 need to be joined by epitaxial growth.

【0103】伝導電子の散乱に寄与しているのは強磁性
層40,40と軟磁性層20,20の両者のスピンであ
る。最も効率よく散乱が起きるためには、この両者のス
ピンの大きさがほぼ同じ程度のときである。つまり、基
本的に各々の層がもつ磁化の量がほぼ同じ程度がよい。
しかしながら、第2の実施例の磁性多層膜2の場合、強
磁性層40,40は,ピン止め層50の両側に形成され
た構造をとっているので、1つの強磁性層40について
考えれば、強磁性層40の磁化は軟磁性層20の磁化よ
り小さくした方が散乱がより効率よく行われる。この強
磁性層40はあまり厚いとその層40全体としての磁化
が軟磁性層20の磁化より大きくなってしまうので、こ
れらがほぼ同じ値となるようにこの強磁性層40の厚さ
を設定するとよい。具体的には、強磁性層40の磁化を
Mf、軟磁性層20の磁化をMsとしたときに0.3M
s≦Mf≦0.8Ms、好ましくは、0.4Ms≦Mf
≦0.7Msとなるように、おのおのの層20および4
0の厚さを調整したときに、おのおのの層厚と散乱効率
とのバランスがよくなる。
The spins of the ferromagnetic layers 40 and 40 and the soft magnetic layers 20 and 20 contribute to the scattering of conduction electrons. The most efficient scattering occurs when the magnitudes of the two spins are almost the same. That is, it is basically preferable that the amount of magnetization of each layer is substantially the same.
However, in the case of the magnetic multilayer film 2 of the second embodiment, the ferromagnetic layers 40, 40 have a structure formed on both sides of the pinning layer 50. Scattering is more efficiently performed when the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is smaller than the magnetization of the soft magnetic layer 20. If the thickness of the ferromagnetic layer 40 is too large, the magnetization of the entire layer 40 becomes larger than the magnetization of the soft magnetic layer 20. Therefore, when the thickness of the ferromagnetic layer 40 is set so that these values become almost the same, Good. Specifically, when the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is Mf and the magnetization of the soft magnetic layer 20 is Ms, 0.3 M
s ≦ Mf ≦ 0.8Ms, preferably 0.4Ms ≦ Mf
≤ 0.7 Ms so that each layer 20 and 4
When the thickness is adjusted to 0, the balance between the layer thickness and the scattering efficiency is improved.

【0104】各層の材質及び層厚を上記のように規定
し、さらに、少なくとも軟磁性層20の成膜時に、後述
する膜面内の一方向に外部磁場を印加して、異方性磁界
Hkを3〜20Oe、より好ましくは3〜16Oe、特に3
〜12Oe付与することが好ましい。これによって、形成
された磁性多層膜2(磁気抵抗効果素子4)は、MR変
化曲線の立ち上がり部分におけるMR傾きが0.3%/
Oe以上、特に0.4%/Oe以上、通常0.4〜1.0%
/Oeが得られる。また、MR変化曲線の最大ヒステリシ
ス幅が8Oe以下、通常0〜6Oeとなる。その上さらに、
1MHz の高周波磁界でのMR傾きが0.2%/Oe以上、
より好ましくは0.25以上、通常0.3〜1.0%/
Oeとすることができ、高密度記録の読み出し用のMRヘ
ッド等に用いる場合、十分な性能を得ることができる。
なお、前記第1の実施例の磁性多層膜1(磁気抵抗効果
素子3)においても軟磁性層20に同様な処理を施すの
がよい。軟磁性層の異方性磁界Hkが3Oe未満となる
と、保磁力と同程度となってしまい、0磁場を中心とし
た直線的なMR変化曲線が実質的に得られなくなるた
め、MR素子としての特性が劣化する。また20Oeより
大きいとMR傾きが小さくなり、この膜をMRヘッド等
に適用した場合、出力が低下しやすく、かつ分解能が低
下する。ここでこれらのHkは、外部磁場として成膜時
に10〜300Oeの磁場を印加することで得られる。外
部磁場が10Oe以下ではHkを誘起するのに十分ではな
いし、また、300Oeを越えても効果は変わらないが、
磁場発生のためのコイルが大きくなってしまい、費用も
かさんで非効率的である。
The material and layer thickness of each layer are defined as described above, and at least at the time of forming the soft magnetic layer 20, an external magnetic field is applied in one direction in the film plane, which will be described later, and the anisotropic magnetic field Hk 3 to 20 Oe, more preferably 3 to 16 Oe, especially 3
It is preferable to add ~ 12 Oe. Thereby, the formed magnetic multilayer film 2 (magnetoresistive element 4) has an MR gradient of 0.3% /
Oe or more, especially 0.4% / Oe or more, usually 0.4 to 1.0%
/ Oe is obtained. Further, the maximum hysteresis width of the MR change curve is 8 Oe or less, usually 0 to 6 Oe. Moreover,
MR slope in high frequency magnetic field of 1MHz is 0.2% / Oe or more,
More preferably 0.25 or more, usually 0.3 to 1.0% /
Oe can be obtained, and sufficient performance can be obtained when used for a read MR head for high-density recording.
In the magnetic multilayer film 1 (the magnetoresistive element 3) of the first embodiment, the soft magnetic layer 20 is preferably subjected to the same processing. If the anisotropic magnetic field Hk of the soft magnetic layer is less than 3 Oe, it becomes almost equal to the coercive force, and a linear MR change curve centered on 0 magnetic field cannot be substantially obtained. The characteristics deteriorate. On the other hand, if it is larger than 20 Oe, the MR gradient becomes small, and when this film is applied to an MR head or the like, the output tends to decrease and the resolution decreases. Here, these Hk are obtained by applying a magnetic field of 10 to 300 Oe during film formation as an external magnetic field. If the external magnetic field is less than 10 Oe, it is not enough to induce Hk, and even if it exceeds 300 Oe, the effect is not changed.
The coil for generating the magnetic field becomes large, which is expensive and inefficient.

【0105】なお、MR変化率は、最大比抵抗をρmax
、最小比抵抗をρsat としたとき、(ρmax −ρsat
)×100/ρsat (%)として表される。また、最
大ヒステリシス幅は、磁気抵抗変化曲線(MRカーブ)
を測定して算出したヒステリシス幅の最大値である。さ
らに、MR傾きは、MRカーブを測定し、その微分曲線
を求めて得られた−20〜+20Oeでの微分値の最大値
である。そして、高周波MR傾きは、1MHz 6Oeの磁場
幅の交流磁場でMR変化率を測定したときのMR傾きで
ある。
Note that the MR change rate is obtained by calculating the maximum specific resistance as ρmax.
, When the minimum specific resistance is ρsat, (ρmax −ρsat
) × 100 / ρsat (%). Also, the maximum hysteresis width is determined by the magnetoresistance change curve (MR curve).
Is the maximum value of the hysteresis width calculated by measuring. Further, the MR slope is the maximum value of the differential value at −20 to +20 Oe obtained by measuring the MR curve and obtaining the differential curve. The high-frequency MR gradient is the MR gradient when the MR change rate is measured with an alternating magnetic field having a magnetic field width of 1 MHz and 6 Oe.

【0106】上述してきた、第1及び第2の実施例にお
ける磁性多層膜1および磁性多層膜2をそれぞれ繰り返
し積層したものを、磁気抵抗効果素子とすることもでき
る。磁性多層膜の繰り返し積層回数nに特に制限はな
く、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選択すれ
ばよい。昨今の磁気記録の超高密度化に対応するために
は、磁性多層膜の全層厚が薄いほど良い。しかし薄くな
ると通常、MR効果は同時に小さくなってしまうが、本
発明に用いられる磁性多層膜は、繰り返し積層回数nが
1の場合でも十分実用に耐えうる多層膜を得ることがで
きる。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も
増加するが、生産性が悪くなり、さらにnが大きすぎる
と素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じ
ることから、通常、nを10以下とするのが好ましい。
なお、人工格子の長周期構造は、小角X線回折パターン
にて、くり返し周期に応じた1次2次ピーク等の出現に
より確認することができる。超高密度磁気記録用MRヘ
ッド等の磁気変換素子に応用するための、nの好ましい
範囲は1〜5である。
The magnetic multilayer film 1 and the magnetic multilayer film 2 in the first and second embodiments described above may be repeatedly laminated to form a magnetoresistive element. The number n of repeated laminations of the magnetic multilayer film is not particularly limited, and may be appropriately selected according to a target magnetoresistance change rate or the like. In order to cope with the recent ultra-high density of magnetic recording, the thinner the total thickness of the magnetic multilayer film, the better. However, when the thickness is reduced, the MR effect usually decreases at the same time, but the magnetic multilayer film used in the present invention can obtain a multilayer film that can sufficiently withstand practical use even when the number n of times of repeated lamination is one. In addition, as the number of layers increases, the rate of change in resistance also increases. However, productivity deteriorates. Further, if n is too large, the resistance of the entire element becomes too low, which causes practical inconvenience. Is preferably 10 or less.
Note that the long-period structure of the artificial lattice can be confirmed by the appearance of primary and secondary peaks corresponding to the repetition period in a small-angle X-ray diffraction pattern. A preferable range of n is 1 to 5 for application to a magnetic transducer such as an MR head for ultrahigh density magnetic recording.

【0107】前記磁性多層膜1および2の各層の成膜
は、イオンビームスパッタ法、スパッタリング法、蒸着
法、分子線エピタキシー法(MBE)等の方法で行なわ
れる。基板5としては、前述したようにガラス、ケイ
素、MgO、GaAs、フェライト、アルティック、C
aTiO3 等を用いることができる。成膜に際しては、
前述したように軟磁性層20成膜時に、膜面内の一方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加することが好まし
い。これにより、軟磁性層20にHkを付与することが
できる。なお、外部磁場の印加方法は、軟磁性層20成
膜時のみ、磁場の印加時期を容易に制御できる例えば電
磁石等を備えた装置を用いて印加し、ピン止め層50成
膜時は印加しない方法であってもよい。あるいは、成膜
時を通して常に一定の磁場を印加する方法であってもよ
い。
The layers of the magnetic multilayer films 1 and 2 are formed by a method such as an ion beam sputtering method, a sputtering method, a vapor deposition method, and a molecular beam epitaxy method (MBE). As described above, the substrate 5 is made of glass, silicon, MgO, GaAs, ferrite, Altic, C
aTiO 3 or the like can be used. When forming a film,
As described above, when forming the soft magnetic layer 20, it is preferable to apply an external magnetic field of 10 to 300 Oe in one direction in the film plane. Thereby, Hk can be given to the soft magnetic layer 20. The method of applying the external magnetic field is applied only when the soft magnetic layer 20 is formed, using a device having an electromagnet or the like that can easily control the application time of the magnetic field, and is not applied when the pinned layer 50 is formed. It may be a method. Alternatively, a method of constantly applying a constant magnetic field throughout the film formation may be used.

【0108】次に、前記第1の実施例で説明した、磁性
多層膜1を備える磁気抵抗効果素子3の発明を発展さ
せ、電子の流れる経路を詳細に検討し、第1の磁気変換
素子の発明に至った。ここでいう磁気変換素子とは、磁
気抵抗効果素子、導電膜および電極部を含んでなるもの
であって、より具体的には、磁気抵抗効果型ヘッド(M
Rヘッド)、MRセンサ、強磁性メモリ素子、角度セン
サ等を含む広い概念のものである。
Next, the invention of the magnetoresistive element 3 having the magnetic multilayer film 1 described in the first embodiment is developed, and the path through which electrons flow is examined in detail. Invented the invention. The magneto-resistive element referred to here includes a magneto-resistive effect element, a conductive film, and an electrode portion. More specifically, the magneto-resistive head (M
R head), an MR sensor, a ferromagnetic memory element, an angle sensor, and the like.

【0109】ここでは、磁気変換素子の一例として磁気
抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)を取り挙げて、以下、
説明する。
Here, a magnetoresistive head (MR head) will be described as an example of the magnetic transducer.
explain.

【0110】図5に示されるように第1の磁気抵抗効果
型ヘッド(MRヘッド)150は、信号磁場を感磁する
ための感磁部分としての磁気抵抗効果素子200と、こ
の磁気抵抗効果素子200の両端部200a,200a
に形成された電極部100,100とを有している。そ
して、感磁部分としての磁気抵抗効果素子200の端部
200a,200aは、その両端部全体が電極部10
0,100に接する状態で接続されていることが好まし
い。なお、導体膜120,120は、前記電極部10
0,100を介して磁気抵抗効果素子200と導通して
いる。本発明では、後の説明をわかりやすくするため
に、便宜上、導体膜120と電極部100とに分けてい
るが、導体膜120と電極部100は、本来一体的に薄
膜形成法により形成されている場合が多く、これらは一
つ部材と考えてもよいものである。
As shown in FIG. 5, the first magneto-resistance effect type head (MR head) 150 includes a magneto-resistance effect element 200 as a magneto-sensitive portion for sensing a signal magnetic field, and a magneto-resistance effect element. 200 both ends 200a, 200a
And electrode portions 100, 100 formed on the substrate. The ends 200a, 200a of the magnetoresistive element 200 as the magneto-sensitive portion are entirely formed at both ends thereof.
It is preferable that the connection is made in contact with 0,100. In addition, the conductor films 120 and 120 are provided on the electrode portion 10.
It is electrically connected to the magnetoresistive element 200 via 0 and 100. In the present invention, the conductor film 120 and the electrode portion 100 are divided into a conductor film 120 and an electrode portion 100 for the sake of simplicity in order to make the following description easy to understand. In many cases, these may be considered as one member.

【0111】第1のMRヘッドにおける感磁部分として
の磁気抵抗効果素子200は、前記図1に示される磁性
多層膜1を有する磁気抵抗効果素子3と実質的に同様な
積層構造のものが用いられる。すなわち、磁気抵抗効果
素子200は、図1に示される磁性多層膜1を有する磁
気抵抗効果素子3に置換され、その結果、磁気抵抗効果
素子200は、磁性金属層30と、非磁性金属層30の
一方の面に形成された強磁性層40と、非磁性金属層3
0の他方の面に形成された軟磁性層20と、前記強磁性
層40の磁化の向きをピン止めするために強磁性層40
の上に形成されたピン止め層50とを有している。そし
て、前記強磁性層40とピン止め層50とは、エピタキ
シャル成長により接合されている。
The magnetoresistive element 200 as the magneto-sensitive part in the first MR head has a laminated structure substantially similar to the magnetoresistive element 3 having the magnetic multilayer film 1 shown in FIG. Can be That is, the magnetoresistive element 200 is replaced by the magnetoresistive element 3 having the magnetic multilayer film 1 shown in FIG. 1, and as a result, the magnetoresistive element 200 has the magnetic metal layer 30 and the non-magnetic metal layer 30. The ferromagnetic layer 40 formed on one surface of the non-magnetic metal layer 3
A soft magnetic layer 20 formed on the other surface of the ferromagnetic layer 40 and a ferromagnetic layer 40 for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer 40.
And a pinning layer 50 formed thereon. The ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are joined by epitaxial growth.

【0112】そして図5に示されるように磁気抵抗効果
素子200および電極部100,100を上下にはさむ
ようにシールド層300,300が形成されるととも
に、磁気抵抗効果素子200とシールド層300,30
0との間の部分には非磁性絶縁層400が形成される。
As shown in FIG. 5, shield layers 300, 300 are formed so as to sandwich the magnetoresistive element 200 and the electrode portions 100, 100, and the magnetoresistive element 200 and the shield layers 300, 30 are formed.
The non-magnetic insulating layer 400 is formed in a portion between 0.

【0113】ここで感磁部分としての磁気抵抗効果素子
200に用いられる強磁性層40、非磁性金属層30、
軟磁性層20およびピン止め層50は、それぞれ、前記
第1の磁性多層膜の実施例で述べた膜1と同様の材質、
厚さのものを用いることが望ましい。ここで磁気抵抗効
果素子200の磁性多層膜に流れる電流の経路を詳細に
検討した結果、電流としての電子は磁性多層膜内のある
部分に片寄って流れていることが判明した。すなわち、
磁性多層膜を構成する各層のうち、ピン止め層50は比
抵抗の大きい材料である。例えば、FeMnは100〜
200μΩcmの比抵抗であるが、FeNiは15〜30
μΩcmと、かなり小さい。したがって、電子は比抵抗の
小さい軟磁性層20や非磁性金属層30に片寄って流れ
る。従来のMRヘッドでは感磁部分としてのNiFe層
を形成した後に、その層の上面に電極を形成していた。
これでは比抵抗の大きなピン止め層に電極が接するた
め、電流が効果的に流れることが困難となる。また、接
触抵抗が大きく、製造工程上歩留まりも低下してしま
う。
Here, the ferromagnetic layer 40, the non-magnetic metal layer 30, and the
The soft magnetic layer 20 and the pinning layer 50 are made of the same material as the film 1 described in the first embodiment of the first magnetic multilayer film, respectively.
It is desirable to use one having a thickness. Here, as a result of a detailed study of the path of the current flowing through the magnetic multilayer film of the magnetoresistive element 200, it was found that electrons as a current were flowing to a certain portion in the magnetic multilayer film. That is,
Among the layers constituting the magnetic multilayer film, the pinning layer 50 is a material having a large specific resistance. For example, FeMn is 100 to
Although the specific resistance is 200 μΩcm, FeNi is 15-30
μΩcm, quite small. Therefore, electrons flow to the soft magnetic layer 20 and the non-magnetic metal layer 30 having a small specific resistance. In the conventional MR head, an electrode is formed on the upper surface of the NiFe layer after forming the NiFe layer as a magnetically sensitive portion.
In this case, since the electrode is in contact with the pinning layer having a large specific resistance, it is difficult for the current to flow effectively. Further, the contact resistance is large, and the yield is reduced in the manufacturing process.

【0114】そこで、図5に示すように、電流を流す電
極部100を磁気抵抗効果素子200の積層方向にその
端部200a,200a全体が接する構造とすること
で、これらの問題点を解することができるのである。つ
まり、電子は軟磁性層20と強磁性層40に挟まれた部
分を中心に流れる。すると、この軟磁性層20と強磁性
層40とのスピンの方向によって磁気散乱され、抵抗が
大きく変化する。したがって微小な外部磁場の変化を大
きな電気抵抗の変化として検出することができるのであ
る。
Therefore, as shown in FIG. 5, these problems are solved by forming the electrode portion 100 through which a current flows so that the ends 200a and 200a of the magnetoresistive element 200 are entirely in contact with each other in the stacking direction. You can do it. That is, the electrons flow around the portion between the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40. Then, magnetic scattering is caused by the direction of spin between the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40, and the resistance greatly changes. Therefore, a minute change in the external magnetic field can be detected as a large change in electric resistance.

【0115】さらに、前記図4に基づいて説明したよう
な磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子の発明を発展
させ、電子の流れる経路をピン止め層50を中心に2つ
以上有する磁気変換素子である第2のMRヘッドの実施
例について説明する。このものの基本的構成は図5に示
されるものと同じであり、感磁部分としての磁性多層膜
を有する磁気抵抗効果素子200は、前記図4に示され
る磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子4と実質的に
同様な積層構成のものが用いられる。すなわち、図5に
おいて磁気抵抗効果素子200は、図4に示される磁性
多層膜2を有する磁気抵抗効果素子4が、実質的に置換
されたものと考えれば良い。磁気抵抗効果素子200の
両端部はその端部200a,200a全体がそれぞれ電
極100と接する状態で接続されている。すなわち、磁
気抵抗効果素子200の積層方向全体と電極部とが接触
する構造とされる。
Further, the invention of the magneto-resistance effect element having the magnetic multilayer film 2 as described with reference to FIG. 4 is developed, and the magnetic conversion element having two or more electron flow paths centering on the pinned layer 50 is developed. An embodiment of the second MR head will be described. The basic configuration of this element is the same as that shown in FIG. 5, and the magnetoresistive element 200 having the magnetic multilayer film as the magneto-sensitive portion is different from the magnetoresistive element having the magnetic multilayer film 2 shown in FIG. A laminated structure substantially similar to that of No. 4 is used. That is, in FIG. 5, the magnetoresistive element 200 can be considered to be substantially replaced with the magnetoresistive element 4 having the magnetic multilayer film 2 shown in FIG. Both ends of the magnetoresistive element 200 are connected such that the entire ends 200a, 200a are in contact with the electrodes 100, respectively. That is, the structure is such that the entire stacking direction of the magnetoresistive element 200 and the electrode portion are in contact.

【0116】第2のMRヘッドにおける磁気抵抗効果素
子200の構造を図4を用いて具体的に説明する。磁気
抵抗効果素子200の磁性多層膜は、基板5の上に金属
下地層10、軟磁性層20,非磁性金属層30、強磁性
層40、ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層
30、軟磁性層20、金属保護層80の順に積層されて
構成されている。そして、ピン止め層50とこのピン止
め層50の両側に形成される一対の強磁性層40とは、
エピタキシャル成長により接合されている。
The structure of the magnetoresistive element 200 in the second MR head will be specifically described with reference to FIG. The magnetic multilayer film of the magnetoresistive element 200 includes a metal underlayer 10, a soft magnetic layer 20, a nonmagnetic metal layer 30, a ferromagnetic layer 40, a pinning layer 50, a ferromagnetic layer 40, a nonmagnetic metal The layer 30, the soft magnetic layer 20, and the metal protective layer 80 are stacked in this order. The pinned layer 50 and the pair of ferromagnetic layers 40 formed on both sides of the pinned layer 50
They are joined by epitaxial growth.

【0117】磁性多層膜を電子が流れるとき、各々の層
の厚さは極めて薄いので、電子は量子論的な確率をもち
多層膜内を流れる。つまり、確率論的には多層膜内全体
に電子が流れることになるが、大きな比抵抗を持つ層内
に流れる電子の割合は当然低くなる。一般的にピン止め
層50は、非磁性金属層30や軟磁性層20と比べて2
倍以上の比抵抗をもつ。例えば、反強磁性体であるFe
Mnは100〜200μΩcmの比抵抗であるが、軟磁性
体であるFeNiは15〜30μΩcmと、かなり小さ
い。したがって、電子は比抵抗の小さい軟磁性層20や
非磁性金属層30に片寄って流れる。ここでは、比抵抗
の大きいピン止め層50を中心にほぼ対称に強磁性層4
0、非磁性金属層30、軟磁性層20が配置されている
ので、この多層膜内を電子が流れる場合にはピン止め層
50を境界として2つ以上の電子の流れる経路があるこ
とになる。前述したように、確率論的には多層膜内全体
に電子が流れることになるが、その中でもうまく比抵抗
の大きい層を配置することにより、少なくとも2つ以上
の電子の流れる経路を形成することが可能である。その
結果、外部磁場により反平行になった磁化により磁気的
な散乱を受ける電子の数が増え、電流の経路が実質的に
1つの場合に比べて大きなMR効果を示すようになる。
When electrons flow through the magnetic multilayer, the thickness of each layer is extremely small, so that the electrons flow through the multilayer with a quantum probability. That is, although the electrons flow stochastically throughout the multilayer film, the ratio of the electrons flowing in the layer having a large specific resistance naturally becomes low. Generally, the pinned layer 50 is two times smaller than the nonmagnetic metal layer 30 and the soft magnetic layer 20.
It has more than twice the specific resistance. For example, the antiferromagnetic material Fe
Mn has a specific resistance of 100 to 200 μΩcm, whereas FeNi which is a soft magnetic material has a considerably small value of 15 to 30 μΩcm. Therefore, electrons flow to the soft magnetic layer 20 and the non-magnetic metal layer 30 having a small specific resistance. Here, the ferromagnetic layer 4 is almost symmetrically centered on the pinning layer 50 having a large specific resistance.
0, the non-magnetic metal layer 30 and the soft magnetic layer 20 are arranged, so that when electrons flow in the multilayer film, there are two or more electron flow paths with the pinning layer 50 as a boundary. . As described above, electrons flow stochastically throughout the multilayer film. Among them, by arranging a layer having high specific resistance, it is necessary to form at least two or more electron flow paths. Is possible. As a result, the number of electrons which are magnetically scattered by the magnetization which has been made antiparallel by the external magnetic field increases, and the MR effect becomes larger as compared with the case where the current path is substantially one.

【0118】この時、実質的に電子の流れる経路を2つ
以上にするためには、前述したようにピン止め層50の
比抵抗をρp 、強磁性層40の比抵抗をρf 、軟磁性層
20の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関係が
下記式(1)を満たすようにするのがよい。
At this time, in order to make the number of paths through which electrons flow substantially two or more, as described above, the specific resistance of the pinned layer 50 is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer 40 is ρ f , Assuming that the specific resistance of the magnetic layer 20 is ρ s , it is preferable that these specific resistance relationships satisfy the following expression (1).

【0119】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) なお、実質的に電子の流れる経路は2〜10つであるこ
とが望ましい。これは、ピン止め層50を1〜4つ含む
多層膜を、前述の構成で形成すればよい。経路を3つと
する場合は、例えば、基板5上の金属下地層10の上
に、軟磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、
ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟
磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、ピン止
め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟磁性層
20および保護層80の順に積層する。また、経路を4
つとする場合は、例えば、基板5上の金属下地層10の
上に、軟磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層4
0、ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層3
0、軟磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、
ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟
磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、ピン止
め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟磁性層
20、および保護層80の順に積層する。この経路が1
0以上になると磁性多層膜全体の膜厚が厚くなってしま
い、超高密度磁気記録用のMRヘッド等に応用すること
ができなくなってしまう。また、経路が1つでもよい
が、より大きなMR効果を得るためには2つ以上とする
ほうがよい。応用上、より好ましくは2〜5つである。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) Note that there are substantially 2 to 10 paths through which electrons flow. It is desirable. This may be achieved by forming a multilayer film including one to four pinning layers 50 with the above-described configuration. When there are three paths, for example, a soft magnetic layer 20, a non-magnetic metal layer 30, a ferromagnetic layer 40,
Pinned layer 50, ferromagnetic layer 40, nonmagnetic metal layer 30, soft magnetic layer 20, nonmagnetic metal layer 30, ferromagnetic layer 40, pinned layer 50, ferromagnetic layer 40, nonmagnetic metal layer 30, soft magnetic The layer 20 and the protective layer 80 are laminated in this order. In addition, route 4
For example, when the soft magnetic layer 20, the non-magnetic metal layer 30, and the ferromagnetic layer 4 are formed on the metal underlayer 10 on the substrate 5,
0, pinned layer 50, ferromagnetic layer 40, nonmagnetic metal layer 3
0, soft magnetic layer 20, non-magnetic metal layer 30, ferromagnetic layer 40,
Pinned layer 50, ferromagnetic layer 40, nonmagnetic metal layer 30, soft magnetic layer 20, nonmagnetic metal layer 30, ferromagnetic layer 40, pinned layer 50, ferromagnetic layer 40, nonmagnetic metal layer 30, soft magnetic The layer 20 and the protective layer 80 are laminated in this order. This route is 1
If the value is 0 or more, the thickness of the entire magnetic multilayer film becomes large, and it cannot be applied to an MR head or the like for ultra-high density magnetic recording. Although one path may be used, two or more paths are preferable in order to obtain a larger MR effect. In application, it is more preferably 2 to 5.

【0120】前述したように磁気抵抗効果素子200の
両端部200a,200aはその端部全体が、それぞ
れ、電極部100と接する状態で接続されている。それ
ゆえ、電子は形成された2以上の軟磁性層20と強磁性
層40に挟まれた部分を中心に、すべて等価に流れる。
すると、この軟磁性層20と強磁性層40とのスピンの
方向によって磁気散乱される電子の割合が1つの経路の
場合に比べて増加し、磁気抵抗変化がエンハンスされ
る。したがって微小な外部磁場の変化を大きな電気抵抗
の変化として検出することができる。また、ピン止め層
50は前述したように比抵抗が100μΩcm以上と大き
いので、感磁部分としての磁性多層膜全体の比抵抗が大
きくなってしまう。従来材料であるNiFe(パーマロ
イ)に比較して3〜10倍にもなるが、このように、電
子の流れる経路を多数形成することで、比抵抗をパーマ
ロイと同程度にまで下げることが可能となる。その結
果、測定電流を流すことによる感磁部分の温度上昇や、
それに伴う特性劣化を避けることができる。
As described above, both ends 200a, 200a of the magnetoresistive element 200 are connected so that the entire ends thereof are in contact with the electrode portion 100, respectively. Therefore, all the electrons flow equivalently around the portion between the formed two or more soft magnetic layers 20 and the ferromagnetic layer 40.
Then, the ratio of electrons that are magnetically scattered by the spin directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 is increased as compared with the case of one path, and the change in magnetoresistance is enhanced. Therefore, a small change in the external magnetic field can be detected as a large change in electric resistance. Further, since the pinned layer 50 has a large specific resistance of 100 μΩcm or more as described above, the specific resistance of the entire magnetic multilayer film as a magnetically sensitive portion increases. Although it is 3 to 10 times as large as that of the conventional material NiFe (permalloy), it is possible to reduce the specific resistance to the same level as permalloy by forming a large number of paths through which electrons flow. Become. As a result, the temperature rise of the magneto-sensitive part due to the flow of the measurement current,
It is possible to avoid the characteristic deterioration accompanying it.

【0121】また、前記したように、ピン止め層50を
境界として2つ以上の電子の流れる経路がある場合にお
いて、強磁性層の磁化をMf、軟磁性層の磁化をMsと
したときに、0.3Ms≦Mf≦0.8Ms、好ましく
は0.4Ms≦Mf≦0.7Msとなるようにおのおの
の層厚を調整したときに、おのおのの層厚と散乱効率と
のバランスがよくなる。
As described above, when there are two or more electron flow paths with the pinning layer 50 as a boundary, when the magnetization of the ferromagnetic layer is Mf and the magnetization of the soft magnetic layer is Ms, When each layer thickness is adjusted so that 0.3 Ms ≦ Mf ≦ 0.8 Ms, preferably 0.4 Ms ≦ Mf ≦ 0.7 Ms, the balance between each layer thickness and the scattering efficiency is improved.

【0122】第2のMRヘッドにおける感磁部分である
磁気抵抗効果素子200の各層の材質及び層厚は、上述
した磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子4と同様に
すると良い。
The material and thickness of each layer of the magnetoresistive element 200, which is a magneto-sensitive part in the second MR head, may be the same as those of the magnetoresistive element 4 having the magnetic multilayer film 2 described above.

【0123】また、前述したように、少なくとも軟磁性
層20の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して
異方性磁場Hk誘起することで、さらに高周波特性を優
れたものとすることができる。ここで、磁性多層膜にM
R効果を起こさせるための電流を流す方向に外部磁場を
印加し、これにより異方性磁場を誘起させる。通常、磁
性多層膜を短冊状に加工し、その長手方向に電流を流す
ので、磁場をその長手方向に印加して成膜すると良い。
言い換えれば、MRヘッドとしての電流が流れる方向と
同じ方向、すなわち、信号磁場方向と垂直かつ面内方向
に磁場を印加して成膜するとよい。すると、磁性多層膜
を構成する軟磁性層は短冊長手方向が磁化容易方向に、
短冊短辺方向が磁化困難方向となり、異方性磁場Hkが
発生する。ここで信号磁場は短冊状磁性多層膜の短辺方
向に印加されるので、軟磁性層の高周波磁気特性が向上
し、大きな高周波領域でのMR特性が得られる。ここで
印加する磁場の大きさは10〜300Oeの範囲にあれば
よい。そして、軟磁性層20に誘起する異方性磁場Hk
は3〜20Oe、より好ましくは3〜16Oe、特に3〜1
2Oeとするとよい。異方性磁界Hkが3Oe未満では軟磁
性層20の保磁力と同程度となってしまい、0磁場を中
心とした直線的なMR変化曲線が実質的に得られなくな
り、MRヘッドとしての特性が劣化する。また20Oeよ
り大きいとMR傾き(単位磁場当たりのMR変化率)が
小さくなり、MRヘッド等として用いる際、出力が低下
しやすく、かつ分解能が低下する。本発明の膜は、高い
耐熱性を示し、MR変化曲線の立ち上がり部分における
MR傾きが0.3%/Oe以上、特に0.4%/Oe以上、
通常0.4〜1.0%/Oeが得られる。また、MR変化
曲線の最大ヒステリシス幅が8Oe以下、通常0〜6Oeと
なる。その上さらに、1MHz の高周波磁界でのMR傾き
が0.2%/Oe以上、より好ましくは0.25以上、通
常0.3〜1.0%/Oeとすることができ、高密度記録
の読み出し用のMRヘッド等として、十分な性能を得る
ことができる。
As described above, an anisotropic magnetic field Hk is induced by applying an external magnetic field in at least one direction in the film plane at least at the time of forming the soft magnetic layer 20, thereby further improving the high frequency characteristics. can do. Here, the magnetic multilayer film has M
An external magnetic field is applied in a direction in which a current for causing the R effect flows, thereby inducing an anisotropic magnetic field. Usually, a magnetic multilayer film is processed into a strip shape and a current flows in the longitudinal direction. Therefore, it is preferable to form a film by applying a magnetic field in the longitudinal direction.
In other words, the film may be formed by applying a magnetic field in the same direction as the direction in which the current flows as the MR head, that is, perpendicular to the signal magnetic field direction and in-plane. Then, the soft magnetic layer constituting the magnetic multilayer film has the longitudinal direction of the strip in the direction of easy magnetization,
The direction of the short side of the strip becomes the direction of hard magnetization, and the anisotropic magnetic field Hk is generated. Here, since the signal magnetic field is applied in the short side direction of the strip-shaped magnetic multilayer film, the high-frequency magnetic characteristics of the soft magnetic layer are improved, and the MR characteristics in a large high-frequency region are obtained. The magnitude of the applied magnetic field may be in the range of 10 to 300 Oe. Then, the anisotropic magnetic field Hk induced in the soft magnetic layer 20
Is 3 to 20 Oe, more preferably 3 to 16 Oe, especially 3 to 1 Oe.
It is good to be 2 Oe. If the anisotropic magnetic field Hk is less than 3 Oe, the coercive force of the soft magnetic layer 20 is substantially the same, and a linear MR change curve centered on the zero magnetic field cannot be substantially obtained. to degrade. On the other hand, if it is larger than 20 Oe, the MR gradient (MR change rate per unit magnetic field) becomes small, and when used as an MR head or the like, the output tends to decrease and the resolution decreases. The film of the present invention exhibits high heat resistance, and has an MR gradient of 0.3% / Oe or more, particularly 0.4% / Oe or more at the rising portion of the MR change curve.
Usually 0.4 to 1.0% / Oe is obtained. Further, the maximum hysteresis width of the MR change curve is 8 Oe or less, usually 0 to 6 Oe. Furthermore, the MR gradient in a high-frequency magnetic field of 1 MHz can be 0.2% / Oe or more, more preferably 0.25 or more, usually 0.3 to 1.0% / Oe. Sufficient performance can be obtained as a read MR head or the like.

【0124】さらに、ピン止め層50として反強磁性層
を成膜する際には、軟磁性層20を成膜する際の印加磁
場の方向と垂直方向に磁場を印加すると良い。つまり磁
性多層膜の膜面内でかつ、測定電流と直角方向となる。
ここで印加する磁場の大きさは10〜300Oeの範囲に
あればよい。これにより、ピン止め層50により強磁性
層40の磁化の方向が確実に印加磁場方向(測定電流と
直角方向)に固着され、信号磁場によってその向きを容
易に変えうる軟磁性層20の磁化と最も合理的に反平行
状態を作り出すことができる。もっともこれは必要条件
ではなく、反強磁性層を成膜する際に、軟磁性層を成膜
する際に印加する磁場の方向と同じ向きであっても良
い。この時は磁性多層膜の成膜後、工程中で200℃程
度の熱処理を行う際に、短冊短辺方向(軟磁性層20を
成膜する際の印加磁場の方向と垂直方向)に磁場を印加
しながら、温度を下げていくと良い。
Further, when forming an antiferromagnetic layer as the pinning layer 50, it is preferable to apply a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of the applied magnetic field when forming the soft magnetic layer 20. In other words, the direction is in the plane of the magnetic multilayer film and perpendicular to the measured current.
The magnitude of the applied magnetic field may be in the range of 10 to 300 Oe. As a result, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 40 is reliably fixed in the direction of the applied magnetic field (perpendicular to the measurement current) by the pinning layer 50, and the magnetization of the soft magnetic layer 20 whose direction can be easily changed by the signal magnetic field. The most rational antiparallel state can be created. However, this is not a necessary condition, and may be the same as the direction of the magnetic field applied when forming the soft magnetic layer when forming the antiferromagnetic layer. At this time, after performing the heat treatment at about 200 ° C. in the process after the formation of the magnetic multilayer film, a magnetic field is applied in the direction of the short side of the strip (perpendicular to the direction of the applied magnetic field when the soft magnetic layer 20 is formed). It is preferable to lower the temperature while applying the voltage.

【0125】MR曲線の立ち上がり部分を規定するのは
軟磁性層20の磁化回転である。より急峻なMR曲線の
立ち上がりを得るためには、軟磁性層20が信号磁場に
対し、完全に磁化回転によりその磁化の向きを変えてい
くことが望ましい。しかし、実際は軟磁性層20に磁区
が発生してしまい、信号磁場に対し磁壁移動と磁化回転
が同時に起こってしまう。その結果、バルクハウゼンノ
イズが発生し、MRヘッド特性が安定しなくなってい
た。
The rising portion of the MR curve is defined by the magnetization rotation of the soft magnetic layer 20. In order to obtain a steeper rise of the MR curve, it is desirable that the soft magnetic layer 20 completely changes the direction of the magnetization by the rotation of the magnetization with respect to the signal magnetic field. However, actually, magnetic domains are generated in the soft magnetic layer 20, and domain wall movement and magnetization rotation occur simultaneously with respect to the signal magnetic field. As a result, Barkhausen noise occurred, and the MR head characteristics became unstable.

【0126】そこで発明者等は鋭意、研究を進めた結
果、図6に示されるように、感磁部分である磁気抵抗効
果素子200と測定電流を流すための電極部100との
間に、それぞれ、連結用軟磁性層500を介在させるこ
とにより、上記ノイズの改善が図られることを確認し
た。もちろん、この場合、連結用軟磁性層500と磁気
抵抗効果素子200の端部200a,200aの全体が
連結用軟磁性層500と接触する状態で接続されてい
る。磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)に隣接して形成さ
れた連結用軟磁性層500,500は、磁性多層膜を構
成している軟磁性層と磁気的に直接接触する。この付加
された連結用軟磁性層500は、磁性多層膜中の軟磁性
層の磁区を単磁区構造に近づけ、磁区構造を安定化する
効果がある。その結果、磁性多層膜中の軟磁性層は信号
磁場に対し、磁化回転モードで動作し、ノイズのない、
良好な特性を得ることができる。
Therefore, as a result of intense research, the inventors have found that, as shown in FIG. 6, the magneto-resistive effect element 200, which is a magneto-sensitive part, and the electrode part 100 for flowing a measurement current are respectively disposed. It was confirmed that the noise was improved by interposing the soft magnetic layer 500 for connection. Of course, in this case, the connection soft magnetic layer 500 and the entire ends 200 a and 200 a of the magnetoresistive element 200 are connected in contact with the connection soft magnetic layer 500. The connecting soft magnetic layers 500 and 500 formed adjacent to the magnetoresistive element (magnetic multilayer film) are in direct magnetic contact with the soft magnetic layer constituting the magnetic multilayer film. The added soft magnetic layer 500 for connection has the effect of bringing the magnetic domains of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film closer to a single magnetic domain structure and stabilizing the magnetic domain structure. As a result, the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film operates in the magnetization rotation mode with respect to the signal magnetic field, and has no noise.
Good characteristics can be obtained.

【0127】磁性多層膜中の軟磁性層の磁区を単磁区に
近づけ、磁区構造を安定化させるためには、さらに図7
に示されるような形状の連結用軟磁性層510,510
を設けることが好ましい。この連結用軟磁性層510
は、感磁部分である磁気抵抗効果素子200と電極部1
00との間のみならず、電極部100の下面101にも
連続して形成されている。これは磁区構造安定化のため
の連結用軟磁性層510の体積が大きい方がその安定化
の度合いが大きいからである。しかも電極部100に直
接接していれば電圧効果は生じないので、この磁区構造
安定化のための連結用軟磁性層自身のMR効果は磁性多
層膜のMR効果に影響を与えず、都合がよい。また、よ
り積極的に磁性多層膜中の軟磁性層の磁区を安定化する
ためには、上記磁区構造安定化のための連結用軟磁性層
と電極部100との間に反強磁性層をはさんでも良い。
In order to make the magnetic domain of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film close to a single magnetic domain and to stabilize the magnetic domain structure, FIG.
Soft magnetic layers 510, 510 having a shape as shown in FIG.
Is preferably provided. This coupling soft magnetic layer 510
Are the magneto-resistive element 200, which is a magnetically sensitive part, and the electrode part 1
In addition to the area between the electrodes 100 and 00, they are continuously formed on the lower surface 101 of the electrode section 100. This is because the larger the volume of the coupling soft magnetic layer 510 for stabilizing the magnetic domain structure, the greater the degree of stabilization. Moreover, since the voltage effect does not occur if it is in direct contact with the electrode portion 100, the MR effect of the coupling soft magnetic layer itself for stabilizing the magnetic domain structure does not affect the MR effect of the magnetic multilayer film, which is convenient. . In order to more positively stabilize the magnetic domains of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film, an antiferromagnetic layer is provided between the connecting soft magnetic layer for stabilizing the magnetic domain structure and the electrode portion 100. May be interspersed.

【0128】一般にパーマロイを用いたMRヘッドにお
いては、通常Ti等のシャント層やCoZrMo,Ni
FeRh等の比抵抗の大きな軟磁性材料のバイアス磁界
印加層が感磁部分に隣接して設けられている。これらは
ソフトフィルムバイアスや、シャントバイアスと呼ば
れ、パーマロイの曲線をシフトし、ゼロ磁場を中心に直
線領域を生み出す働きをしている。しかし、これらの機
構は複雑であり、製造工程上、製造歩留まりを大きく下
げる要因となっているのが実情である。これに対して上
述してきた本発明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)で
は、0磁場の極近傍からMR曲線が立ち上がっているの
で、磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)に流す電流によっ
て生じる自己バイアスにより、ゼロ磁場を中心に直線領
域を生じさせることができる。この結果、複雑な機構の
バイアス法を設けなくて良いので、製造歩留まりの向
上、製造時間の短縮とコスト削減等の効果がある。ま
た、バイアス機構のない分、感磁部分の厚さがうすくな
るので、MRヘッドにしたときのシールド厚さが小さく
なり、超高密度記録による信号の短波長化に対し大きな
効果がある。
Generally, in an MR head using permalloy, a shunt layer of Ti or the like, CoZrMo, Ni
A bias magnetic field applying layer made of a soft magnetic material having a large specific resistance such as FeRh is provided adjacent to the magneto-sensitive portion. These are called soft film biases or shunt biases, which shift the permalloy curve and create a linear region around zero magnetic field. However, these mechanisms are complicated, and in fact, cause a significant reduction in the manufacturing yield in the manufacturing process. On the other hand, in the above-described magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention, since the MR curve rises from a position very close to zero magnetic field, the self-generated current caused by the current flowing through the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) The bias can create a linear region around a zero magnetic field. As a result, since there is no need to provide a bias method for a complicated mechanism, there are effects such as an improvement in manufacturing yield, a reduction in manufacturing time and a reduction in cost. In addition, since the thickness of the magneto-sensitive portion is reduced by the absence of the bias mechanism, the shield thickness in the case of an MR head is reduced, which has a great effect on shortening the signal wavelength by ultra-high density recording.

【0129】これらMRヘッドを製造する場合、その製
造工程の中でパターニング、平坦化等でベーキング、ア
ニーリング、レジストキュア等の熱処理が不可避であ
る。
When these MR heads are manufactured, heat treatments such as baking, annealing, and resist curing are inevitable during the manufacturing process, such as patterning and flattening.

【0130】一般的にこれら人工格子と呼ばれるような
磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子では、構成する各
層の厚さ故、耐熱性が問題となる場合が多かった。本発
明による磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)では磁場を印
加し、磁性層に異方性磁場を付与することにより、50
0℃以下、一般に50〜400℃、100〜300℃、
2時間程度の熱処理に十分対応できる。熱処理は通常、
真空中、不活性ガス雰囲気中、大気中等で行えばよい
が、特に10-7Torr以下の真空(減圧下)中で行なうこ
とで特性劣化の極めて少ない磁気抵抗効果素子(磁性多
層膜)が得られる。また、加工工程でのラッピングやポ
リッシングにおいてもMR特性が劣化することはほとん
どない。
In general, magnetoresistance effect elements having a magnetic multilayer film called an artificial lattice often have a problem in heat resistance due to the thickness of each of the constituent layers. In the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) according to the present invention, a magnetic field is applied, and an anisotropic magnetic field is applied to the magnetic layer.
0 ° C or less, generally 50 to 400 ° C, 100 to 300 ° C,
It can sufficiently cope with heat treatment for about 2 hours. Heat treatment is usually
It may be carried out in a vacuum, in an inert gas atmosphere, in the air, or the like. In particular, when the treatment is carried out in a vacuum (under reduced pressure) of 10 -7 Torr or less, a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) with extremely little characteristic deterioration is obtained. Can be In addition, even in lapping and polishing in the processing step, the MR characteristics hardly deteriorate.

【0131】[0131]

【実施例】前記第1および第2の磁気抵抗効果素子の発
明、並びにこれらを用いた第1および第2の磁気変換素
子(例えばMRヘッド)の発明を、以下に示す具体的実
施例によりさらに詳細に説明する。まず最初に磁性多層
膜1を有する磁気抵抗効果素子3(図1対応)の発明の
具体的実施例を実施例1として示す。
The invention of the first and second magnetoresistive elements and the invention of the first and second magnetic transducers (for example, MR heads) using them will be further described by the following concrete examples. This will be described in detail. First, a specific embodiment of the invention of the magnetoresistive element 3 (corresponding to FIG. 1) having the magnetic multilayer film 1 will be described as a first embodiment.

【0132】実施例1 基板としてガラス基板を用い、このものをイオンビーム
スパッタ装置の中に入れ、1×10-7Torrまで真空引き
を行った。基板温度は10℃に冷却したまま基板を20
rpm で回転させながら、以下の組成をもつ人工格子磁性
多層膜を作成した。この際、磁界を基板の面内でかつ、
測定電流と平行方向に印加しながら、約0.3Å/秒以
下の成膜速度で成膜を行った。Ar流量は8〜10scc
m、スパッタガンの加速電圧は300V、イオン電流は
30mAとした。成膜後、10-5Torrの真空中で、測定
電流と直角かつ面内方向に200Oeの磁界を印加しなが
ら150℃から冷却し、強磁性層のピン止め効果を誘起
した。このようにして表1に示されるような本発明の各
サンプル1〜11を作成した。
Example 1 A glass substrate was used as a substrate, placed in an ion beam sputtering apparatus, and evacuated to 1 × 10 −7 Torr. The substrate temperature is kept at 20
While rotating at rpm, an artificial lattice magnetic multilayer film having the following composition was prepared. At this time, a magnetic field is applied in the plane of the substrate and
Film formation was performed at a film formation rate of about 0.3 ° / sec or less while applying a current in a direction parallel to the measurement current. Ar flow rate is 8-10scc
m, the acceleration voltage of the sputter gun was 300 V, and the ion current was 30 mA. After the film formation, the film was cooled from 150 ° C. in a vacuum of 10 −5 Torr while applying a magnetic field of 200 Oe in a direction perpendicular to the measurement current and in the plane, to induce a pinning effect of the ferromagnetic layer. Thus, Samples 1 to 11 of the present invention as shown in Table 1 were prepared.

【0133】表1において、例えばサンプル1は、[N
0.81Fe0.19(70)−Cu(30)−Ni0.81Fe
0.19(70)−Fe0.5 Mn0.5 (70)]であって、
70Å厚のNi81%−Fe19%のパーマロイ組成
(NiFe)合金の軟磁性層、30Å厚のCuの非磁性
金属層、70Å厚のNiFeの強磁性層および70Å厚
のFe50%−Mn50%のFeMn合金の反強磁性層
を順次スパッタした磁性多層膜である。各サンプルを構
成する材質を軟磁性層、非磁性金属層、強磁性層、ピン
止め層の順に(m1,m2,m3,m4)として示し
た。また、それらの層厚を同様の順に(t1,t2,t
3,t4)と表1に記載した。なお、各サンプルとも、
下地層(基板と軟磁性層との間)および保護層(反強磁
性層の上)として50ÅのTa層を設けた。
In Table 1, for example, sample 1 contains [N
i 0.81 Fe 0.19 (70) -Cu (30) -Ni 0.81 Fe
0.19 (70) -Fe 0.5 Mn 0.5 (70)]
70% thick Ni81% -Fe19% Permalloy (NiFe) alloy soft magnetic layer, 30% Cu nonmagnetic metal layer, 70% thick NiFe ferromagnetic layer, and 70% thick Fe50% -Mn50% FeMn alloy Is a magnetic multilayer film obtained by sequentially sputtering the antiferromagnetic layers. The materials constituting each sample are shown as (m1, m2, m3, m4) in the order of soft magnetic layer, non-magnetic metal layer, ferromagnetic layer, and pinned layer. Further, their layer thicknesses are set in the same order (t1, t2, t
3, t4) and Table 1. For each sample,
A 50 ° Ta layer was provided as an underlayer (between the substrate and the soft magnetic layer) and a protective layer (above the antiferromagnetic layer).

【0134】表1中のm1材質において、NiFe(サ
ンプル1,2,3,10〜13、15,17)は、Ni
0.81Fe0.19(wt比)を表し、CoFeNiB(サン
プル4,7)は、(Co0.88Fe0.06Si0.060.80
0.20(at比)を表し、NiFeCo(サンプル5,
9)は、Ni0.17Fe0.35Co0.48(wt比)を表し、
NiFeCo(サンプル6,8)は、Ni0.15Fe0.69
Co0.16(wt比)を表す。
In the m1 material in Table 1, NiFe (samples 1, 2, 3, 10 to 13, 15, 17) was
0.81 Fe 0.19 (wt ratio), and CoFeNiB (samples 4 and 7) is (Co 0.88 Fe 0.06 Si 0.06 ) 0.80 B
0.20 (at ratio), NiFeCo (sample 5,
9) represents Ni 0.17 Fe 0.35 Co 0.48 (wt ratio),
NiFeCo (samples 6 and 8) is Ni 0.15 Fe 0.69
Co 0.16 (wt ratio).

【0135】表1中のm4材質において、サンプル1,
2,4〜7は反強磁性層の例であり、サンプル8,9は
硬質磁性層の例であり、サンプル3,10は材料の異な
る強磁性層の例であり、サンプル11は、構造欠陥導入
層の例、つまりFe30Tb70層形成時に構造欠陥を導入
しながらこの層を形成した例である。さらに表1中のm
4材質において、サンプル8のCoPtはCo0.14Pt
0.86(at比)を、サンプルのCoSmはCo0.63Sm
0.37(at比)を、サンプル3のCoFeはCo0.81
0.19を、サンプル10のCoFeNiはCo0.72Fe
0.13Ni0.15を表わす。
In the m4 material shown in Table 1, samples 1 and 2
Samples 2 and 4 to 7 are examples of antiferromagnetic layers, samples 8 and 9 are examples of hard magnetic layers, samples 3 and 10 are examples of ferromagnetic layers of different materials, and sample 11 is structural defects. This is an example of an introduction layer, that is, an example in which this layer is formed while introducing a structural defect during the formation of the Fe 30 Tb 70 layer. Further, m in Table 1
In the four materials, CoPt of sample 8 is Co 0.14 Pt
0.86 (at ratio), CoSm of the sample is Co 0.63 Sm
0.37 (at ratio), the CoFe of sample 3 was Co 0.81 F
e 0.19 , and CoFeNi of sample 10 is Co 0.72 Fe
0.13 Ni represents 0.15 .

【0136】以下、それぞれの発明に共通な特性評価に
ついて説明する。B−Hループの測定は、振動型磁力計
により行った。抵抗測定は、表1に示される構成の試料
から0.5×10mmの形状のサンプルを作成し、外部磁
界を面内に電流と垂直方向になるようにかけながら、−
300〜300Oeまで変化させたときの抵抗を4端子法
により測定し、その抵抗から比抵抗の最小値ρsat およ
びMR変化率ΔR/Rを求めた。MR変化率ΔR/R
は、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat とし、次
式により計算した:ΔR/R=(ρmax −ρsat )×1
00/ρsat (%)。また、測定したMR曲線の微分曲
線を取り、そのゼロ磁場付近の極大値をMR傾き(単位
%/Oe)として、立ち上がり特性を評価した。この値は
前記のとおり0.3%/Oe以上あることが必要である。
Hereinafter, the characteristic evaluation common to the respective inventions will be described. The measurement of the BH loop was performed with a vibrating magnetometer. In the resistance measurement, a sample having a shape of 0.5 × 10 mm was prepared from the sample having the configuration shown in Table 1, and an external magnetic field was applied in the plane in a direction perpendicular to the current.
The resistance when changing from 300 to 300 Oe was measured by the four-terminal method, and the minimum value ρsat of the specific resistance and the MR change rate ΔR / R were determined from the resistance. MR change rate ΔR / R
Was calculated by the following equation, where ρmax is the maximum specific resistance and ρsat is the minimum specific resistance: ΔR / R = (ρmax−ρsat) × 1
00 / ρsat (%). Further, a differential curve of the measured MR curve was taken, and the maximum value near the zero magnetic field was defined as the MR gradient (unit% / Oe), and the rise characteristics were evaluated. This value needs to be 0.3% / Oe or more as described above.

【0137】サンプル1は2つの磁性層としてNiFe
(パーマロイ)を用いている。MR変化率は1.8%で
あるが、MR傾きが0.57%/Oeと大きい値となって
いる。図8に直流磁場で測定したMR曲線を示す。これ
は5mAの測定電流で測定した時の出力電圧である。ゼロ
磁場付近でMR曲線が大きく立ち上がっており、大きな
MR傾きを示している。サンプル2は強磁性層がCoの
場合、サンプル3はピン止めを材質の異なる強磁性層に
よる直接交換結合により行ったものである。また、この
サンプル3ではFeCo層をスパッタする前にCo層に
Ar流量10sccm、イオンガンの加速電圧は100V、
イオン電流は10mAとしたアシストイオンビームを照射
し、界面部分を粗し、人工的な構造欠陥を導入した。
Sample 1 has two magnetic layers, NiFe
(Permalloy). Although the MR change rate is 1.8%, the MR gradient is a large value of 0.57% / Oe. FIG. 8 shows an MR curve measured with a DC magnetic field. This is the output voltage measured at a measurement current of 5 mA. The MR curve rises significantly near the zero magnetic field, indicating a large MR gradient. In sample 2, when the ferromagnetic layer is Co, sample 3 is pinned by direct exchange coupling using ferromagnetic layers of different materials. In this sample 3, before the FeCo layer was sputtered, the Ar flow rate was 10 sccm, the acceleration voltage of the ion gun was 100 V,
An assist ion beam with an ion current of 10 mA was applied to roughen the interface and introduce artificial structural defects.

【0138】また、表1に示される本発明のサンプル1
〜11について、X線回折と透過電子顕微鏡による断面
の観察を行ったところ、強磁性層といわゆるピン止め層
は互いの層の格子縞がつながっており、互いの層がエピ
タキシャル成長によって形成されていることが確認でき
た。
The sample 1 of the present invention shown in Table 1
X-ray diffraction and transmission electron microscopy of cross sections of the samples No. to No. 11 show that the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer are connected to each other by lattice fringes, and that the layers are formed by epitaxial growth. Was confirmed.

【0139】表1に示されるサンプル12(比較)はサ
ンプル1と同じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いに
より、強磁性層といわゆるピン止め層との互いの層がエ
ピタキシャル成長によって形成されていない例である。
サンプル12(比較)の具体的成膜条件は、Ar流量1
0〜20SCCM、スパッタガンの加速電圧は1200V、
イオン電流は120mAとし、それ以外は上記の成膜条
件と同じである。このような成膜条件の場合には、スパ
ッタビームのエネルギーが大きいので、ターゲットから
スパッタされて基板上に被着される粒子の持つ運動エネ
ルギーも大きくなり、磁性多層膜の界面で各々の層の材
料が相互拡散を起こしてしまい、エピタキシャル成長に
よる膜が得られなかった。
Sample 12 (comparative) shown in Table 1 has the same multilayer structure as sample 1, but due to the difference in film formation conditions, the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer are formed by epitaxial growth. Not an example.
The specific film forming conditions of the sample 12 (comparative) are as follows.
0-20 SCCM, acceleration voltage of sputter gun is 1200V,
The ion current is set to 120 mA, and the other conditions are the same as the above film forming conditions. Under such film forming conditions, since the energy of the sputter beam is large, the kinetic energy of the particles sputtered from the target and deposited on the substrate is also large, and the energy of each layer is increased at the interface of the magnetic multilayer film. The materials caused interdiffusion, and a film could not be obtained by epitaxial growth.

【0140】サンプル13(比較)および14(比較)
は、それぞれ、ピン止め層(m4に相当)が形成されて
いない場合の例である。
Samples 13 (comparison) and 14 (comparison)
Are examples in which a pinning layer (corresponding to m4) is not formed.

【0141】サンプル15(比較)は、サンプル1と同
じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いにより、強磁性
層といわゆるピン止め層とがエピタキシャル成長によっ
て形成されていない例である。すなわち、サンプル15
(比較)は、RFスパッタ法により成膜したものであ
る。到達圧力6×10-7Torr、成膜時の圧力0.5mTor
r とした。Ar流量は8〜20SCCMの範囲とした。多層
膜断面を高分解能電子顕微鏡(TEM)で観察した結
果、ピン止め層と強磁性層との結晶格子縞は確認されな
かった。従って、これらの層間にはエピタキシャル成長
の状態は存在しなかった。
Sample 15 (comparison) is an example in which the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer are not formed by epitaxial growth due to a difference in film formation conditions, although the multilayer structure is the same as that of sample 1. That is, sample 15
(Comparative) is a film formed by the RF sputtering method. Ultimate pressure 6 × 10 -7 Torr, pressure during film formation 0.5 mTor
r. The Ar flow rate was in the range of 8 to 20 SCCM. As a result of observing the cross section of the multilayer film with a high-resolution electron microscope (TEM), crystal lattice fringes between the pinned layer and the ferromagnetic layer were not confirmed. Therefore, there was no state of epitaxial growth between these layers.

【0142】サンプル16(比較)は、サンプル8と同
じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いにより、強磁性
層といわゆるピン止め層とがエピタキシャル成長によっ
て形成されていない例である。サンプル16(比較)
は、前記サンプル15(比較)と同様な成膜方法によっ
て作成されたものである。
Sample 16 (comparison) is an example in which the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer are not formed by epitaxial growth due to the difference in film formation conditions, although the multilayer structure is the same as that of Sample 8. Sample 16 (comparison)
Is formed by a film forming method similar to that of the sample 15 (comparative).

【0143】サンプル17(比較)は、サンプル10と
同じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いにより、強磁
性層といわゆるピン止め層とがエピタキシャル成長によ
って形成されていない例である。サンプル17(比較)
は、前記サンプル15(比較)と同様な成膜方法によっ
て作成されたものである。
Sample 17 (comparative) has the same multilayer structure as sample 10, but is an example in which the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer are not formed by epitaxial growth due to the difference in film formation conditions. Sample 17 (comparison)
Is formed by a film forming method similar to that of the sample 15 (comparative).

【0144】[0144]

【表1】 表1に示される結果から、強磁性層といわゆるピン止め
層とをエピタキシャル成長によって形成し、強磁性層の
磁化の向きをピン止めすることにより、0.3%/Oeを
越える大きなMR傾きを示すことがわかる(本発明のサ
ンプル1〜11)。このピン止め効果はピン止め層が該
磁性層とエピタキシャル成長により形成されていなけれ
ば効果がない。また、反強磁性層、硬質強磁性層、材質
の異なる強磁性層、および人工的な構造欠陥を導入した
層から選ばれた1つによってピン止め効果がもたらされ
ることがわかる。
[Table 1] According to the results shown in Table 1, a ferromagnetic layer and a so-called pinned layer are formed by epitaxial growth, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer is pinned to show a large MR gradient exceeding 0.3% / Oe. This can be seen (Samples 1 to 11 of the present invention). This pinning effect has no effect unless the pinning layer is formed by epitaxial growth with the magnetic layer. In addition, it can be seen that the pinning effect is provided by one selected from an antiferromagnetic layer, a hard ferromagnetic layer, a ferromagnetic layer having a different material, and a layer having an artificial structural defect.

【0145】次に、磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果
素子4(図4に対応)の発明の実施例として実施例2を
示す。
Next, a second embodiment of the invention of a magnetoresistive element 4 (corresponding to FIG. 4) having a magnetic multilayer film 2 will be described.

【0146】実施例2 基板としてガラス基板を用い、イオンビームスパッタ装
置の中に入れ、1×10-7Torrまで真空引きを行った。
基板温度は10℃に冷却したまま基板を回転させなが
ら、以下の組成をもつ人工格子磁性多層膜を作成した。
この際、磁界を基板の面内でかつ、測定電流と平行方向
に印加しながら、約0.3Å/秒以下の成膜速度で成膜
を行った。Ar流量は8sccm、スパッタガンの加速電圧
は300V、イオン電流は30mAとした。成膜後、10
-7Torrの真空中で、測定電流と直角かつ面内方向に20
0Oeの磁界を印加しながら150℃から冷却し、強磁性
層のピン止め効果を誘起した。
Example 2 A glass substrate was used as a substrate, placed in an ion beam sputtering apparatus, and evacuated to 1 × 10 −7 Torr.
While rotating the substrate while keeping the substrate temperature at 10 ° C., an artificial lattice magnetic multilayer film having the following composition was prepared.
At this time, film formation was performed at a film formation rate of about 0.3 ° / sec or less while applying a magnetic field in the plane of the substrate and in a direction parallel to the measurement current. The Ar flow rate was 8 sccm, the acceleration voltage of the sputter gun was 300 V, and the ion current was 30 mA. After film formation, 10
In a vacuum of -7 Torr, perpendicular to the measured current and 20 in the in-plane direction
It was cooled from 150 ° C. while applying a magnetic field of 0 Oe to induce a pinning effect of the ferromagnetic layer.

【0147】磁性多層膜の構成と磁気抵抗変化率を下記
表2に示す。
Table 2 below shows the structure of the magnetic multilayer film and the rate of change in magnetoresistance.

【0148】なお、表2において、例えばサンプル2−
1は、[Ni0.81Fe0.19(70)−Cu(30)−N
0.81Fe0.19(70)−Fe0.5 Mn0.5 (70)−
Ni0.81Fe0.19(70)−Cu(30)−Ni0.81
0.19(70)]であって、70Å厚のFe50%−M
n50%のFeMn合金の反強磁性層(ピン止め層)の
両側に、それぞれ、強磁性層として用いた70Å厚のN
iFe合金層、30Å厚のCuの非磁性金属層、70Å
厚のNi81%−Fe19%のパーマロイ組成(NiF
e)による軟磁性層および70Å厚のTa金属層を順次
配置した磁性多層膜である。各サンプルを構成する材質
を軟磁性層、非磁性金属層、強磁性層、反強磁性層(ピ
ン止め層)の順に(m1,m2,m3,m4)として示
した。また、それらの層厚を同様の順に(t1,t2,
t3,t4)と表2に記載した。以降の実施例において
NiFe,FeMn層の組成は本実施例1および2と同
様の組成である。また、直流磁場でのMR傾き、及び1
MHz での高周波磁界における6Oe幅でのMR傾き(単位
%/Oe)も併せて示した。この値は前記のとおり0.2
%/Oe以上あることが必要である。加えて、強磁性層の
磁化をMf、軟磁性層の磁化をMsとしたときのMf/
Msの値を示した。この値は0.3〜0.8となるよう
におのおのの層厚を選ぶことが必要である。
In Table 2, for example, sample 2-
1 is [Ni 0.81 Fe 0.19 (70) -Cu (30) -N
i 0.81 Fe 0.19 (70) -Fe 0.5 Mn 0.5 (70)-
Ni 0.81 Fe 0.19 (70) -Cu (30) -Ni 0.81 F
e 0.19 (70)] and a 70% thick Fe50% -M
On both sides of an antiferromagnetic layer (pinning layer) of a 50% FeMn alloy, a 70 ° thick N layer used as a ferromagnetic layer was used.
iFe alloy layer, 30% thick non-magnetic metal layer of Cu, 70% thick
Permalloy composition of Ni81% -Fe19% thick (NiF
This is a magnetic multilayer film in which a soft magnetic layer according to e) and a 70 ° thick Ta metal layer are sequentially arranged. The materials constituting each sample are shown as (m1, m2, m3, m4) in the order of soft magnetic layer, non-magnetic metal layer, ferromagnetic layer, and antiferromagnetic layer (pinning layer). In addition, their layer thicknesses are set in the same order (t1, t2,
t3, t4) and Table 2. In the following examples, the compositions of the NiFe and FeMn layers are the same as in Examples 1 and 2. Also, the MR gradient in a DC magnetic field, and 1
The MR gradient (unit% / Oe) at a width of 6 Oe in a high frequency magnetic field at MHz is also shown. This value is 0.2 as described above.
% / Oe or more. In addition, when the magnetization of the ferromagnetic layer is Mf and the magnetization of the soft magnetic layer is Ms, Mf /
The value of Ms is shown. It is necessary to select the thickness of each layer so that this value is 0.3 to 0.8.

【0149】[0149]

【表2】 表2に示されるサンプル2−1〜2−4は、磁性多層膜
2を有する磁気抵抗効果素子4(図4に対応)の発明に
よる構造をもったもので、表2に示されるサンプル1,
2は、それぞれ表1におけるサンプル1,2と同じく、
軟磁性層が1層、反強磁性層が1層となっているもので
ある(図1に対応)。X線回折と透過電子顕微鏡による
積層膜断面の観察によって、サンプル2−1〜2−4、
ならびにサンプル1,2における、強磁性層といわゆる
ピン止め層との積層は、それぞれエピタキシャル成長に
よって形成されていることが確認された。
[Table 2] Samples 2-1 to 2-4 shown in Table 2 have the structure according to the invention of the magnetoresistive element 4 (corresponding to FIG. 4) having the magnetic multilayer film 2, and Samples 1 and 2 shown in Table 2
2 are the same as Samples 1 and 2 in Table 1, respectively.
One soft magnetic layer and one antiferromagnetic layer (corresponding to FIG. 1). Samples 2-1 to 2-4 were observed by X-ray diffraction and observation of the cross section of the laminated film by a transmission electron microscope.
In addition, it was confirmed that the stack of the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer in each of Samples 1 and 2 was formed by epitaxial growth.

【0150】サンプル2−5(比較)は、基板の上に下
地層としてTa(50Å)を形成し、この上にNiFe
(70Å)、Cu(30Å)、NiFe(70Å)、F
eMn(70Å)、Cu(30Å)、NiFe(70
Å)、Cu(30Å)、NiFe(70Å)、FeMn
(70Å)、Cu(30Å)を順次形成して作成した。
膜の形成条件としては、前記表1におけるサンプル12
と同様な条件で行った。その結果、サンプル2−5(比
較)については、強磁性層といわゆるピン止め層とはエ
ピタキシャル成長によって接合されていないことが確認
された。
In sample 2-5 (comparative), Ta (50 °) was formed as an underlayer on a substrate, and NiFe was formed thereon.
(70 °), Cu (30 °), NiFe (70 °), F
eMn (70 °), Cu (30 °), NiFe (70 °)
Å), Cu (30 °), NiFe (70 °), FeMn
(70 °) and Cu (30 °) were sequentially formed.
The conditions for forming the film were as follows:
Performed under the same conditions as described above. As a result, for Sample 2-5 (comparative), it was confirmed that the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer were not joined by epitaxial growth.

【0151】表2に示されるサンプル2−1の磁化曲
線、およびMR曲線を図9(A)および(B)にそれぞ
れ示す。なお、後述するが、表1のサンプル1(表2の
サンプル1と同じ)の磁化曲線は図10(A)および
(B)に示してある。
FIGS. 9A and 9B show the magnetization curve and the MR curve of Sample 2-1 shown in Table 2, respectively. As will be described later, the magnetization curves of Sample 1 in Table 1 (the same as Sample 1 in Table 2) are shown in FIGS. 10A and 10B.

【0152】これらを比較すると、本発明による磁性多
層膜2を有する磁気抵抗効果素子4の方がMR曲線の立
ち上がり部分のMR傾きが大きく、反強磁性層と強磁性
層との交換結合による磁場シフト量Hexが大きいこと
がわかる。
When these are compared, the magnetoresistance effect element 4 having the magnetic multilayer film 2 according to the present invention has a larger MR gradient at the rising portion of the MR curve, and the magnetic field due to the exchange coupling between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. It can be seen that the shift amount Hex is large.

【0153】また、表2に示される結果から、ピン止め
層の両側に強磁性層、非磁性金属層、軟磁性層、の順の
配置となるようにこれらの層を積層し、特に、ピン止め
層とこのピン止め層の両側に強磁性層をエピタキシャル
成長により接合することにより、MR変化率、直流磁場
でのMR傾きのみならず、応用上最も重要な1MHz での
MR傾きで代表される高周波MR特性が大きく改善され
ることがわかる。この構造により、特にサンプル2−1
〜2−4のみが0.3%/Oeを越える大きな高周波MR
傾きを示す。
Further, from the results shown in Table 2, the ferromagnetic layer, the non-magnetic metal layer, and the soft magnetic layer were laminated on both sides of the pinned layer in this order. A ferromagnetic layer is epitaxially grown on both sides of the pinned layer and the pinned layer, so that not only the MR change rate and the MR tilt in a DC magnetic field but also the high frequency represented by the MR tilt at 1 MHz, which is the most important in application, is high. It can be seen that the MR characteristics are greatly improved. With this structure, in particular, Sample 2-1
Large high-frequency MR exceeding 0.3% / Oe only in ~ 2-4
Shows the slope.

【0154】また、強磁性層の磁化をMf、軟磁性層の
磁化をMsとしたときに0.3≦Mf/Ms≦0.8と
なるときに良い高周波MR特性が得られることがわか
る。
Further, when the magnetization of the ferromagnetic layer is Mf and the magnetization of the soft magnetic layer is Ms, good high frequency MR characteristics can be obtained when 0.3 ≦ Mf / Ms ≦ 0.8.

【0155】さらに表1のサンプル1と、表2のサンプ
ル2−1とを10-5Torrの真空中で230℃、4時間熱
処理した。熱処理後の角型比、ρsat と、MR変化率、
直流磁場でのMR傾き、および高周波MR傾きを表3に
示す。
Further, Sample 1 in Table 1 and Sample 2-1 in Table 2 were heat-treated at 230 ° C. for 4 hours in a vacuum of 10 −5 Torr. Squareness ratio after heat treatment, ρsat, MR change rate,
Table 3 shows the MR gradient in a DC magnetic field and the high-frequency MR gradient.

【0156】[0156]

【表3】 表3に示される結果から、初期も熱処理後も、ほとんど
特性の劣化が起こっていない。つまり磁性多層膜2を有
する磁気抵抗効果素子4では、0.3%/Oeを越える大
きな直流場での大きなMR傾き、及び1MHz での大きな
高周波MR傾きを示すことがわかる。
[Table 3] From the results shown in Table 3, there is almost no deterioration in characteristics at the initial stage and after the heat treatment. That is, the magnetoresistive effect element 4 having the magnetic multilayer film 2 shows a large MR gradient in a large DC field exceeding 0.3% / Oe and a large high-frequency MR gradient at 1 MHz.

【0157】なお、図10(A)および(C)には、そ
れぞれ、表1のサンプル1を構成する磁性多層膜の成膜
直後および熱処理後の磁化曲線が示され、図10(B)
および(D)には、それぞれ表1のサンプル1を構成す
る磁性多層膜の成膜直後および熱処理後のMR曲線が示
される。図11(A)および(C)には、それぞれ表2
のサンプル2−1を構成する磁性多層膜の成膜直後およ
び熱処理後の磁化曲線が示され、図11(B)および
(D)には、それぞれ表2のサンプル2−1を構成する
磁性多層膜の成膜直後および熱処理後のMR曲線が示さ
れる。サンプル2−1においては、反強磁性層(ピン止
め層)の上下における交換結合力の大きさが異なってい
るため、Hexが熱処理後に上下の軟磁性層に対して異な
っている。しかし、どちらのサンプルの場合も応用上重
要な、ゼロ磁場付近のMR曲線の立ち上がり部分はほと
んど変化しておらず、成膜直後、熱処理後とも磁化曲線
良好なMR特性が維持されていることがわかる。図12
(A)および(B)には、それぞれ、表2のサンプル2
−2における成膜直後、および熱処理後のX線回折曲線
が示される。44度付近のNiFe及びCo層からの
(111)配向面の回折強度は、成膜直後に比較して熱
処理後に若干強くなっているが、本質的にはほとんど変
化がないことを示している。
FIGS. 10A and 10C show the magnetization curves immediately after the formation of the magnetic multilayer film constituting Sample 1 in Table 1 and after the heat treatment, respectively.
3D and 3D show MR curves immediately after the formation of the magnetic multilayer film constituting Sample 1 in Table 1 and after the heat treatment, respectively. FIGS. 11A and 11C show Table 2 respectively.
The magnetization curves immediately after the formation of the magnetic multilayer film constituting Sample 2-1 and after the heat treatment are shown. FIGS. 11B and 11D show the magnetic multilayer films constituting Sample 2-1 in Table 2, respectively. MR curves are shown immediately after film formation and after heat treatment. In sample 2-1, the magnitude of the exchange coupling force above and below the antiferromagnetic layer (pinning layer) is different, so that Hex differs from the upper and lower soft magnetic layers after the heat treatment. However, in both cases, the rising part of the MR curve near zero magnetic field, which is important for application, hardly changes, and it is clear that good MR characteristics are maintained immediately after film formation and after heat treatment. Understand. FIG.
(A) and (B) respectively show sample 2 in Table 2.
2 shows X-ray diffraction curves immediately after film formation and after heat treatment. The diffraction intensity of the (111) -oriented plane from the NiFe and Co layers at around 44 degrees is slightly higher after the heat treatment than immediately after the film formation, but shows that there is essentially no change.

【0158】さらに、図13には表2のサンプル2−1
を様々な圧力下で熱処理したときのMR傾きの変化を示
している。250℃の温度ではどの圧力でもほとんどM
R傾きの変化はないが、350℃では圧力によって差が
生じている。すなわち、10-7Torrより圧力の低い範囲
での熱処理ではMR傾きは大きな値を保っているが、1
-7Torrより圧力の高い範囲ではMR傾きが劣化してし
まう。これは真空状態といっても微量残留している酸素
によって磁性多層膜が酸化されるためである。しかし、
450℃では10-9Torrの圧力下においてもMR傾きは
劣化した。したがって、10-7Torrより圧力の低い範囲
での熱処理により、400℃以下の温度範囲においてM
R傾きは大きな値を保つことがわかる。
FIG. 13 shows sample 2-1 in Table 2.
Shows the change in MR slope when heat-treating under various pressures. At a temperature of 250 ° C, almost any pressure
Although there is no change in the R slope, at 350 ° C., a difference is caused by the pressure. That is, in the heat treatment in the range where the pressure is lower than 10 −7 Torr, the MR gradient keeps a large value.
When the pressure is higher than 0 -7 Torr, the MR gradient is deteriorated. This is because the magnetic multilayer film is oxidized by a slight amount of residual oxygen even in a vacuum state. But,
At 450 ° C., the MR gradient deteriorated even under a pressure of 10 −9 Torr. Therefore, heat treatment at a pressure lower than 10 -7 Torr causes M
It can be seen that the R slope keeps a large value.

【0159】さらに、磁性多層膜2を有する磁気抵抗効
果素子4(図4に対応)の発明において、ピン止め層の
比抵抗ρp と、強磁性層の比抵抗ρf と、軟磁性層の比
抵抗ρs との3者の関係が、多層膜の特性にいかように
影響を及ぼすかを調べる実験を行った。すなわち、下記
表4に示すような種々の積層組成からなる磁性多層膜
(図4に対応)を作製し、各層の比抵抗ρp ,ρf ,ρ
s 、およびR*=ρp /[(ρs +ρf )/2]の値を
求めるとともに、各サンプルについてMR値およびMR
傾きを測定した。結果を下記表4に示した。表4の結果
より、R*=ρp/[(ρs +ρf )/2]の値が、3
〜30にあること、すなわち、下記式(1)を満たすサ
ンプル4−1〜4−4が良好な結果を示すことがわか
る。
Further, in the invention of the magnetoresistive element 4 having the magnetic multilayer film 2 (corresponding to FIG. 4), the specific resistance ρ p of the pinned layer, the specific resistance ρ f of the ferromagnetic layer, and the specific resistance ρ f of the soft magnetic layer An experiment was conducted to examine how the relationship between the three factors and the specific resistance ρ s affected the characteristics of the multilayer film. That is, magnetic multilayer films (corresponding to FIG. 4) having various lamination compositions as shown in Table 4 below were prepared, and the specific resistances ρ p , ρ f , ρ
s and the value of R * = ρ p / [(ρ s + ρ f ) / 2], and the MR value and MR for each sample.
The slope was measured. The results are shown in Table 4 below. From the results in Table 4, the value of R * = ρ p / [(ρ s + ρ f ) / 2] is 3
30, that is, samples 4-1 to 4-4 satisfying the following equation (1) show good results.

【0160】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1)3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1)

【0161】[0161]

【表4】 次に、本発明の磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子
(図4に対応)の各層の積み順を考察するために、本発
明の磁性多層膜2(図4に対応)とは積み順序を変えた
比較サンプル5−1の磁性多層膜を作製した。すなわ
ち、比較サンプル5−1の磁性多層膜は、Ta下地層
(50Å)の上に、NiFe(70Å)/Cu(30
Å)/NiFe(70Å)/FeMn(70Å)/Cu
(30Å)/NiFe(70Å)/Cu(30Å)/N
iFe(70Å)/FeMn(70Å)/Cu(50
Å)を順次積層して作製したものである。これは図1に
示される磁性多層膜1を基本ユニットとして、Cu(3
0Å)を間に挟んで同じ積層順で2段に重ねたものであ
る。この比較サンプル5−1における、MR曲線を図1
8に示した。
[Table 4] Next, in order to consider the stacking order of each layer of the magnetoresistive element (corresponding to FIG. 4) having the magnetic multilayer film 2 of the present invention, the stacking order of the magnetic multilayer film 2 (corresponding to FIG. 4) of the present invention is considered. The magnetic multilayer film of Comparative Sample 5-1 was prepared by changing the above. That is, the magnetic multilayer film of the comparative sample 5-1 has a NiFe (70 °) / Cu (30 °) layer on the Ta underlayer (50 °).
Å) / NiFe (70 °) / FeMn (70 °) / Cu
(30 °) / NiFe (70 °) / Cu (30 °) / N
iFe (70 °) / FeMn (70 °) / Cu (50
Å) are sequentially laminated. This is based on the magnetic multilayer film 1 shown in FIG.
0Å) are interposed in two layers in the same lamination order. The MR curve of this comparative sample 5-1 is shown in FIG.
8 is shown.

【0162】図18に示されるグラフより、比較サンプ
ル5−1のものは、縦軸に示されるMR変化率が極めて
小さく、また、MR曲線における印加磁場を増加させて
いった場合と、逆に減少させていった場合とにおける0
磁場近傍でのMR変化率の値が一致しておらず、このも
のは到底実用に供することができないものであることが
確認された。これは、Ta下地層側から順次積層して初
めの強磁性層であるNiFe層とピン止め層であるFe
Mn層とが仮にエピタキシャル成長により接合されて
も、その後、再び、Cu、NiFe、Cuと積層してい
くにつれ、徐々にエピタキシャル成長が失われ、次のN
iFe−FeMn層間ではエピタキシャル関係が得られ
ていないことを示している。従って、最も効率良く強磁
性層をピン止めするためには、前記本発明の磁性多層膜
2(図4対応)のごとくピン止め層の上下に強磁性層を
形成し、それぞれをエピタキシャルに成長させるのがよ
い。
According to the graph shown in FIG. 18, the sample of Comparative Sample 5-1 has an extremely small MR change rate shown on the vertical axis, and has the opposite effect to the case where the applied magnetic field in the MR curve is increased. 0 in the case of decreasing
The values of the MR change rates near the magnetic field did not match, and it was confirmed that this could not be put to practical use at all. This is because the first ferromagnetic layer NiFe layer and the pinning layer Fe
Even if the Mn layer is joined by epitaxial growth, epitaxial growth is gradually lost as Cu, NiFe, and Cu are stacked again.
This indicates that no epitaxial relationship was obtained between the iFe-FeMn layers. Therefore, in order to pin the ferromagnetic layer most efficiently, ferromagnetic layers are formed above and below the pinned layer as in the magnetic multilayer film 2 (corresponding to FIG. 4) of the present invention, and each is epitaxially grown. Is good.

【0163】さらに、磁気変換素子として第1のMRヘ
ッドの発明の実施例および比較例として、以下の実施例
3〜6および比較例1を示す。
Further, the following Examples 3 to 6 and Comparative Example 1 will be shown as Examples and Comparative Examples of the invention of the first MR head as the magnetic transducer.

【0164】実施例3 アルティック(AlTiC)基板上に、金属下地層とし
てTaを50Å厚さに成膜し、この上にNiFe(70
Å)−Cu(30Å)−NiFe(70Å)−FeMn
(70Å)の順に積層し、磁性多層膜を成膜した。Ni
FeはNi0.81Fe0.19を表す。成膜条件は、到達圧力
2×10-7Torr、成膜時圧力1.4×10-4Torr、基板
温度10℃程度とし、各材料を0.2〜0.3Å/sec
の成膜速度で、成膜中に磁場を基板の面内かつ測定電流
と平行方向に印加しながらイオンビームスパッタ法によ
る成膜を行った。NiFe−FeMn層間にはエピタキ
シャル成長による接合が確認された。
Embodiment 3 Ta was deposited as a metal underlayer to a thickness of 50 ° on an AlTiC (AlTiC) substrate, and NiFe (70
Å) -Cu (30Å) -NiFe (70Å) -FeMn
The layers were laminated in the order of (70 °) to form a magnetic multilayer film. Ni
Fe represents Ni 0.81 Fe 0.19 . The film forming conditions are as follows: ultimate pressure of 2 × 10 −7 Torr, pressure at the time of film formation of 1.4 × 10 −4 Torr, substrate temperature of about 10 ° C., and 0.2 to 0.3 ° / sec of each material.
The film was formed by the ion beam sputtering method while applying a magnetic field in the plane of the substrate and in the direction parallel to the measurement current during the film formation at the film formation speed of. A junction by epitaxial growth was confirmed between the NiFe-FeMn layers.

【0165】その後、フォトリソグラフィー技術を用い
て感磁部分として、20μm×6μmのパターンを形
成、その上にトラック幅3μmの電極を形成し、MRヘ
ッドとした。作製したMRヘッドの構造は図5に示すと
おりである。その後、10-5Torrの真空中で、測定電流
方向と直角かつ面内方向に200Oeの磁界を印加しなが
ら150℃から冷却し、強磁性層のピン止め効果を誘起
した。測定電流を5mA、外部磁場を±20Oe、50Hzの
範囲で変化させたときの出力電圧の変化を図14に示
す。本発明による人工格子磁性多層膜を用いたMRヘッ
ドにおいては約2.2mVの出力電圧を得た。
Thereafter, a pattern of 20 μm × 6 μm was formed as a magnetically sensitive portion by using photolithography technology, and an electrode having a track width of 3 μm was formed thereon to obtain an MR head. The structure of the manufactured MR head is as shown in FIG. Thereafter, the substrate was cooled from 150 ° C. in a vacuum of 10 −5 Torr while applying a magnetic field of 200 Oe in a direction perpendicular to the direction of the measured current and in an in-plane direction, to induce a pinning effect of the ferromagnetic layer. FIG. 14 shows a change in the output voltage when the measurement current is changed in the range of 5 mA, the external magnetic field is set in the range of ± 20 Oe, and 50 Hz. In the MR head using the artificial lattice magnetic multilayer film according to the present invention, an output voltage of about 2.2 mV was obtained.

【0166】比較例1 比較例として上記実施例3と同条件でパーマロイを用
い、従来から用いられている異方性磁気抵抗効果を利用
したMRヘッドを作製した。測定電流を5mA、外部磁場
を±20Oe、50Hzの範囲で変化させた。このときの出
力電圧は0.8mVであった。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 As a comparative example, a permalloy was manufactured under the same conditions as in Example 3 above, and an MR head utilizing a conventionally used anisotropic magnetoresistance effect was manufactured. The measurement current was 5 mA, the external magnetic field was varied in the range of ± 20 Oe, and 50 Hz. The output voltage at this time was 0.8 mV.

【0167】実施例3と比較例1により、本発明の第1
のMRヘッドにおいては、従来例と比較して3倍近い出
力が得られた。したがって、本発明の効果は明かであ
る。
According to Example 3 and Comparative Example 1, the first aspect of the present invention was
With the MR head, an output nearly three times as large as that of the conventional example was obtained. Therefore, the effect of the present invention is clear.

【0168】実施例4 アルティック(AlTiC)基板上に金属下地層として
Taを50Å厚さに成膜し、この上にNiFe(70
Å)−Cu(30Å)−NiFe(70Å)−FeMn
(70Å)−NiFe(70Å)−Cu(30Å)−N
iFe(70Å)層の順に積層し磁性多層膜を成膜し
た。成膜条件は、到達圧力1.7×10-7Torr、成膜時
圧力1.4×10-4Torr、基板温度10℃程度とし、各
材料を0.2〜0.3Å/sec の成膜速度で、成膜中に
磁場を基板の面内かつ測定電流と平行方向に印加しなが
らイオンビームスパッタ法による成膜を行った。その
後、10 -5Torrの真空中で、測定電流方向と直角かつ面
内方向に200Oeの磁界を印加しながら150℃から冷
却し、強磁性層のピン止め効果を誘起した。その他の条
件は上記実施例3と同様にしてMRヘッドを作製した。
NiFe−FeMn−NiFeにはエピタキシャル成長
による接合が確認された。
[0168]Example 4 Metal underlayer on AlTiC substrate
Ta was deposited to a thickness of 50 °, and NiFe (70
Å) -Cu (30Å) -NiFe (70Å) -FeMn
(70 °) -NiFe (70 °) -Cu (30 °) -N
iFe (70 °) layers are stacked in order to form a magnetic multilayer film.
Was. The film formation conditions are as follows: ultimate pressure 1.7 × 10-7Torr, during film formation
Pressure 1.4 × 10-FourTorr, substrate temperature about 10 ° C, each
Material is deposited at a deposition rate of 0.2-0.3Å / sec during deposition.
Apply a magnetic field in the plane of the substrate and in the direction parallel to the measurement current.
Film formation by ion beam sputtering. That
Later, 10 -FiveIn a vacuum of Torr, a plane perpendicular to the direction of the measured current
Cool from 150 ° C while applying a magnetic field of 200 Oe inward
Instead, the pinning effect of the ferromagnetic layer was induced. Other articles
A MR head was manufactured in the same manner as in Example 3 above.
Epitaxial growth on NiFe-FeMn-NiFe
Bonding was confirmed.

【0169】作製したMRヘッドの構造は図5に示すと
おりである。外部磁場を±20Oe、50Hz の範囲で変
化させたときの出力電圧の変化を図15に示す。本発明
による人工格子磁性多層膜を用いたMRヘッドにおいて
は3.0mVの出力電圧を得た。実施例3と比較して、電
極間での抵抗値は約30%小さくなっていた。これは磁
性多層膜の比抵抗が小さくなったためである。MRヘッ
ドの動作としては比抵抗が小さい方が測定電流による発
熱を押さえることができるので都合がよい。
The structure of the manufactured MR head is as shown in FIG. FIG. 15 shows a change in the output voltage when the external magnetic field is changed in the range of ± 20 Oe and 50 Hz. In the MR head using the artificial lattice magnetic multilayer film according to the present invention, an output voltage of 3.0 mV was obtained. As compared with Example 3, the resistance between the electrodes was reduced by about 30%. This is because the specific resistance of the magnetic multilayer film has decreased. As for the operation of the MR head, it is more convenient that the specific resistance is smaller because heat generated by the measurement current can be suppressed.

【0170】また、発熱による、MRヘッドの特性劣化
も押さえることができる。本発明のMRヘッドでは従来
例と比較しても3.8倍近くの効果が確認された。
Further, deterioration of the characteristics of the MR head due to heat generation can be suppressed. The effect of the MR head of the present invention was nearly 3.8 times that of the conventional example.

【0171】実施例5 さらに、図16では、本発明の磁気抵抗効果素子をヨー
ク型MRヘッドに応用した例が示される。ここでは、磁
束を導くヨーク600、600の一部に切り欠きを設
け、その間に磁気抵抗効果素子200が薄い絶縁膜40
0を介して形成されている。この磁気抵抗効果素子20
0には、ヨーク600、600で形成される磁路の方向
と平行または直角方向に電流を流すための電極(図示せ
ず)が形成されている。その結果、パーマロイを用いた
場合のMRヘッドより2倍の出力が確認された。本発明
の磁性多層膜では、0磁場での立ち上がり特性が良好で
あるので、通常用いられるシャント層やバイアス磁界印
加手段は設けなくてもよい。
Embodiment 5 FIG. 16 shows an example in which the magnetoresistive element of the present invention is applied to a yoke type MR head. Here, notches are provided in some of the yokes 600 for guiding the magnetic flux, and the magnetoresistive effect element 200 is provided between the notches.
0 is formed. This magnetoresistive element 20
At 0, an electrode (not shown) for flowing a current in a direction parallel or perpendicular to the direction of the magnetic path formed by the yokes 600, 600 is formed. As a result, an output twice as high as that of the MR head using Permalloy was confirmed. Since the magnetic multilayer film of the present invention has good rising characteristics at zero magnetic field, it is not necessary to provide a shunt layer and a bias magnetic field applying means which are generally used.

【0172】実施例6 図17には、本発明の磁気抵抗効果素子を用いて磁気変
換素子、例えばMRヘッドを構成するときの他の実施例
が示される。磁気抵抗効果素子200は高比抵抗フラッ
クスガイド層700,710と磁気的に接触して形成さ
れている。このフラッスガイド層は、磁性多層膜200
より3倍以上大きい比抵抗を持つ材料で構成されている
ので、磁性多層膜200に流れる測定電流は実質的にフ
ラックスガイド層700,710には流れることはな
い。一方、フラックスガイド層700と磁性多層膜20
0とは磁気的に接触しているので、信号磁界はフラック
スガイド層700に導かれ、その強度を失うことなく、
磁性多層膜200に到達する。符号600はもう一方の
異なるフラックスガイド層で、磁性多層膜200を通過
した磁束のリターンガイドの働きをする。このフラック
スガイド層600は磁気抵抗効果素子200、及び高比
抵抗フラックスガイド層700,710対し、両側に設
けられても良い。また、符号710と符号600のガイ
ド層が媒体に対して遠い端部で接触されていても良い。
このとき、パーマロイを用いた場合のMRヘッドより3
倍の出力が確認された。なお、図中、符号400は、非
磁性絶縁層である。
Embodiment 6 FIG. 17 shows another embodiment when a magnetic transducer, for example, an MR head is formed using the magnetoresistive element of the present invention. The magnetoresistive element 200 is formed in magnetic contact with the high specific resistance flux guide layers 700 and 710. This flash guide layer is formed of the magnetic multilayer film 200.
Since it is made of a material having a specific resistance three times or more larger than that of the magnetic multilayer film 200, the measurement current flowing through the magnetic multilayer film 200 does not substantially flow through the flux guide layers 700 and 710. On the other hand, the flux guide layer 700 and the magnetic multilayer film 20
Since it is magnetically in contact with 0, the signal magnetic field is guided to the flux guide layer 700, and without losing its strength,
The magnetic layer 200 is reached. Reference numeral 600 denotes another flux guide layer, which functions as a return guide for the magnetic flux passing through the magnetic multilayer film 200. The flux guide layer 600 may be provided on both sides of the magnetoresistive effect element 200 and the high specific resistance flux guide layers 700 and 710. Further, the guide layers denoted by reference numerals 710 and 600 may be in contact with each other at an end remote from the medium.
At this time, the MR head using permalloy is 3
Double output was confirmed. In the drawing, reference numeral 400 denotes a non-magnetic insulating layer.

【0173】[0173]

【発明の効果】以上説明してきたように、磁性多層膜1
を有する磁気抵抗効果素子に関する第1の発明によれ
ば、MR傾きが0.3%/Oe以上の抵抗変化率をもつ磁
気抵抗効果素子が得られる。しかも、0 磁場でのMR曲
線の立ち上がり特性はきわめて良好であり、加えて高い
耐熱性をも示す。また、磁性多層膜2を有する磁気抵抗
効果素子に関する第2の発明によれば、さらに加えて1
MHz の高周波におけるMR傾きが0.3%/Oe以上の高
い値を示し、比抵抗が小さく、またこものは10-7Torr以
下の圧力であれば350℃前後の熱処理によっても特性
の劣化は生じない。磁性多層膜1を有する磁気抵抗効果
素子を用いた磁気変換素子、例えばMRヘッドでは従来
材料に比較して3倍近い大きい出力電圧を得ることがで
きる。さらに磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子を
用いた磁気変換素子、例えばMRヘッドでは、高周波領
域でのMR傾きが0.3%/Oe以上の高い値を示し、比
抵抗が小さく、測定電流による発熱量を小さく、3.8
倍の出力電圧とすることができる。したがって信頼性の
極めて高い、1Gbit/ inch2 を越えるような超高密度磁
気記録の読み出しを可能にするすぐれたMRヘッドを提
供することができる。
As described above, the magnetic multilayer 1
According to the first aspect of the present invention relating to the magnetoresistive element having the above, a magnetoresistive element having an MR gradient of 0.3% / Oe or more is obtained. In addition, the rising characteristics of the MR curve at zero magnetic field are extremely good, and also exhibit high heat resistance. According to the second aspect of the invention relating to the magnetoresistive effect element having the magnetic multilayer film 2, furthermore,
The MR slope at a high frequency of MHz shows a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, and the property is not deteriorated by heat treatment around 350 ° C. at a pressure of 10 -7 Torr or less. Does not occur. In a magnetic transducer using a magnetoresistive element having the magnetic multilayer film 1, for example, an MR head, an output voltage nearly three times as large as that of a conventional material can be obtained. Further, in a magnetic transducer using a magnetoresistive element having the magnetic multilayer film 2, for example, an MR head, the MR gradient in a high frequency region shows a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, and the 3.8
The output voltage can be doubled. Therefore, it is possible to provide an excellent MR head which is extremely reliable and enables reading of ultra-high density magnetic recording exceeding 1 Gbit / inch 2 .

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

【図1】図1は、第1の発明の磁気抵抗効果素子の断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive element according to a first invention.

【図2】図2は、本発明の作用を説明するための磁気抵
抗効果素子、特に磁性多層膜の構造の模式図である。
FIG. 2 is a schematic view of the structure of a magnetoresistive element, particularly a magnetic multilayer film, for explaining the operation of the present invention.

【図3】図3は、本発明の作用を説明するための磁化曲
線とMR曲線の模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a magnetization curve and an MR curve for explaining the operation of the present invention.

【図4】図4は、第2の発明の磁気抵抗効果素子の断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view of a magnetoresistive element according to a second invention.

【図5】図5は、本発明の磁気変換素子の1例を示す一
部省略断面図である。
FIG. 5 is a partially omitted cross-sectional view showing one example of the magnetic transducer of the present invention.

【図6】図6は、本発明の磁気変換素子の磁気抵抗効果
素子(磁性多層膜)と電極部の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) and an electrode section of the magnetic transducer of the present invention.

【図7】図7は、本発明の磁気変換素子の磁気抵抗効果
素子(磁性多層膜)と電極部の構造の他の例を示す断面
図である。
FIG. 7 is a sectional view showing another example of the structure of the magnetoresistive element (magnetic multilayer film) and the electrode section of the magnetic transducer of the present invention.

【図8】図8は、第1の発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)の直流磁場でのMR曲線の例である。
FIG. 8 is an example of an MR curve of a magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) according to the first invention in a DC magnetic field.

【図9】図9(A),(B)は、それぞれ、第2の発明
の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の直流磁場での磁化
曲線とMR曲線を示すグラフである。
FIGS. 9A and 9B are graphs showing a magnetization curve and a MR curve of a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) according to the second invention in a DC magnetic field, respectively.

【図10】図10(A),(C)は、それぞれ第1の発
明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の成膜直後と熱処
理後の磁化曲線示すグラフであり、図10(B),
(D)は、それぞれ、第1の発明の磁気抵抗効果素子
(磁性多層膜)の成膜直後と熱処理後のMR曲線を示す
グラフである。
FIGS. 10A and 10C are graphs showing magnetization curves immediately after the film formation and after the heat treatment, respectively, of the magnetoresistive element (magnetic multilayer film) of the first invention, and FIG. ,
(D) is a graph showing the MR curves immediately after the formation of the magnetoresistive element (magnetic multilayer film) of the first invention and after the heat treatment, respectively.

【図11】図11(A),(C)は、それぞれ第2の発
明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の成膜直後と熱処
理後の磁化曲線示すグラフであり、図11(B),
(D)は、それぞれ、第2の発明の磁気抵抗効果素子
(磁性多層膜)の成膜直後と熱処理後のMR曲線を示す
グラフである。
FIGS. 11A and 11C are graphs showing magnetization curves of a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) according to the second invention immediately after film formation and after a heat treatment, respectively. ,
(D) is a graph showing an MR curve immediately after the formation of the magnetoresistive element (magnetic multilayer film) of the second invention and after the heat treatment, respectively.

【図12】図12(A),(B)は、それぞれ第2の発
明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の成膜直後と熱処
理後のX線回折パターンを示すグラフである。
FIGS. 12A and 12B are graphs showing X-ray diffraction patterns immediately after the formation of a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) and after a heat treatment, respectively, of the second invention.

【図13】図13は、第2の発明の磁気抵抗効果素子
(磁性多層膜)と比較例とを、250℃から450℃の
様々な圧力下で熱処理したときの圧力とMR傾きとの関
係を示すグラフである。
FIG. 13 shows the relationship between the MR gradient and the pressure when the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the second invention and the comparative example are heat-treated under various pressures of 250 ° C. to 450 ° C. FIG.

【図14】図14は、第1の発明の磁気変換素子(MR
ヘッド)の印加磁場と出力電圧を示すチャートである。
FIG. 14 is a magnetic transducer (MR) according to the first invention;
4 is a chart showing an applied magnetic field and an output voltage of a (head).

【図15】図15は、第2の発明の磁気変換素子(MR
ヘッド)の印加磁場と出力電圧を示すチャートである。
FIG. 15 is a magnetic transducer (MR) according to a second invention;
4 is a chart showing an applied magnetic field and an output voltage of a (head).

【図16】図16は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)をヨーク型MRヘッドに応用した1例を示す一
部省略断面図である。
FIG. 16 is a partially omitted cross-sectional view showing an example in which the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention is applied to a yoke type MR head.

【図17】図17は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)をフラックスガイド型MRヘッドに応用した1
例を示す一部省略断面図である。
FIG. 17 is a diagram in which the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention is applied to a flux guide type MR head 1
It is a partially-omitted sectional view showing an example.

【図18】図18は、比較サンプル5−1のMR曲線を
示したものである。
FIG. 18 shows an MR curve of Comparative Sample 5-1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁性多層膜 2…磁性多層膜 3…磁気抵抗効果素子 5…基盤 7…磁性多層ユニット 10…金属下地層 20…軟磁性層 30…非磁性金属層 40…強磁性層 50…ピン止め層 60…強磁性層とピン止め層との界面 80…保護層 90…記録媒体 93…記録面 150…磁気抵抗効果型ヘッド 200…磁気抵抗効果素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic multilayer film 2 ... Magnetic multilayer film 3 ... Magnetoresistive element 5 ... Base 7 ... Magnetic multilayer unit 10 ... Metal underlayer 20 ... Soft magnetic layer 30 ... Non-magnetic metal layer 40 ... Ferromagnetic layer 50 ... Pinning layer Reference Signs List 60: Interface between ferromagnetic layer and pinning layer 80: Protective layer 90: Recording medium 93: Recording surface 150: Magnetoresistance effect type head 200: Magnetoresistance effect element

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 43/10 G01R 33/06 R (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 5/39 G01R 33/09 H01F 10/28 H01F 10/30 H01L 43/08 H01L 43/10 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 43/10 G01R 33/06 R (58) Investigation field (Int.Cl. 7 , DB name) G11B 5/39 G01R 33/09 H01F 10 / 28 H01F 10/30 H01L 43/08 H01L 43/10

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極部
とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層と、非磁性金属
層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の
他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化
の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成された
ピン止め層とを有するスピンバルブの磁性多層膜を備え
ており、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、Co t
u M’ q r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、
0.01≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.0
5<r≦0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なく
とも1種以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nb
から選ばれた少なくとも1種以上を表す)で表される組
成であり、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気変換素子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
A magnetic transducer including a magnetoresistive element, a conductive film, and an electrode, wherein the conductive film is electrically connected to the magnetoresistive element via the electrode; The magnetoresistive element includes a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the nonmagnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the nonmagnetic metal layer, And a pinned layer formed on the ferromagnetic layer to pin the direction of magnetization of the spin valve , wherein the ferromagnetic layer comprises (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (However,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer is composed of Co t M
u M 'q B r (however, 0.6 ≦ t ≦ 0.95 in atomic,
0.01 ≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.0
5 <r ≦ 0.3; M is at least one selected from Fe and Ni
And M ′ is Zr, Si, Mo, Nb
Represented by at least one selected from the group consisting of:
Where the specific resistance of the pinned layer is ρ p and the specific resistance of the ferromagnetic layer is
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Satisfies the following expression (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
【請求項2】 磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極部
とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層と、非磁性金属
層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の
他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化
の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成された
ピン止め層とを有するスピンバルブの磁性多層膜を備え
ており、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、(Ni x
Fe 1-x y Co 1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1 .0である)で表される組成であ
り、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気変換素子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
2. A magnetic transducer including a magnetoresistive element, a conductive film, and an electrode, wherein the conductive film is electrically connected to the magnetoresistive element via the electrode. The magnetoresistive element includes a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the nonmagnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the nonmagnetic metal layer, And a pinned layer formed on the ferromagnetic layer to pin the direction of magnetization of the spin valve , wherein the ferromagnetic layer comprises (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (However,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer has a composition represented by (Ni x
Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1 . 0).
Ri, the specific resistance [rho p of the pinned layer, the resistivity of the ferromagnetic layer
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Satisfies the following expression (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
【請求項3】 前記非磁性金属層は、Au、Ag、およ
びCuの中から選ばれた少なくとも1種を含む材料から
なる請求項1または請求項2に記載の磁気変換素子。
3. The magnetic transducer according to claim 1, wherein the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.
【請求項4】 前記磁気抵抗効果素子は、1MHzでの
高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗変化の傾き
が、0.2%/Oe以上である請求項1ないし請求項3
のいずれかに記載の磁気変換素子。
4. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein a gradient of a magnetoresistance change in a 6 Oe width in a high-frequency magnetic field at 1 MHz is 0.2% / Oe or more.
The magnetic transducer according to any one of the above.
【請求項5】 磁気変換素子が磁気抵抗効果型ヘッドで
ある請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の磁気変
換素子。
5. The magnetic transducer according to claim 1, wherein the magnetic transducer is a magnetoresistive head.
【請求項6】 前記磁気抵抗効果素子の両端部は、その
端部全体が電極部と接触する状態で接合されている請求
項5に記載の磁気変換素子。
6. The magnetic conversion element according to claim 5, wherein both ends of the magnetoresistive element are joined so that the entire end thereof is in contact with the electrode.
【請求項7】 磁気抵抗効果素子の両端部に形成された
電極部との間に、さらに、連結用軟磁性層を有し、この
連結用軟磁性層と磁気抵抗効果素子の端部の全体が接触
する状態で接続されている請求項6に記載の磁気変換素
子。
7. A connecting soft magnetic layer is further provided between electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive element, and the entirety of the connecting soft magnetic layer and the end of the magnetoresistive element is provided. 7. The magnetic transducer according to claim 6, wherein the magnetic transducers are connected in contact with each other.
【請求項8】 前記連結用軟磁性層は、磁気抵抗効果素
子と、この磁気抵抗効果素子の両端部に形成された電極
部との間、および前記電極部の下面にも接触するように
連続して形成されている請求項7に記載の磁気変換素
子。
8. The connecting soft magnetic layer is continuous between the magnetoresistive element and the electrodes formed at both ends of the magnetoresistive element, and also in contact with the lower surface of the electrode. 8. The magnetic transducer according to claim 7, wherein the magnetic transducer is formed as follows.
【請求項9】 磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極部
とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、隣接する強磁性層の磁化の向
きをピン止めするためのピン止め層と、このピン止め層
の両側にそれぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層
および一対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユ
ニットを有するスピンバルブの磁性多層膜を備えてお
り、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、Co t
u M’ q r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、
0.01≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.0
5<r≦0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なく
とも1種以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nb
から選ばれた少なくとも1種以上を表す)で表される組
成であり、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし 、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気変換素子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
9. A magnetic transducer including a magnetoresistive element, a conductor film, and an electrode, wherein the conductor film is electrically connected to the magnetoresistive element through the electrode. The magnetoresistive element has a pinning layer for pinning the magnetization direction of an adjacent ferromagnetic layer, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of nonmagnetic metal layers, and a pair of soft layers on both sides of the pinning layer. A magnetic multilayer film of a spin valve having a magnetic multilayer film unit in which magnetic layers are sequentially arranged, wherein the ferromagnetic layer includes (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer is composed of Co t M
u M 'q B r (however, 0.6 ≦ t ≦ 0.95 in atomic,
0.01 ≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.0
5 <r ≦ 0.3; M is at least one selected from Fe and Ni
And M ′ is Zr, Si, Mo, Nb
Represented by at least one selected from the group consisting of:
Where the specific resistance of the pinned layer is ρ p and the specific resistance of the ferromagnetic layer is
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Satisfies the following formula (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
【請求項10】 磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極
部とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、隣接する強磁性層の磁化の向
きをピン止めするためのピン止め層と、このピン止め層
の両側にそれぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層
および一対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユ
ニットを有するスピンバルブの磁性多層膜を備えてお
り、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、(Ni x
Fe 1-x y Co 1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1.0である)で表される組成であ
り、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし、 前記強磁性層と
ピン止め層とは、エピタキシャル成長により接合されて
いることを特徴とする磁気変換素子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
10. A magnetic transducer including a magnetoresistive element, a conductive film, and an electrode, wherein the conductive film is electrically connected to the magnetoresistive element through the electrode. The magnetoresistive element has a pinning layer for pinning the magnetization direction of an adjacent ferromagnetic layer, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of nonmagnetic metal layers, and a pair of soft layers on both sides of the pinning layer. A magnetic multilayer film of a spin valve having a magnetic multilayer film unit in which magnetic layers are sequentially arranged, wherein the ferromagnetic layer includes (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer has a composition represented by (Ni x
Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0).
Ri, the specific resistance [rho p of the pinned layer, the resistivity of the ferromagnetic layer
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Satisfies the following expression (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
【請求項11】 前記非磁性金属層は、Au、Ag、お
よびCuの中から選ばれた少なくとも1種を含む材料か
らなる請求項9または請求項10に記載の磁気変換素
子。
11. The magnetic transducer according to claim 9, wherein the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.
【請求項12】 前記磁気抵抗効果素子は、1MHzで
の高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗変化の傾き
が、0.2%/Oe以上である請求項9ないし請求項1
1のいずれかに記載の磁気変換素子。
12. The magnetoresistance effect element according to claim 9, wherein a gradient of a magnetoresistance change in a 6 Oe width in a high-frequency magnetic field at 1 MHz is 0.2% / Oe or more.
2. The magnetic transducer according to claim 1.
【請求項13】 磁気変換素子が磁気抵抗効果型ヘッド
である請求項9ないし請求項12のいずれかに記載の磁
気変換素子。
13. The magnetic transducer according to claim 9, wherein the magnetic transducer is a magnetoresistive head.
【請求項14】 前記磁気抵抗効果素子の両端部は、そ
の端部全体が電極部と接触する状態で接合されている請
求項13に記載の磁気変換素子。
14. The magnetic transducer according to claim 13, wherein both ends of the magnetoresistive element are joined in such a manner that the entire end is in contact with the electrode.
【請求項15】 磁気抵抗効果素子の両端部に形成され
た電極部との間に、さらに、連結用軟磁性層を有し、こ
の連結用軟磁性層と磁気抵抗効果素子の端部の全体が接
触する状態で接続されている請求項14に記載の磁気変
換素子。
15. A connecting soft magnetic layer is further provided between electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and the entirety of the connecting soft magnetic layer and the end of the magnetoresistive effect element. The magnetic transducer according to claim 14, wherein the magnetic transducers are connected in contact with each other.
【請求項16】 前記連結用軟磁性層は、磁気抵抗効果
素子と、この磁気抵抗効果素子の両端部に形成された電
極部との間、および前記電極部の下面にも接触するよう
に連続して形成されている請求項15に記載の磁気変換
素子。
16. The connecting soft magnetic layer is continuous between the magnetoresistive element and electrodes formed at both ends of the magnetoresistive element, and also in contact with the lower surface of the electrode. 16. The magnetic transducer according to claim 15, wherein the magnetic transducer is formed as follows.
【請求項17】 非磁性金属層と、非磁性金属層の一方
の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面
に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きを
ピン止めするために強磁性層の上に形成されたピン止め
層とを有するスピンバルブの磁性多層膜を備えてなる磁
気抵抗効果素子であって、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、Co t
u M’ q r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、
0.01≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.0
5<r≦0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なく
とも1種以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nb
から選ばれた少なくとも1種以上を表す)で表される組
成であり、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
17. A non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, A magnetoresistive element comprising a magnetic multilayer film of a spin valve having a pinning layer formed on a ferromagnetic layer to pin the direction of magnetization, wherein the ferromagnetic layer comprises (Co) z Ni 1-z ) w Fe 1-w (However,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer is composed of Co t M
u M 'q B r (however, 0.6 ≦ t ≦ 0.95 in atomic,
0.01 ≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.0
5 <r ≦ 0.3; M is at least one selected from Fe and Ni
And M ′ is Zr, Si, Mo, Nb
Represented by at least one selected from the group consisting of:
Where the specific resistance of the pinned layer is ρ p and the specific resistance of the ferromagnetic layer is
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Wherein the specific resistance relationship satisfies the following expression (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
【請求項18】 非磁性金属層と、非磁性金属層の一方
の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面
に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きを
ピン止めするために強磁性層の上に形成されたピン止め
層とを有するスピンバルブの磁性多層膜を備えてなる磁
気抵抗効果素子であって、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、(Ni x
Fe 1-x y Co 1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1.0である)で表される組成であ
り、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
18. A non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, A magnetoresistive element comprising a magnetic multilayer film of a spin valve having a pinning layer formed on a ferromagnetic layer to pin the direction of magnetization, wherein the ferromagnetic layer comprises (Co) z Ni 1-z ) w Fe 1-w (However,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer has a composition represented by (Ni x
Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0).
Ri, the specific resistance [rho p of the pinned layer, the resistivity of the ferromagnetic layer
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Wherein the specific resistance relationship satisfies the following expression (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
【請求項19】 隣接する強磁性層の磁化の向きをピン
止めするためのピン止め層と、このピン止め層の両側に
それぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層および一
対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユニットと
を有するスピンバルブの磁性多層膜を備えてなる磁気抵
抗効果素子であって、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、Co t
u M’ q r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、
0.01≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.0
5<r≦0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なく
とも1種以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nb
から選ばれた少なくとも1種以上を表す)で表される組
成であり、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
19. A pinning layer for pinning the direction of magnetization of an adjacent ferromagnetic layer, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of non-magnetic metal layers, and a pair of soft magnetic layers on both sides of the pinning layer. A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multilayer film of a spin valve having a magnetic multilayer unit in which layers are sequentially arranged, wherein the ferromagnetic layer comprises (Co z Ni 1 -z ) w Fe 1- w (however,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer is composed of Co t M
u M 'q B r (however, 0.6 ≦ t ≦ 0.95 in atomic,
0.01 ≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.0
5 <r ≦ 0.3; M is at least one selected from Fe and Ni
And M ′ is Zr, Si, Mo, Nb
Represented by at least one selected from the group consisting of:
Where the specific resistance of the pinned layer is ρ p and the specific resistance of the ferromagnetic layer is
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Wherein the specific resistance relationship satisfies the following expression (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
【請求項20】 隣接する強磁性層の磁化の向きをピン
止めするためのピン止め層と、このピン止め層の両側に
それぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層および一
対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユニットと
を有するスピンバルブの磁性多層膜を備えてなる磁気抵
抗効果素子であって、前記強磁性層は、(Co z Ni 1-z w Fe 1-w (ただし、
重量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0であ
る)で表される組成であり、前記軟磁性層は、(Ni x
Fe 1-x y Co 1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1.0である)で表される組成であ
り、 前記ピン止め層の比抵抗をρ p 、前記強磁性層の比抵抗
をρ f 、前記軟磁性層の比抵抗をρ s とした場合、これら
の比抵抗関係が下記式(1)を満たし、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 3((ρf+ρs)/2)<ρp<30((ρf+ρs)/2)…式(1)
20. A pinning layer for pinning the direction of magnetization of an adjacent ferromagnetic layer, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of nonmagnetic metal layers, and a pair of soft magnetic layers on both sides of the pinning layer. A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multilayer film of a spin valve having a magnetic multilayer unit in which layers are sequentially arranged, wherein the ferromagnetic layer comprises (Co z Ni 1 -z ) w Fe 1- w (however,
0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0 by weight
The soft magnetic layer has a composition represented by (Ni x
Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0).
Ri, the specific resistance [rho p of the pinned layer, the resistivity of the ferromagnetic layer
Ρ f and the specific resistance of the soft magnetic layer as ρ s ,
Wherein the specific resistance relationship satisfies the following expression (1), and the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s) / 2) ... formula (1)
JP19424695A 1994-07-06 1995-07-06 Magnetoresistive element and magnetic transducer Expired - Fee Related JP3153739B2 (en)

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