JP3212568B2 - Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head equipped with the spin-valve thin-film element - Google Patents

Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head equipped with the spin-valve thin-film element

Info

Publication number
JP3212568B2
JP3212568B2 JP01911799A JP1911799A JP3212568B2 JP 3212568 B2 JP3212568 B2 JP 3212568B2 JP 01911799 A JP01911799 A JP 01911799A JP 1911799 A JP1911799 A JP 1911799A JP 3212568 B2 JP3212568 B2 JP 3212568B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
magnetic layer
magnetic
spin
fixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP01911799A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000215420A (en
Inventor
文人 小池
正路 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=11990542&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3212568(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP01911799A priority Critical patent/JP3212568B2/en
Priority to KR1020000002852A priority patent/KR100360036B1/en
Publication of JP2000215420A publication Critical patent/JP2000215420A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3212568B2 publication Critical patent/JP3212568B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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、固定磁性層の固定
磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化
の方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄
素子とそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気
ヘッドに関し、とくに、アニールを施すことにより反強
磁性が示されるとともに比抵抗が増大されたものであ
り、耐久性、耐熱性に優れ、交換結合磁界が大きく、良
好な抵抗変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子とその
スピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin-valve type thin-film element in which the electric resistance changes according to the relationship between the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer affected by an external magnetic field, and the spin valve. A thin film magnetic head with a thin film element, which exhibits antiferromagnetism and increased specific resistance by annealing, has excellent durability and heat resistance, and has a large exchange coupling magnetic field. The present invention relates to a spin-valve thin-film element having a high resistance change rate and a thin-film magnetic head including the spin-valve thin-film element.

【0002】[0002]

【従来の技術】図16は、従来の薄膜磁気ヘッドの一例
を示す斜視図である。この薄膜磁気ヘッドは、ハードデ
ィスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のも
のである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ251は、図
16において符号235で示す側がディスク面の移動方
向の上流側に向くリーディング側で、符号236で示す
側がトレーリング側である。このスライダ251のディ
スクに対向する面では、レール状のABS面(エアーベ
アリング面:レール部の浮上面)251a、251a、
251bと、エアーグルーブ251c、251cとが形
成されている。そして、このスライダ251のトレーリ
ング側の端面251dには、薄膜磁気素子250が設け
られている。
FIG. 16 is a perspective view showing an example of a conventional thin film magnetic head. This thin-film magnetic head is of a floating type mounted on a magnetic recording medium such as a hard disk device. In the slider 251 of this thin-film magnetic head, the side indicated by reference numeral 235 in FIG. 16 is the leading side facing the upstream side in the moving direction of the disk surface, and the side indicated by reference numeral 236 is the trailing side. On the surface of the slider 251 facing the disk, rail-like ABS surfaces (air bearing surfaces: floating surfaces of rail portions) 251a, 251a,
251b and air grooves 251c, 251c are formed. A thin-film magnetic element 250 is provided on an end surface 251d of the slider 251 on the trailing side.

【0003】この例で示す薄膜磁気ヘッドの薄膜磁気素
子250は、図17および図18に示す構造の複合型磁
気ヘッドであり、スライダ251のトレーリング側端面
251d上に、MRヘッド(読出ヘッド)h1と、イン
ダクティブヘッド(書込ヘッド)h2とが順に積層され
て構成されている。
The thin-film magnetic element 250 of the thin-film magnetic head shown in this example is a composite magnetic head having a structure shown in FIGS. 17 and 18, and an MR head (read head) h1 and an inductive head (write head) h2 are sequentially stacked.

【0004】この例のMRヘッドh1は、基板を兼ねる
スライダ251のトレーリング側端部に形成された磁性
合金からなる下部シールド層253上に、下部ギャップ
層254が設けられている。そして、下部ギャップ層2
54上には、磁気抵抗効果素子層245が積層されてい
る。この磁気抵抗効果素子層245上には、上部ギャッ
プ層256が形成され、その上に上部シールド層257
が形成されている。この上部シールド層257は、その
上に設けられるインダクティブヘッドh2の下部コア層
と兼用にされている。このMRヘッドh1は、ハードデ
ィスクドライブのディスクなどの磁気記録媒体からの微
小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層245
の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録
媒体の記録内容を読み取るものである。
In the MR head h1 of this example, a lower gap layer 254 is provided on a lower shield layer 253 made of a magnetic alloy and formed at a trailing end of a slider 251 also serving as a substrate. And the lower gap layer 2
A magnetoresistive element layer 245 is stacked on the layer 54. An upper gap layer 256 is formed on the magnetoresistive element layer 245, and an upper shield layer 257 is formed thereon.
Are formed. The upper shield layer 257 is also used as a lower core layer of the inductive head h2 provided thereon. The MR head h1 determines whether or not there is a small leakage magnetic field from a magnetic recording medium such as a disk of a hard disk drive.
Is read, and the recorded content of the recording medium is read by reading the resistance change.

【0005】また、インダクティブヘッドh2は、下部
コア層257の上に、ギャップ層264が形成され、そ
の上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコ
イル層266が形成されている。前記コイル層266
は、第1の絶縁材料層267Aおよび第2の絶縁材料層
267Bに囲まれている。第2絶縁材料層267Bの上
に形成された上部コア層268は、ABS面251bに
て、その磁極端部268aを下部コア層257に、磁気
ギャップGの厚みをあけて対向させ、図17および図1
8に示すように、その基端部268bを下部コア層25
7と磁気的に接続させて設けられている。また、上部コ
ア層268の上には、アルミナなどからなる保護層26
9が設けられている。
In the inductive head h2, a gap layer 264 is formed on a lower core layer 257, and a coil layer 266 patterned so as to be spiral in a plane is formed thereon. The coil layer 266
Are surrounded by a first insulating material layer 267A and a second insulating material layer 267B. The upper core layer 268 formed on the second insulating material layer 267B has its magnetic pole tip 268a opposed to the lower core layer 257 on the ABS 251b with a magnetic gap G in between, as shown in FIG. FIG.
As shown in FIG. 8, the base end 268b is connected to the lower core layer 25.
7 is provided so as to be magnetically connected. On the upper core layer 268, a protective layer 26 made of alumina or the like is provided.
9 are provided.

【0006】このようなインダクティブヘッドh2で
は、コイル層266に記録電流が与えられ、コイル層2
66からコア層に記録電流が与えられる。そして、前記
インダクティブヘッドh2は、磁気ギャップGの部分で
の下部コア層257と上部コア層268の先端部からの
漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に
磁気信号を記録するものである。
In such an inductive head h2, a recording current is applied to the coil layer 266,
From 66, a recording current is applied to the core layer. The inductive head h2 records a magnetic signal on a magnetic recording medium such as a hard disk by a leakage magnetic field from the tip of the lower core layer 257 and the upper core layer 268 at the magnetic gap G.

【0007】前記MRヘッドh1に設けられている磁気
抵抗効果素子層245には、巨大磁気抵抗効果を示すG
MR(Giant Magnetoresistiv
e)素子などが備えられている。このGMR素子は、磁
気抵抗効果を示す複数の材料を組み合わせて形成された
多層構造のものである。巨大磁気抵抗効果を生み出す構
造には、いくつかの種類がある。その中で比較的構造が
単純で、外部磁界に対して抵抗変化率の高いものとして
スピンバルブ方式がある。スピンバルブ方式には、シン
グルスピンバルブ方式とデュアルスピンバルブ方式とが
ある。
The magnetoresistance effect element layer 245 provided on the MR head h1 has a G layer having a giant magnetoresistance effect.
MR (Giant Magnetoresistiv)
e) Elements and the like are provided. This GMR element has a multilayer structure formed by combining a plurality of materials exhibiting a magnetoresistance effect. There are several types of structures that produce the giant magnetoresistance effect. Among them, a spin-valve system having a relatively simple structure and a high rate of change in resistance to an external magnetic field is known. The spin valve system includes a single spin valve system and a dual spin valve system.

【0008】図1は、スピンバルブ型薄膜素子の一例を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。図1に示すスピンバルブ型薄膜素子は、反強
磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が一
層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピン
バルブ型薄膜素子である。図1において符号1は、例え
ばTa(タンタル)などで形成された下地層を示してい
る。この下地層1の上には、反強磁性層2が形成され、
さらに前記反強磁性層2の上には、固定磁性層3が形成
されている。前記固定磁性層3は、前記反強磁性層2に
接して形成されることにより、前記固定磁性層3と反強
磁性層2との界面にて交換結合磁界(交換異方性磁界)
が発生し、前記固定磁性層3の磁化は、例えば、図示Y
方向に固定される。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an example of a spin-valve thin film element when viewed from the side facing a recording medium. The spin-valve thin-film element shown in FIG. 1 is a so-called bottom-type single spin-valve thin-film element in which an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed one by one. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an underlayer formed of, for example, Ta (tantalum). An antiferromagnetic layer 2 is formed on the underlayer 1,
Further, on the antiferromagnetic layer 2, a fixed magnetic layer 3 is formed. The fixed magnetic layer 3 is formed in contact with the antiferromagnetic layer 2 so that an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is generated at an interface between the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2.
Is generated, and the magnetization of the fixed magnetic layer 3 is, for example,
Fixed in the direction.

【0009】前記固定磁性層3の上には、Cuなどで形
成された非磁性導電層4が形成され、さらに前記非磁性
導電層4の上には、フリー磁性層5が形成されている。
前記フリー磁性層5の両側には、例えば、Co一Pt
(コバルトー白金)合金で形成されたハードバイアス層
6,6が形成されている。前記ハードバイアス層6,6
が図示X1方向と反対方向に磁化されていることで、前
記フリー磁性層5の磁化が図示X1方向と反対方向に揃
えられている。これにより、前記フリー磁性層5の変動
磁化と前記固定磁性層3の固定磁化とが交差する関係と
なっている。なお、符号7は、Taなどで形成された保
護層を、符号8は、Cuなどで形成された導電層を示し
ている。
A nonmagnetic conductive layer 4 made of Cu or the like is formed on the fixed magnetic layer 3, and a free magnetic layer 5 is formed on the nonmagnetic conductive layer 4.
On both sides of the free magnetic layer 5, for example, Co-Pt
Hard bias layers 6 and 6 made of (cobalt-platinum) alloy are formed. The hard bias layers 6, 6
Are magnetized in the direction opposite to the X1 direction in the drawing, so that the magnetization of the free magnetic layer 5 is aligned in the direction opposite to the X1 direction in the drawing. Thus, the variable magnetization of the free magnetic layer 5 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 3 intersect. Reference numeral 7 denotes a protective layer formed of Ta or the like, and reference numeral 8 denotes a conductive layer formed of Cu or the like.

【0010】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示X
1方向と反対方向に揃えられた前記フリー磁性層5の磁
化が変動すると、図示Y方向に固定された固定磁性層3
の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の
変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界
が検出される。
In this spin-valve type thin film element, a leakage magnetic field from a recording medium such as a hard disk causes
When the magnetization of the free magnetic layer 5 aligned in the direction opposite to the one direction fluctuates, the fixed magnetic layer 3 fixed in the Y direction in FIG.
The electrical resistance changes in relation to the magnetization of the recording medium, and a leakage magnetic field from the recording medium is detected by a voltage change based on the change in the electrical resistance value.

【0011】このようなスピンバルブ型薄膜素子として
は、シャントロスが少ないものほど優れている。すなわ
ち、スピンバルブ型薄膜素子に与えられる電流のうち、
固定磁性層3と非磁性導電層4との界面および非磁性導
電層4とフリー磁性層5との界面に流れる電流の割合が
多いものほど好ましい。したがって、他の部分の比抵抗
が大きいことが望ましい。
As such a spin-valve thin film element, the one with less shunt loss is more excellent. That is, among the currents applied to the spin-valve thin film element,
The larger the ratio of the current flowing to the interface between the pinned magnetic layer 3 and the nonmagnetic conductive layer 4 and the interface between the nonmagnetic conductive layer 4 and the free magnetic layer 5, the more preferable. Therefore, it is desirable that the other parts have high specific resistance.

【0012】また、スピンバルブ型薄膜素子としては、
記録媒体からの洩れ磁界が与えられたときに、抵抗変化
率(△MR)が大きくなればなるほど、これを備えた薄
膜磁気ヘッドの特性は良好になるため、抵抗変化率の大
きいスピンバルブ型薄膜素子が求められている。
Further, as a spin-valve type thin film element,
When a magnetic field leaking from a recording medium is applied, the larger the rate of change in resistance (ΔMR), the better the characteristics of a thin-film magnetic head provided with the same. Devices are needed.

【0013】また、前記スピンバルブ型薄膜素子におい
ては、従来から、前記反強磁性層2として、FeMn合
金、NiO合金、IrMn合金などの反強磁性材料が使
用されている。
In the spin-valve thin film element, an antiferromagnetic material such as an FeMn alloy, a NiO alloy, and an IrMn alloy is conventionally used as the antiferromagnetic layer 2.

【0014】しかしながら、前記FeMn合金は、腐食
しやすく、水分を含む空気中にさらしておくと急速に錆
を発生するという欠点がある。また、FeMn合金やN
iO合金は、ブロッキング温度が約200℃以下であ
り、熱的安定性に欠けた材料であるという欠点がある。
とくに近年では、記録媒体の回転数、あるいは、導電層
8から流れるセンス電流量の増大などにより、装置内の
素子温度が例えば200℃以上と高温になる。このた
め、スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層2として、ブ
ロッキング温度の低い反強磁性材料を使用すると、前記
反強磁性層2と固定磁性層3との界面に発生する交換結
合磁界(交換異方性磁界)が小さくなってしまい、固定
磁性層3の磁化を適正に図示Y方向に固定することがで
きず、△MR(抵抗変化率)の低下を招く。このブロッ
キング温度は、反強磁性層2に使用される反強磁性材料
のみで決定されるために、スピンバルブ型薄膜素子の構
造を改良したとしても、前記ブロッキング温度そのもの
を上昇させることはできない。
However, the FeMn alloy has a disadvantage that it is easily corroded, and rust is rapidly generated when exposed to air containing water. In addition, FeMn alloys and N
The iO alloy has a drawback that the blocking temperature is about 200 ° C. or lower and the material lacks thermal stability.
In particular, in recent years, the element temperature in the apparatus becomes high, for example, 200 ° C. or more, due to an increase in the number of rotations of the recording medium or the amount of sense current flowing from the conductive layer 8. Therefore, when an antiferromagnetic material having a low blocking temperature is used as the antiferromagnetic layer 2 of the spin-valve thin film element, the exchange coupling magnetic field (exchange field) generated at the interface between the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3 The magnetization of the fixed magnetic layer 3 cannot be properly fixed in the Y direction in the drawing, resulting in a decrease in ΔMR (resistance change rate). Since the blocking temperature is determined only by the antiferromagnetic material used for the antiferromagnetic layer 2, even if the structure of the spin-valve thin film element is improved, the blocking temperature itself cannot be increased.

【0015】例えば、特開平9−16920号公報に
は、固定磁性層の構造を改良して、交換結合磁界を向上
させることができる発明について記載されている。しか
し、この発明では、反強磁性層としてNiOを使用して
いるため、ブロッキング温度は200度程度であり、た
とえ室温程度のときの交換結合磁界を大きくできたとし
ても、装置内温度が200度近く、あるいは、それ以上
の温度になると、記録媒体走行中でのスピンバルブ型薄
膜素子の交換結合磁界が小さくなり、あるいは、0にな
り、△MRを得ることが全くできなくなる。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-16920 describes an invention capable of improving the exchange coupling magnetic field by improving the structure of the fixed magnetic layer. However, in the present invention, since NiO is used as the antiferromagnetic layer, the blocking temperature is about 200 degrees. If the temperature becomes close to or higher than that, the exchange coupling magnetic field of the spin-valve type thin film element during the running of the recording medium becomes small or becomes zero, so that ΔMR cannot be obtained at all.

【0016】また、IrMn合金は、十分な交換結合磁
界が得られないという問題がある。
Further, the IrMn alloy has a problem that a sufficient exchange coupling magnetic field cannot be obtained.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
鑑みてなされたもので、このような問題を解決し、反強
磁性層の材質を改良することにより、交換結合磁界を大
きくすることができ、ブロッキング温度が高く、耐久
性、耐熱性に優れ、比抵抗が大きく、良好な抵抗変化率
を有するスピンバルブ型薄膜素子を提供することを課題
としている。さらに、このスピンバルブ型薄膜素子を備
えた薄膜磁気ヘッドを提供することを課題としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to solve such a problem and improve the material of the antiferromagnetic layer to increase the exchange coupling magnetic field. It is an object of the present invention to provide a spin-valve thin-film element having a high blocking temperature, excellent durability and heat resistance, a large specific resistance, and a good resistance change rate.
And It is another object of the present invention to provide a thin-film magnetic head including the spin-valve thin-film element.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、下側反強磁性
層と、下側固定磁性層と、下側非磁性導電層と、フリー
磁性層と、上側非磁性導電層と、上側固定磁性層と、上
側反強磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を一定方
向に揃えるためのハードバイアス層と、前記下側固定磁
性層と下側非磁 性導電層とフリー磁性層と上側非磁性導
電層と上側固定磁性層に検出電流を与える導電層とを有
し、前記下側固定磁性層は前記下側反強磁性層との交換
結合により前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向
に磁化方向が固定され、前記上側固定磁性層は前記上側
反強磁性層との交換結合により前記フリー磁性層の磁化
方向と交差する方向に磁化方向が固定され、前記上側固
定磁性層と下側固定磁性層の各々は非磁性中間層を介し
て第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2つに分断さ
れて形成され、分断された第1の固定磁性層と第2の固
定磁性層で磁化方向が互いに反平行のフェリ磁性状態と
され、前記上側固定磁性層の第1の固定磁性層が上側の
反強磁性層に接して形成され、前記上側固定磁性層の第
2の固定磁性層が上側非磁性導電層に接して形成され、
前記下側固定磁性層の第1の固定磁性層が下側の反強磁
性層に接して形成され、前記下側固定磁性層の第2の固
定磁性層が下側非磁性導電層に接して形成され、前記上
側固定磁性層の第2の固定磁性層と下側固定磁性層の第
2の固定磁性層の磁化方向はともに同一方向であり、前
記上側及び下側の反強磁性層が、Pt−Mn合金により
形成されたものであり、アニールを施すことにより、反
強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたものであ
り、前記反強磁性層の比抵抗が200μΩ以上であるこ
とを特徴とするものである。上記構成の本発明のスピン
バルブ型薄膜素子において、前記上側固定磁性層の第1
の固定磁性層の磁気モーメント(飽和磁化Msと膜厚t
の積の値)と第2の固定磁性層の磁気モーメント(飽和
磁化Msと膜厚tの積の値)との合成磁気モーメント
と、前記下側固定磁性層の第1の固定磁性層の磁気モー
メント(飽和磁化Msと膜厚tの積の値)と第2の固定
磁性層の磁気モーメント(飽和磁化Msと膜厚tの積の
値)との合成磁気モーメントの方向とは互いに反平行で
あることが好ましい。 前記第1の固定磁性層/非磁性中
間層/第2の固定磁性層の部分に形成されるセンス電流
磁界の方向が、前記フリー磁性層の上下に形成された双
方の合成磁気モーメントの方向がともに同一方向となる
方向に前記センス電流が流されることが好ましい。
た、前記課題を解決するために、本発明のスピンバルブ
型薄膜素子は、下側反強磁性層と、下側固定磁性層と、
下側非磁性導電層と、フリー磁性層と、上側非磁性導電
層と、上側固定磁性層と、上側反強磁性層と、前記フリ
ー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるためのハードバ
イアス層と、前記下側固定磁性層と下側非磁性導電層と
フリー磁性層と上側非磁性導電層と上側固定磁性層に検
出電流を与える導電層とを有し、前記下側固定磁性層は
前記下側反強磁性層との交換結合により前記フリー磁性
層の磁化方向と交差する方向に磁化方向が固定され、前
記上側固定磁性層は前記上側反強磁性層との交換結合に
より前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向に磁化
方向が固定され、前記上側固定磁性層と下側固定磁性層
の各々は非磁性中間層を介して第1の固定磁性層と第2
の固定磁性層の2つに分断されて形成され、分断された
第1の固定磁性層と第2の固定磁性層で磁化方向が互い
に反平行のフェリ磁性状態とされ、前記上側固定磁性層
の第1の固定磁性層が上側の反強磁性層に接して形成さ
れ、前記上側固定磁性層の第2の固定磁性層が上側非磁
性導電層に接して形成され、前記下側固定磁性層の第1
の固定磁性層が下側の反強磁性層に接して形成され、前
記下側固定磁性層の第2の固定磁性層が下側非磁性導電
層に接して形成され、前記上側固定磁性層の第2の固定
磁性層と下側固定磁性層の第2の固定磁性層の磁化方向
は互いに反平行であり、前記フリー磁性層が非磁性中間
層を介して第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の
2つに分断されて形成され、分断された第1のフリー磁
性層と第2のフリー磁性層で磁化方向が互いに反平行の
フェリ磁性状態とされてなり、 前記上側及び下側の反強
磁性層が、Pt−Mn合金により形成されたものであ
り、アニールを施すことにより、反強磁性が示されると
ともに比抵抗が増加されたものであり、前記反強磁性層
の比抵抗が200μΩ以上であることを特徴とする。
記構成の本発明のスピンバルブ型薄膜素子において、前
記第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の磁気モー
メント(飽和磁化Msと膜厚tの積の値)の大きさが異
なるようにすることが好ましい。 また、上記のいずれか
の構成の本発明のスピンバルブ型薄膜素子において、前
記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の磁気モーメン
ト(飽和磁化Msと膜厚tの積の値)の大きさが異なる
ようにすることが好ましい。また、上記のいずれかの構
成の本発明のスピンバルブ型薄膜素子において、前記非
磁性中間層は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuの
うちl種あるいは2種以上の合金より形成されていても
よい。
In order to solve the above-mentioned problems, a spin-valve type thin film element according to the present invention comprises a lower antiferromagnetic element.
Layer, lower pinned magnetic layer, lower non-magnetic conductive layer, free
A magnetic layer, an upper nonmagnetic conductive layer, an upper pinned magnetic layer,
The magnetization directions of the side antiferromagnetic layer and the free magnetic layer are fixed.
A hard bias layer for aligning the
Sexual layer and the lower non-magnetic conductive layer and the free magnetic layer and the upper nonmagnetic electrically
And a conductive layer for applying a detection current to the upper pinned magnetic layer.
The lower pinned magnetic layer exchanges with the lower antiferromagnetic layer.
Direction that intersects the magnetization direction of the free magnetic layer by coupling
The magnetization direction is fixed to the upper fixed magnetic layer.
Magnetization of the free magnetic layer by exchange coupling with the antiferromagnetic layer
The magnetization direction is fixed in a direction intersecting the
Each of the constant magnetic layer and the lower fixed magnetic layer is interposed via a non-magnetic intermediate layer.
Divided into two, a first pinned magnetic layer and a second pinned magnetic layer.
The first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
The ferrimagnetic state where the magnetization directions are antiparallel to each other in the constant magnetic layer
Wherein the first pinned magnetic layer of the upper pinned magnetic layer is
The upper pinned magnetic layer is formed in contact with the antiferromagnetic layer.
2 fixed magnetic layers are formed in contact with the upper nonmagnetic conductive layer,
The first pinned magnetic layer of the lower pinned magnetic layer has a lower antiferromagnetic property.
The second fixed layer of the lower pinned magnetic layer is formed in contact with the conductive layer.
A constant magnetic layer is formed in contact with the lower non-magnetic conductive layer,
The second fixed magnetic layer of the side fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer of the lower fixed magnetic layer.
The magnetization directions of the two pinned magnetic layers are the same.
The upper and lower antiferromagnetic layers are made of a Pt-Mn alloy.
It is formed, and by annealing,
It is ferromagnetic and has increased resistivity.
That is, the specific resistance of the antiferromagnetic layer is 200 μΩ or more.
It is characterized by the following. In the spin-valve thin-film element of the present invention having the above-mentioned structure, the first pinned magnetic layer has a first
(Saturation magnetization Ms and film thickness t)
) And the magnetic moment (saturation) of the second pinned magnetic layer.
(Combined magnetic moment of magnetization Ms and film thickness t)
And a magnetic mode of the first pinned magnetic layer of the lower pinned magnetic layer.
(The value of the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t) and the second fixed value
The magnetic moment of the magnetic layer (the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t)
Value) and the direction of the resultant magnetic moment
Preferably, there is. The first fixed magnetic layer / non-magnetic medium
Sense current formed in the portion of the interlayer / second pinned magnetic layer
The directions of the magnetic fields are the upper and lower sides of the free magnetic layer.
Direction of both synthetic magnetic moments is the same direction
Preferably, the sense current flows in the direction. Further, in order to solve the above problems, the spin-valve thin film element of the present invention, a lower antiferromagnetic layer, a lower fixed magnetic layer,
Lower non-magnetic conductive layer, free magnetic layer, upper non-magnetic conductive layer
A top layer, an upper pinned magnetic layer, an upper antiferromagnetic layer, and the free layer.
ー Hardbar for aligning the magnetization direction of the magnetic layer in a certain direction
Ias layer, the lower fixed magnetic layer and the lower nonmagnetic conductive layer,
The free magnetic layer, upper non-magnetic conductive layer and upper pinned magnetic layer
A conductive layer for providing an output current, wherein the lower fixed magnetic layer
Exchange free coupling with the lower antiferromagnetic layer
The magnetization direction is fixed in a direction crossing the magnetization direction of the layer,
The upper pinned magnetic layer serves for exchange coupling with the upper antiferromagnetic layer.
Magnetization in a direction crossing the magnetization direction of the free magnetic layer.
The directions are fixed, and the upper fixed magnetic layer and the lower fixed magnetic layer
Are respectively connected to the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer.
Is formed by being divided into two fixed magnetic layers of
The magnetization directions of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are mutually different.
The upper pinned magnetic layer
Is formed in contact with the upper antiferromagnetic layer.
And the second pinned magnetic layer of the upper pinned magnetic layer is
The first pinned magnetic layer is formed in contact with the conductive layer.
Is formed in contact with the lower antiferromagnetic layer,
The second pinned magnetic layer of the lower pinned magnetic layer is a lower non-magnetic conductive layer.
A second pinned layer of the upper pinned magnetic layer formed in contact with the layer;
The magnetization direction of the magnetic layer and the second fixed magnetic layer of the lower fixed magnetic layer
Are antiparallel to each other and the free magnetic layer is a non-magnetic intermediate
The first free magnetic layer and the second free magnetic layer
The first free magnetic material that is formed by being divided into two and divided into two
The magnetization directions of the conductive layer and the second free magnetic layer are antiparallel to each other.
Ferrimagnetic state, the upper and lower anti-strength
The magnetic layer is formed of a Pt—Mn alloy.
If annealing shows antiferromagnetism,
Both have an increased specific resistance, and the antiferromagnetic layer
Has a specific resistance of 200 μΩ or more. Up
In the spin-valve thin-film element of the present invention having the above-mentioned structure,
The magnetic modes of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer
(The product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t)
Preferably. Also, any of the above
In the spin-valve type thin film element of the present invention having the configuration of
The magnetic moment of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
(The value of the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t) is different
It is preferable to do so. In addition, any of the above structures
In the spin-valve thin film element of the present invention,
The magnetic intermediate layer is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu.
Even if it is formed from one or more alloys
Good.

【0019】すなわち、本発明のスピンバルブ型薄膜素
子は、反強磁性層が、耐熱性に優れたものにより形成さ
れることにより、製造工程において高温による悪影響を
受けにくいものを得ることができるとともに、装置内の
素子温度が高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備え
られた場合の耐久性が良好で、温度変化による交換結合
磁界の変動が少ない優れたものを得ることができる。ま
た、反強磁性層のブロッキング温度が高いものとなるた
め、反強磁性層と固定磁性層との境界面に大きな交換結
合磁界を発生させることができ、前記固定磁性層の外部
信号磁界に対する磁化の回転を良好にピン止めすること
ができる。さらにまた、反強磁性層の比抵抗が大きいた
め、シャントロスを減少させることができ、良好な抵抗
変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子とすることがで
きる。
That is, the spin-valve type thin film element of the present invention
Since the antiferromagnetic layer is formed of a material having excellent heat resistance, it is possible to obtain a device that is not easily affected by high temperature in the manufacturing process, and to obtain a thin film magnetic device in which the element temperature in the device becomes high. An excellent device having good durability when provided in a device such as a head and having little change in exchange coupling magnetic field due to temperature change can be obtained. Further, since the blocking temperature of the antiferromagnetic layer is high, a large exchange coupling magnetic field can be generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer, and the magnetization of the pinned magnetic layer with respect to an external signal magnetic field can be generated. Can be properly pinned. Furthermore, since the specific resistance of the antiferromagnetic layer is large, shunt loss can be reduced, and a spin-valve thin film element having a good resistance change rate can be obtained.

【0020】さらに、比抵抗および抵抗変化率が大きい
スピンバルブ型薄膜素子となるため、良好な出力電圧が
得られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とす
ることができる。したがって、反強磁性層が、NiO合
金、FeMn合金、IrMn合金などにより形成された
アニールを施さない従来のスピンバルブ型薄膜素子と比
較して、優れたものとすることができる。また、本発明
のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記反強磁性層
の比抵抗が、200μΩcm以上であるので、このよう
なスピンバルブ型薄膜素子とすることで、シャントロス
を十分に減少させることができ、高出力化に有利な大き
い出力電圧を得ることができるより優れたスピンバルブ
型薄膜素子とすることができる。
Further, since a spin-valve thin-film element having a large specific resistance and a high rate of change in resistance is obtained, it is possible to obtain a spin-valve thin-film element which is advantageous for increasing the output and obtaining a good output voltage. Therefore, the antiferromagnetic layer can be made superior to a conventional spin-valve thin-film element formed of a NiO alloy, an FeMn alloy, an IrMn alloy or the like and not subjected to annealing. In addition, the present invention
In the spin-valve thin film element of the above, the antiferromagnetic layer
Is 200 μΩcm or more.
Shunt loss
Can be reduced sufficiently, which is advantageous for high output.
Superior spin valve that can obtain a high output voltage
Type thin film element.

【0021】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記Pt−Mn合金は、Mnが40〜54原子
%の範囲であることが望ましい。このようなスピンバル
ブ型薄膜素子とすることで、高い比抵抗とより一層良好
な交換結合磁界を得ることができ、抵抗変化率をより向
上させることができる。
In the above-described spin-valve thin film element, the Pt-Mn alloy preferably has Mn in the range of 40 to 54 atomic%. With such a spin-valve thin film element, a high specific resistance and a better exchange coupling magnetic field can be obtained, and the rate of change in resistance can be further improved.

【0022】さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記Pt−Mn合金は、Mnが44〜52原
子%の範囲であることであることがより望ましい。この
ようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、200μ
Ωcm以上の高い比抵抗を有するものとすることがで
き、良好な交換結合磁界が得られ、抵抗変化率をより向
上させることができる。
Further, in the above-mentioned spin-valve thin film element, it is more preferable that the Pt-Mn alloy has Mn in the range of 44 to 52 atomic%. With such a spin-valve thin film element, 200 μm
A high specific resistance of Ωcm or more can be obtained, a good exchange coupling magnetic field can be obtained, and the resistance change rate can be further improved.

【0023】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記Pt−Mn合金は、アニールを施すことに
より、規則化されてfct構造とされたものであること
が望ましい。このようなスピンバルブ型薄膜素子とする
ことで、反強磁性層と固定磁性層との境界面に大きな交
換結合磁界を発生させることができる優れたスピンバル
ブ型薄膜素子とすることができる。
In the above-mentioned spin-valve type thin film element, it is desirable that the Pt-Mn alloy has a regularized fct structure by annealing. With such a spin-valve thin-film element, an excellent spin-valve thin-film element capable of generating a large exchange coupling magnetic field at the interface between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer can be obtained.

【0024】さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、比抵抗が、アニールを施すことにより、20
%以上増加されたものであることが望ましい。このよう
なスピンバルブ型薄膜素子とした場合も、シャントロス
を減少させることができ、大きい出力電圧が得られるも
のとすることができる。
Further, in the above-mentioned spin-valve type thin film element, the specific resistance can be reduced by 20% by annealing.
%. Also in the case of such a spin-valve thin film element, shunt loss can be reduced, and a large output voltage can be obtained.

【0025】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非磁
性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデュ
アル型構造とされてなることを特徴としている。このよ
うなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性
層/非磁性導電層/固定磁性層の3層の組合わせを2組
有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と
比較して、大きな△MR(抵抗変化率)が得られ、高密
度記録化に対応できるものとすることができる。
In the above-described spin-valve thin film element, a dual-type structure in which a nonmagnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer, respectively. It is characterized by becoming. Such a spin-valve thin-film element has two sets of a combination of three layers of a free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / fixed magnetic layer, which is larger than a single spin-valve thin-film element. ΔMR (resistance change rate) can be obtained, and it can be adapted to high-density recording.

【0026】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少なくと
前記固定磁性層が非磁性中間層を介して2つに分断さ
れ、分断された層どうしで磁化の向きが180゜異なる
フェリ磁性状態とされてなるものであってもよい。
[0026] In the above-described spin-valve-type thin film element, said at least the fixed magnetic layer of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer is divided into two with a nonmagnetic intermediate layer, in divided layers each other The ferrimagnetic state in which the directions of magnetization differ by 180 ° may be used.

【0027】少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介
して2つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場
合、2つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固
定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性
層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能とな
る。
In the case where a spin-valve thin film element in which at least the fixed magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, one of the two divided fixed magnetic layers is suitable for the other fixed magnetic layer. In this case, the pinned magnetic layer plays a role in fixing the pinned magnetic layer in various directions, and the state of the pinned magnetic layer can be maintained in a very stable state.

【0028】一方、フリー磁性層が非磁性中間層を介し
て2つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場
合、2つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結
合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対
して感度よく反転できるものとなる。
On the other hand, when the free magnetic layer is a spin valve thin film element divided into two via a non-magnetic intermediate layer, an exchange coupling magnetic field is generated between the two divided free magnetic layers. And a ferrimagnetic state, and can be inverted with high sensitivity to an external magnetic field.

【0029】さらにまた、前記課題は、上記のスピンバ
ルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜
磁気ヘッドによって解決できる。このような薄膜磁気へ
ッドとすることで、交換結合磁界を大きくすることがで
き、耐久性、耐熱性に優れ、良好な抵抗変化率を有する
薄膜磁気へッドとすることができる。
Further, the above problem can be solved by a thin film magnetic head comprising the above-mentioned spin valve type thin film element. By using such a thin film magnetic head, the exchange coupling magnetic field can be increased, and a thin film magnetic head having excellent durability and heat resistance and having a good resistance change rate can be obtained.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明のスピンバルブ型薄
膜素子の実施形態について、図面を参照して詳しく説明
する。 [第1の参考形態] 図1は、第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を記
録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図
である。本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子が従来の
スピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、前記反強磁
性層2が、X−Mn(ただし、Xは、Pt、Ni、P
d、Ru、Ir、Rhのうちから選択される1種の元素
を示す。)の式で示される合金またはX’ーPt−Mn
(ただし、X’は、Pd、Cr、Ru、Ni、Ir、R
h、Au、Agのうちから選択される1種または2種以
上の元素を示す。)の式で示される合金で形成されたも
のであり、アニールを施すことにより、反強磁性が示さ
れるとともに比抵抗が増加されたものであるところであ
る。このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスク
などの磁気記録媒体の移動方向は、図示Z方向であり、
磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Y方向である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a spin-valve thin film element according to a first embodiment when viewed from a surface facing a recording medium. The difference between the spin-valve thin film element of the present embodiment and the conventional spin-valve thin film element is that the antiferromagnetic layer 2 is made of X-Mn (where X is Pt, Ni, P
One element selected from d, Ru, Ir, and Rh is shown. ) Or X′-Pt—Mn
(Where X 'is Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, R
One or more elements selected from h, Au, and Ag are shown. ), Which is an alloy that exhibits antiferromagnetism and has increased specific resistance by annealing. In this spin-valve thin film element, the moving direction of a magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the drawing,
The direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0031】図1において、符号1は、図示しない基板
上に設けられ、例えば、Ta(タンタル)などで形成さ
れた下地層を示している。この下地層1の上には、反強
磁性層2が形成され、さらに前記反強磁性層2の上に
は、固定磁性層3が形成されている。この固定磁性層3
の上には、非磁性導電層4が形成され、さらに、前記非
磁性導電層4の上には、フリー磁性層5が形成されてい
る。また、符号6、6は、ハードバイアス層を、符号7
は、Taなどで形成された保護層を、符号8、8は、導
電層を示している。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an underlayer provided on a substrate (not shown) and formed of, for example, Ta (tantalum). An antiferromagnetic layer 2 is formed on the underlayer 1, and a fixed magnetic layer 3 is formed on the antiferromagnetic layer 2. This fixed magnetic layer 3
On the non-magnetic conductive layer 4, a free magnetic layer 5 is formed. Reference numerals 6 and 6 denote hard bias layers, and reference numeral 7 denotes a hard bias layer.
Denotes a protective layer formed of Ta or the like, and reference numerals 8 and 8 denote conductive layers.

【0032】第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
において、前記反強磁性層2に使用されるX−Mnの式
で示される合金は、スパッタリングなどにより成膜され
た後に、アニールを施すことにより、規則化されてfc
t構造とされたものであることが望ましい。このX−M
nの式で示される合金は、Mnが40〜54原子%の範
囲であることが望ましい。より好ましくは、44〜52
原子%の範囲であり、最も好ましくは、43〜49原子
%である。前記Mnの組成範囲を40原子%未満とした
場合、あるいは、54原子%を越える場合、高い比抵抗
が得られないため好ましくない。また、X−Mnの式で
示される合金としては、Mnの組成範囲は、良好な交換
結合磁界が得られる37〜63原子%とすることが望ま
しい。500(Oe)以上の交換結合磁界が得られるよ
り好ましいMnの組成範囲は、43〜49原子%であ
る。
In the spin-valve thin-film element of the first embodiment , the alloy represented by the formula of X-Mn used for the antiferromagnetic layer 2 is formed by sputtering or the like and then annealed. Fc
It is desirable to have a t-structure. This X-M
The alloy represented by the formula n preferably has Mn in the range of 40 to 54 atomic%. More preferably, 44 to 52
Atomic percent, most preferably 43-49 atomic percent. If the composition range of Mn is less than 40 atomic%, or if it exceeds 54 atomic%, it is not preferable because a high specific resistance cannot be obtained. Further, as for the alloy represented by the formula of X-Mn, the composition range of Mn is desirably set to 37 to 63 atomic% at which a good exchange coupling magnetic field can be obtained. A more preferable Mn composition range in which an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more is obtained is 43 to 49 atomic%.

【0033】前記組成範囲のX−Mnの式で示される合
金は、スパッタリングなどの成膜法などにより形成され
た状態では、X原子およびMn原子の配列順序が不規則
な面心立方格子となっている。このため、反強磁性層2
と固定磁性層3との境界面において、交換結合磁界(H
ex)はほとんど発生しない。しかし、成膜されたX−
Mnの式で示される合金に対し、磁界中でアニール処理
することにより規則化し、fct構造とすることによ
り、反強磁性層2と固定磁性層3との境界面で大きな交
換結合磁界を発生させることが可能なものとされる。
The alloy represented by the formula of X-Mn in the above composition range becomes a face-centered cubic lattice in which the arrangement order of X atoms and Mn atoms is irregular when formed by a film forming method such as sputtering. ing. Therefore, the antiferromagnetic layer 2
The exchange coupling magnetic field (H
ex) hardly occurs. However, the deposited X-
A large exchange coupling magnetic field is generated at the interface between the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3 by making the alloy represented by the formula of Mn regular by annealing in a magnetic field to form an fct structure. It is possible to do it.

【0034】また、反強磁性層2は、前記X’ーPt−
Mn合金で形成されたものであってもよい。前記X’ー
Pt−Mnの式で示される合金は、X−Mnの式で示さ
れる合金と同様に、スパッタリングなどにより成膜され
た後に、アニールを施すことにより規則化されてfct
構造とされたものであることが望ましい。このX’ーP
t−Mnの式で示される合金は、XーMnの式で示され
る合金と同様に、Mnが40〜54原子%の範囲である
ことが望ましい。より好ましくは、44〜52原子%の
範囲であり、最も好ましくは、43〜49原子%であ
る。前記Mnの組成範囲を40原子%未満とした場合、
あるいは、54原子%を越える場合、高い比抵抗が得ら
れないため好ましくない。
Further, the antiferromagnetic layer 2 is made of the X′-Pt-
It may be formed of a Mn alloy. The alloy represented by the formula of X′-Pt—Mn is, like the alloy represented by the formula of X—Mn, formed into a film by sputtering or the like, and then is ordered by annealing and fct
It is desirable to have a structure. This X'-P
As for the alloy represented by the formula of t-Mn, it is desirable that Mn is in the range of 40 to 54 atomic%, similarly to the alloy represented by the formula of X-Mn. More preferably, it is in the range of 44 to 52 atomic%, and most preferably, it is 43 to 49 atomic%. When the composition range of the Mn is less than 40 atomic%,
Alternatively, if it exceeds 54 atomic%, a high specific resistance cannot be obtained, which is not preferable.

【0035】また、このX’ーPt−Mnの式で示され
る合金としては、Mnの組成範囲は、良好な交換結合磁
界が得られる37〜63原子%とすることが望ましい。
500(Oe)以上の交換結合磁界が得られるより好ま
しいMnの組成範囲は、43〜49原子%である。さら
に、前記X’ーPt−Mnの式で示される合金として
は、X’が0.2〜10原子%の範囲であることが望ま
しい。上記反強磁性層2がX’ーPt−Mnの式で示さ
れる合金で形成されたものである場合も、成膜後に、磁
界中でアニール処理を施すことにより、規則化されてf
ct構造とされ、固定磁性層3との境界面で大きな交換
結合磁界を発生させることが可能なものとされる。
In the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, the composition range of Mn is desirably 37 to 63 atomic% at which a good exchange coupling magnetic field can be obtained.
A more preferable Mn composition range in which an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more is obtained is 43 to 49 atomic%. Further, in the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, X 'is preferably in the range of 0.2 to 10 atomic%. When the antiferromagnetic layer 2 is formed of an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, the film is formed into a regularized f by performing an annealing treatment in a magnetic field after the film is formed.
It has a ct structure and can generate a large exchange coupling magnetic field at the interface with the fixed magnetic layer 3.

【0036】また、前記反強磁性層2としては、比抵抗
は、200μΩcm以上であることが望ましい。前記比
抵抗が200μΩcm未満であるものとした場合、シャ
ントロスを十分に減少させることができないため、ま
た、前記シャントロスが△MR(抵抗変化率)に悪影響
を与える恐れがあるため好ましくない。また、スピンバ
ルブ型薄膜素子の比抵抗は、アニールを施すことによ
り、20%以上増加されたものであることが望ましい。
スピンバルブ型薄膜素子の比抵抗が、20%未満増加さ
れたものとした場合、シャントロスを十分に減少させる
ことができないものとなるため好ましくない。
The specific resistance of the antiferromagnetic layer 2 is desirably 200 μΩcm or more. If the specific resistance is less than 200 μΩcm, it is not preferable because shunt loss cannot be sufficiently reduced, and the shunt loss may adversely affect ΔMR (resistance change rate). The specific resistance of the spin-valve thin film element is preferably increased by 20% or more by annealing.
If the specific resistance of the spin-valve thin film element is increased by less than 20%, it is not preferable because shunt loss cannot be sufficiently reduced.

【0037】前記固定磁性層3は、強磁性体の薄膜から
なり、例えば、Co、NiFe合金、CoNiFe合
金、CoFe合金などで形成されることが好ましい。ま
た、前記非磁性導電層4は、Cu、Cr、Au、Agな
どに代表される非磁性体からなり、通常、20〜40Å
程度の厚さに形成されている。
The fixed magnetic layer 3 is formed of a ferromagnetic thin film, and is preferably formed of, for example, Co, NiFe alloy, CoNiFe alloy, CoFe alloy, or the like. The nonmagnetic conductive layer 4 is made of a nonmagnetic material typified by Cu, Cr, Au, Ag, etc., and usually has a thickness of 20 to 40 °.
It is formed to a thickness of about.

【0038】前記フリー磁性層5は、前記固定磁性層3
と同様の材質などで形成されることが好ましい。このこ
とは、非磁性導電層4を固定磁性層3とフリー磁性層5
とで挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構にあっては、
固定磁性層3とフリー磁性層5とを同種の材質で構成す
る方が、異種の材質で構成するよりも、伝導電子のスピ
ン依存散乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い
磁気抵抗効果を得ることが可能であることに起因してい
る。
The free magnetic layer 5 comprises the fixed magnetic layer 3
It is preferable to be formed of the same material as above. This means that the nonmagnetic conductive layer 4 is fixed to the fixed magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5.
In the giant magnetoresistance effect generation mechanism with a structure sandwiched between
When the pinned magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5 are made of the same material, it is less likely that factors other than the spin-dependent scattering of conduction electrons will occur than when they are made of different materials, and a higher magnetoresistance effect is obtained. Can be obtained.

【0039】前記ハードバイアス層6,6は、例えば、
Co一Pt合金やCo一Cr一Pt合金などで形成され
ることが好ましい。また、導電層8は、例えば、Crや
CuやWなどで形成されることが好ましい。
The hard bias layers 6 are formed, for example, by
It is preferable to be formed of a Co-Pt alloy, a Co-Cr-Pt alloy, or the like. The conductive layer 8 is preferably formed of, for example, Cr, Cu, W, or the like.

【0040】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子におい
ては、前記反強磁性層2は、固定磁性層3に接して形成
され、アニール(熱処理)を施すことにより、反強磁性
層2と固定磁性層3との界面にて、交換結合磁界が発生
し、例えば、図1に示すように、固定磁性層3の磁化が
図示Y方向に固定される。また、前記ハードバイアス層
6,6が、図示X1方向と反対方向に磁化されているこ
とで、前記フリー磁性層5の磁化が、図示X1方向と反
対方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性
層5の変動磁化と前記固定磁性層3の固定磁化とが交叉
する関係となっている。
In the spin-valve thin-film element shown in FIG. 1, the antiferromagnetic layer 2 is formed in contact with the fixed magnetic layer 3 and is annealed (heat treated) so that the antiferromagnetic layer 2 At the interface with the layer 3, an exchange coupling magnetic field is generated, and, for example, the magnetization of the fixed magnetic layer 3 is fixed in the illustrated Y direction as shown in FIG. Further, since the hard bias layers 6 and 6 are magnetized in the direction opposite to the X1 direction in the drawing, the magnetization of the free magnetic layer 5 is aligned in the direction opposite to the X1 direction in the drawing. Thus, the variable magnetization of the free magnetic layer 5 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 3 cross each other.

【0041】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
前記導電層8からフリー磁性層5、非磁性導電層4、固
定磁性層3にセンス電流が与えられる。記録媒体から図
1に示す図示Y方向に磁界が与えられると、フリー磁性
層5の磁化は、図示X1方向と反対方向からY方向に変
動する。このときの非磁性導電層4とフリー磁性層5と
の界面、および非磁性導電層4と固定磁性層3との界面
で、スピンに依存した伝導電子の散乱が起こることによ
り、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出
される。
In such a spin-valve thin film element,
A sense current is applied from the conductive layer 8 to the free magnetic layer 5, the nonmagnetic conductive layer 4, and the fixed magnetic layer 3. When a magnetic field is applied from the recording medium in the Y direction shown in FIG. 1, the magnetization of the free magnetic layer 5 changes in the Y direction from the direction opposite to the X1 direction shown. At this time, the spin-dependent scattering of conduction electrons occurs at the interface between the nonmagnetic conductive layer 4 and the free magnetic layer 5 and at the interface between the nonmagnetic conductive layer 4 and the pinned magnetic layer 3, thereby changing the electric resistance. Then, a leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0042】このようなスピンバルブ型薄膜素子を製造
するには、まず、下から下地層1、反強磁性層2、固定
磁性層3、非磁性導電層4、フリー磁性層5、保護層7
を成膜し、成膜後の工程において、アニール(熱処理)
を施す方法などによって行われる。ここでのアニール
は、200〜290℃程度の温度で行うことが好まし
い。前記温度を200℃未満とした場合、反強磁性層2
を形成するX−Mnの式で示される合金あるいはX’ー
Pt−Mnの式で示される合金の規則化に支障をきたす
ため好ましくない。一方、290℃を越える温度とした
場合、反強磁性層2以外の層に悪影響を与える恐れが生
じる。また、アニール温度は、240〜290℃程度の
温度で行うことがより好ましい。アニール温度を240
以上とすると、固定磁性層3が反強磁性層2の上側およ
び/または下側に配置されていても交換結合磁界が得ら
れるからである。アニール温度を240℃未満とした場
合、反強磁性層2の上に固定磁性層3が配置されている
ときは、交換結合が得られるが、反強磁性層2の下に固
定磁性層3が配置されているときは、交換結合磁界が得
られ難いものとなる。
In order to manufacture such a spin-valve thin film element, first, an underlayer 1, an antiferromagnetic layer 2, a fixed magnetic layer 3, a nonmagnetic conductive layer 4, a free magnetic layer 5, and a protective layer 7 are formed from below.
And annealing (heat treatment) in a process after the film formation
Is carried out by a method of applying the method. The annealing here is preferably performed at a temperature of about 200 to 290 ° C. When the temperature is lower than 200 ° C., the antiferromagnetic layer 2
Is not preferred because it interferes with the ordering of the alloy represented by the formula of X-Mn or the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn. On the other hand, if the temperature exceeds 290 ° C., layers other than the antiferromagnetic layer 2 may be adversely affected. Further, it is more preferable to perform the annealing at a temperature of about 240 to 290 ° C. 240 annealing temperature
This is because the exchange coupling magnetic field can be obtained even if the fixed magnetic layer 3 is disposed above and / or below the antiferromagnetic layer 2. When the annealing temperature is lower than 240 ° C., when the fixed magnetic layer 3 is disposed on the antiferromagnetic layer 2, exchange coupling is obtained, but the fixed magnetic layer 3 is disposed below the antiferromagnetic layer 2. When they are arranged, it becomes difficult to obtain an exchange coupling magnetic field.

【0043】このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前
記反強磁性層2が、X−Mn(ただし、Xは、Pt、N
i、Pd、Ru、Ir、Rhのうちから選択される1種
の元素を示す。)の式で示される合金またはX’ーPt
−Mn(ただし、X’は、Pd、Cr、Ru、Ni、I
r、Rh、Au、Agのうちから選択される1種または
2種以上の元素を示す。)の式で示される合金で形成さ
れたものであり、アニールを施すことにより、反強磁性
が示されるとともに比抵抗が増加されたものであるた
め、反強磁性層が、NiO合金、FeMn合金、IrM
n合金などにより形成されたアニールを施さない従来の
スピンバルブ型薄膜素子と比較して、優れたスピンバル
ブ型薄膜素子とすることができる。
In such a spin-valve thin film element, the antiferromagnetic layer 2 is made of X-Mn (where X is Pt, N
One kind of element selected from i, Pd, Ru, Ir, and Rh is shown. ) Or X'-Pt
-Mn (where X 'is Pd, Cr, Ru, Ni, I
One or more elements selected from r, Rh, Au, and Ag are shown. ), The antiferromagnetic layer is formed by annealing, and exhibits antiferromagnetism and an increased specific resistance. , IrM
An excellent spin-valve thin-film element can be obtained as compared with a conventional spin-valve thin-film element formed of an n-alloy or the like and not subjected to annealing.

【0044】すなわち、反強磁性層2が、耐熱性に優れ
たものにより形成されることにより、製造工程において
高温による悪影響を受けにくいものを得ることができる
とともに、装置内の素子温度が高温となる薄膜磁気ヘッ
ドなどの装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度
変化による交換結合磁界の変動が少ない優れたものを得
ることができる。また、反強磁性層2のブロッキング温
度が高いものとなるため、反強磁性層2と固定磁性層3
との境界面に大きな交換結合磁界を発生させることがで
き、前記固定磁性層3の外部信号磁界に対する磁化の回
転を良好にピン止めすることができるスピンバルブ型薄
膜素子となる。さらにまた、反強磁性層2の比抵抗が大
きいため、シャントロスを減少させることができ、大き
な抵抗変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子とするこ
とができる。
That is, since the antiferromagnetic layer 2 is formed of a material having excellent heat resistance, a material which is not easily affected by high temperature in the manufacturing process can be obtained. An excellent device having good durability when provided in a device such as a thin film magnetic head and having a small change in the exchange coupling magnetic field due to a change in temperature can be obtained. Further, since the blocking temperature of the antiferromagnetic layer 2 becomes high, the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3
A large exchange-coupling magnetic field can be generated at the interface between the pinned layer and the spin-valve thin-film element which can pin the rotation of the magnetization of the fixed magnetic layer 3 with respect to the external signal magnetic field. Furthermore, since the specific resistance of the antiferromagnetic layer 2 is large, shunt loss can be reduced, and a spin-valve thin film element having a large resistance change rate can be obtained.

【0045】さらに、比抵抗および抵抗変化率が大きい
スピンバルブ型薄膜素子となるため、大きな出力電圧が
得られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とす
ることができる。ここで、反強磁性層2の比抵抗を変化
させた場合の出力変化を、数式を用いて詳しく説明す
る。
Further, since the spin-valve thin-film element has a large specific resistance and a high rate of change in resistance, it can be a spin-valve thin-film element which is advantageous for increasing the output and obtaining a large output voltage. Here, an output change when the specific resistance of the antiferromagnetic layer 2 is changed will be described in detail using mathematical expressions.

【0046】前記抵抗変化率△MRは、電圧変化量を△
V、電圧をVとしたとき、次の数式(i)で示される。 △MR=△V/V ・・・(i) したがって、電圧変化量△Vは、次の数式(ii)で示
される。 △V=V×△MR ・・・(ii)
The resistance change rate △ MR indicates the voltage change amount △ MR.
Assuming that V and the voltage are V, the following equation (i) is used. ΔMR = ΔV / V (i) Accordingly, the voltage change amount ΔV is represented by the following equation (ii). ΔV = V × ΔMR (ii)

【0047】ところで、前記電圧Vは、電流をI、抵抗
をRとしたときV=IRで示されるので、電圧変化量△
Vは、次の数式(iii)で示される。 △V=IR×△MR ・・・(iii)
Since the voltage V is represented by V = IR when the current is I and the resistance is R, the voltage change amount △
V is represented by the following equation (iii). ΔV = IR × ΔMR (iii)

【0048】したがって、アニールを施す前後の出力電
圧の比△V/△V0は、初期抵抗変化率を△MR0、初期
抵抗をR0とすると、次の数式(iv)で示される。 △V/△V0=(IR×△MR)/(IR0×△MR0
・・・(iv) また、アニールを施す前と後
での電流Iは等しいので、電圧の比△V/△V0は、数
式(v)で示される。 △V/△V0=(R×△MR)/(R0×△MR0) ・・・(v) 前記数式(v)を書き換えると、次に示す数式(vi)
が得られる。 △V/△V0 =(△MR/△MR0)×(R/R0) ・・・(vi)
[0048] Thus, the ratio △ V / △ V 0 before and after the output voltage to anneal the initial rate of change in resistance △ MR 0, when the initial resistance and R 0, represented by the following formula (iv). ΔV / ΔV 0 = (IR × ΔMR) / (IR 0 × ΔMR 0 )
(Iv) Further, since the currents I before and after the annealing are equal, the voltage ratio ΔV / ΔV 0 is expressed by Expression (v). ΔV / ΔV 0 = (R × ΔMR) / (R 0 × ΔMR 0 ) (v) By rewriting the above equation (v), the following equation (vi) is obtained.
Is obtained. ΔV / ΔV 0 = (△ MR / △ MR 0 ) × (R / R 0 ) (vi)

【0049】実際は、アニールを施して初めて、△MR
は測定し得るが、アニール前後で△MRが不変と仮定す
ると、アニール後にRが大きくなれば出力電圧△Vも大
きくなる。ここで、R、R0は、スピンバルブ型薄膜素
子トータルの抵抗値であるが、反強磁性層2は比較的膜
厚が厚いため、アニール後、反強磁性層2の比抵抗が増
加するとトータルの抵抗値の増加も比較的大きくなる。
すなわち、このスピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性
層2の比抵抗が大きいため、大きい出力電圧と大きい抵
抗変化とを有する優れたスピンバルブ型薄膜素子を得る
ことができる。
Actually, ΔMR
Can be measured, but assuming that ΔMR does not change before and after annealing, the output voltage ΔV increases as R increases after annealing. Here, R and R 0 are the total resistance values of the spin-valve thin-film element. Since the antiferromagnetic layer 2 has a relatively large thickness, the specific resistance of the antiferromagnetic layer 2 increases after annealing. The increase in the total resistance value is also relatively large.
That is, in this spin-valve thin film element, since the specific resistance of the antiferromagnetic layer 2 is large, an excellent spin-valve thin film element having a large output voltage and a large resistance change can be obtained.

【0050】また、前記X−Mnの式または前記X’ー
Pt−Mnの式で示される合金を、Mnが40〜54原
子%の範囲であるものとすることで、高い比抵抗とより
一層良好な交換結合磁界を得ることができ、抵抗変化率
をより向上させることができる優れたスピンバルブ型薄
膜素子となる。さらに、前記X−Mnの式または前記
X’ーPt−Mnの式で示される合金を、Mnが44〜
52原子%の範囲であるものとすることで、200μΩ
cm以上の高い比抵抗を有するものとすることができ、
良好な交換結合磁界が得られ、抵抗変化率をより向上さ
せることができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とな
る。
The alloy represented by the formula of X-Mn or the formula of X'-Pt-Mn has a Mn in the range of 40 to 54 atomic%, so that a higher specific resistance and a higher specific resistance can be obtained. An excellent spin-valve thin-film element can be obtained that can obtain a good exchange coupling magnetic field and can further improve the rate of change in resistance. Further, the alloy represented by the formula of X-Mn or the formula of X′-Pt-Mn was prepared by adding Mn of 44 to
By setting it in the range of 52 atomic%, 200 μΩ
cm or higher specific resistance,
An excellent spin-valve thin-film element that can obtain a good exchange coupling magnetic field and can further improve the resistance change rate can be obtained.

【0051】また、前記X−Mnの式または前記X’ー
Pt−Mnの式で示される合金が、アニールを施すこと
により、規則化されてfct構造とされたものであるの
で、反強磁性層2と固定磁性層3との境界面に大きな交
換結合磁界を発生させることができる優れたスピンバル
ブ型薄膜素子となる。
Further, the alloy represented by the formula of X-Mn or the formula of X′-Pt-Mn has a regularized fct structure by annealing, and thus has an antiferromagnetic property. An excellent spin-valve thin-film element that can generate a large exchange coupling magnetic field at the interface between the layer 2 and the pinned magnetic layer 3 is provided.

【0052】さらにまた、反強磁性層2の比抵抗が、2
00μΩcm以上であるものとすることで、シャントロ
スを十分に減少させることができ、高出力化に有利な大
きい出力電圧を得ることができるより優れたスピンバル
ブ型薄膜素子となる。さらに、比抵抗が、アニールを施
すことにより、20%以上増加されたスピンバルブ型薄
膜素子としたので、シャントロスを減少させることがで
き、大きい出力電圧が得られるものすることができる。
Further, the specific resistance of the antiferromagnetic layer 2 is 2
When the thickness is not less than 00 μΩcm, the shunt loss can be sufficiently reduced, and a more excellent spin-valve thin-film element capable of obtaining a large output voltage which is advantageous for high output can be obtained. Furthermore, since the spin-valve thin film element whose specific resistance is increased by 20% or more by performing annealing, shunt loss can be reduced, and a large output voltage can be obtained.

【0053】また、前記X−Mnの式または前記X’ー
Pt−Mnの式で示される合金を、Mnが37〜63原
子%の範囲であるものとすることで、より一層良好な交
換結合磁界を得ることができ、抵抗変化率をより向上さ
せることができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とな
る。さらに、前記X−Mnの式または前記X’ーPt−
Mnの式で示される合金を、Mnが43〜49原子%の
範囲であるものとすることで、500(Oe)以上の良
好な交換結合磁界が得られ、抵抗変化率をより向上させ
ることができる優れたスピンバルブ型薄膜素子となる。
さらにまた、前記X’ーPt−Mnの式で示される合金
を、X’が0.2〜10原子%の範囲であるものとする
ことで、X’ーPt−Mnの式で示される合金を使用し
た場合、さらに良好な交換結合磁界を得ることができ、
抵抗変化率をより向上させることができる。
Further, when the alloy represented by the formula of X-Mn or the formula of X'-Pt-Mn has Mn in the range of 37 to 63 atomic%, more excellent exchange coupling can be achieved. An excellent spin-valve thin-film element that can obtain a magnetic field and further improve the rate of change in resistance can be obtained. Further, the formula of X-Mn or the X′-Pt-
When the alloy represented by the formula of Mn has Mn in the range of 43 to 49 atomic%, a good exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained, and the resistance change rate can be further improved. An excellent spin-valve type thin film element can be obtained.
Furthermore, the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn is obtained by setting the X 'in the range of 0.2 to 10 atomic% to the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn. When using, it is possible to obtain a better exchange coupling magnetic field,
The rate of change in resistance can be further improved.

【0054】また、前記スピンバルブ型薄膜素子の製造
方法は、基板上に、反強磁性層2と、この反強磁性層2
と接して形成され、前記反強磁性層2との交換結合磁界
により磁化方向が固定される固定磁性層3と、前記固定
磁性層3に非磁性導電層4を介して形成され、前記固定
磁性層3の磁化方向と交叉する方向に磁化が揃えられる
フリー磁性層5とを形成したのち、アニールを施してな
るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法であって、前記反
強磁性層2を、X−Mnの式または前記X’ーPt−M
nの式で示される合金で形成し、前記アニールにより、
反強磁性を示させるとともに比抵抗を増加させる製造方
法であるので、上述した優れたスピンバルブ型薄膜素子
を容易に得ることができる。
Further, the method of manufacturing the spin-valve thin film element includes the steps of: forming an antiferromagnetic layer 2 on a substrate;
And a fixed magnetic layer 3 whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer 2. The fixed magnetic layer 3 is formed on the fixed magnetic layer 3 via a nonmagnetic conductive layer 4. A method of manufacturing a spin-valve thin-film element, comprising: forming a free magnetic layer 5 whose magnetization is aligned in a direction crossing the magnetization direction of a layer 3; Or the formula of X'-Pt-M
n, formed by an alloy represented by the following formula:
Because of the manufacturing method of exhibiting antiferromagnetism and increasing the specific resistance, the above-described excellent spin-valve thin film element can be easily obtained.

【0055】第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においては、上述したように、非磁性導電層4の厚さ方
向上下に、固定磁性層3とフリー磁性層5をそれぞれ単
層構造として設けたが、これらを複数構造としてもよ
い。巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非磁性導電
層4と固定磁性層3とフリー磁性層5との界面で生じる
伝導電子のスピン依存散乱によるものである。Cuなど
からなる前記非磁性導電層4に対し、スピン依存散乱が
大きな組み合わせとして、Co層が例示できる。このた
め、固定磁性層3をCo以外の材料で形成した場合、固
定磁性層3の非磁性導電層4側の部分を図1の2点鎖線
で示すように薄いCo層3aで形成することが好まし
い。また、フリー磁性層5をCo以外の材料で形成した
場合も固定磁性層3の場合と同様に、フリー磁性層5の
非磁性導電層4側の部分を図1の2点鎖線で示すように
薄いCo層5aで形成することが好ましい。
In the spin-valve thin-film element of the first embodiment , as described above, the fixed magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5 are respectively provided as a single-layer structure above and below the nonmagnetic conductive layer 4 in the thickness direction. However, these may have a plurality of structures. The mechanism showing the giant magnetoresistance change is based on spin-dependent scattering of conduction electrons generated at the interface between the nonmagnetic conductive layer 4, the pinned magnetic layer 3, and the free magnetic layer 5. A Co layer can be exemplified as a combination having a large spin-dependent scattering with respect to the nonmagnetic conductive layer 4 made of Cu or the like. Therefore, when the pinned magnetic layer 3 is formed of a material other than Co, the portion of the pinned magnetic layer 3 on the side of the nonmagnetic conductive layer 4 may be formed of a thin Co layer 3a as shown by a two-dot chain line in FIG. preferable. Also, when the free magnetic layer 5 is formed of a material other than Co, as in the case of the fixed magnetic layer 3, the portion of the free magnetic layer 5 on the nonmagnetic conductive layer 4 side is indicated by a two-dot chain line in FIG. It is preferable to form the thin Co layer 5a.

【0056】[第2の参考形態] 図2は、第2の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を記
録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図
である。第2の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子は、
図1に示した第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
の膜構成を逆にして形成したトップ型のシングルスピン
バルブ型薄膜素子である。
[0056][Second Reference Embodiment]  FIG.Second reference formOf spin-valve type thin film element
Sectional view showing the structure when viewed from the side facing the recording medium
It is.Second reference formThe spin-valve type thin film element is
Shown in FIG.First reference formSpin-valve thin film devices
Top type single spin formed by inverting the film configuration of
It is a valve type thin film element.

【0057】図2において、符号121は、図示しない
基板上に設けられている下地層を示している。この下地
層121の上には、フリー磁性層125が形成され、さ
らに前記フリー磁性層125の上には、非磁性導電層1
24が形成されている。この非磁性導電層124の上に
は、固定磁性層123が形成され、さらに、前記固定磁
性層123の上には、反強磁性層122が形成されてい
る。また、符号126、126は、ハードバイアス層
を、符号127は、保護層を、符号128、128は、
導電層を示している。
In FIG. 2, reference numeral 121 denotes an underlayer provided on a substrate (not shown). A free magnetic layer 125 is formed on the underlayer 121, and a nonmagnetic conductive layer 1 is formed on the free magnetic layer 125.
24 are formed. A fixed magnetic layer 123 is formed on the nonmagnetic conductive layer 124, and an antiferromagnetic layer 122 is formed on the fixed magnetic layer 123. Reference numerals 126 and 126 denote a hard bias layer, reference numeral 127 denotes a protective layer, and reference numerals 128 and 128 denote
4 shows a conductive layer.

【0058】第2の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
では、下地層121、フリー磁性層125、非磁性導電
層124、固定磁性層123、ハードバイアス層12
6、保護層127、導電層128の構成材料は、上述し
第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同等とさ
れる。また、反強磁性層122の構成材料も、上述した
第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様とされ
るが、良好な交換結合磁界が得られる好ましい組成範囲
が若干異なる。
In the spin-valve thin film element of the second embodiment , the underlayer 121, the free magnetic layer 125, the nonmagnetic conductive layer 124, the fixed magnetic layer 123, the hard bias layer 12
6. The constituent materials of the protective layer 127 and the conductive layer 128 are the same as those of the above-described spin-valve thin-film element of the first embodiment . The constituent materials of the antiferromagnetic layer 122 are also the same as those described above.
This is the same as the spin-valve thin film element of the first embodiment , except for a preferable composition range in which a good exchange coupling magnetic field can be obtained.

【0059】すなわち、反強磁性層122を形成するX
−Mnの式で示される合金において、Mnは37〜63
原子%の範囲とすることが好ましく、500(Oe)以
上の交換結合磁界が得られる42〜47原子%の範囲と
することがより好ましい。また、X’ーPt−Mnの式
で示される合金においても、Mnは37〜63原子%の
範囲とすることが好ましく、500(Oe)以上の交換
結合磁界が得られる42〜47原子%の範囲とすること
がより好ましい。さらにまた、X−Mnの式で示される
合金またはX’ーPt−Mnの式で示される合金は、上
述した第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様
に、アニールを施すことにより、反強磁性が示されると
ともに比抵抗が増加されたものとされることが好まし
い。
That is, X forming the antiferromagnetic layer 122
-In the alloy represented by the formula of Mn, Mn is 37 to 63.
%, And more preferably in the range of 42 to 47 atomic% at which an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. Also in the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, Mn is preferably in the range of 37 to 63 at%, and 42 to 47 at% of which an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more is obtained. More preferably, it is within the range. Furthermore, the alloy represented by the formula of X-Mn or the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn is annealed by performing annealing similarly to the spin valve thin film element of the first embodiment described above. It is preferable that antiferromagnetism be exhibited and the specific resistance be increased.

【0060】第2の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においても、前記反強磁性層122が、X−Mnの式で
示される合金またはX’ーPt−Mnの式で示される合
金で形成されたものであり、アニールを施すことによ
り、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたも
のであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換結合
磁界を発生させることができ、良好な抵抗変化率を有す
るスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。また、
比抵抗および抵抗変化率が大きいスピンバルブ型薄膜素
子となるため、良好な出力電圧が得られる高出力化に有
利なスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
Also in the spin-valve thin film element of the second embodiment , the antiferromagnetic layer 122 is formed of an alloy represented by the formula of X-Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn. Since the anti-ferromagnetism is exhibited and the specific resistance is increased by performing the annealing, it is excellent in heat resistance and durability, and can generate a large exchange coupling magnetic field. A spin-valve thin film element having a resistance change rate can be obtained. Also,
Since a spin-valve thin-film element having a large specific resistance and a high rate of change in resistance is obtained, a spin-valve thin-film element that is advantageous for increasing the output and obtaining a good output voltage can be obtained.

【0061】[第3の参考形態] 図3は、第3の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を記
録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図
である。第3の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子は、
フリー磁性層を中心として、その上下に非磁性導電層、
固定磁性層、反強磁性層が1層ずつ形成された、いわゆ
るデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。このデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層/非磁性
導電層/固定磁性層の3層の組合わせが2組存在するた
め、図1および図2に示したシングルスピンバルブ型薄
膜素子と比べて、大きな抵抗変化率を期待でき、高密度
記録化に対応できるものとなっている。
Third Embodiment FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a spin-valve thin film element according to a third embodiment viewed from the side facing a recording medium. The spin-valve thin film element of the third embodiment is
Non-magnetic conductive layers above and below the free magnetic layer,
This is a so-called dual spin-valve thin film element in which a fixed magnetic layer and an antiferromagnetic layer are formed one by one. In this dual spin-valve thin film element, since there are two combinations of three layers of a free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / fixed magnetic layer, the dual spin-valve thin-film element is compared with the single spin-valve thin film element shown in FIGS. As a result, a large resistance change rate can be expected, and it is possible to cope with high density recording.

【0062】図3に示すスピンバルブ型薄膜素子は、図
示しない基板上に設けられ、下から下地層141、反強
磁性層142、固定磁性層(下)143、非磁性導電層
144、フリー磁性層145、非磁性導電層146、固
定磁性層147(上)、反強磁性層148、保護層14
9の順で積層されている。なお、図3に示すように下地
層141から保護層149までの積層体の両側には、ハ
ードバイアス層132、132と導電層133、133
が形成されている。
The spin-valve type thin-film element shown in FIG. 3 is provided on a substrate (not shown), and has an underlayer 141, an antiferromagnetic layer 142, a fixed magnetic layer (bottom) 143, a nonmagnetic conductive layer 144, and a free magnetic layer. Layer 145, nonmagnetic conductive layer 146, fixed magnetic layer 147 (upper), antiferromagnetic layer 148, protective layer 14
9 are stacked in this order. As shown in FIG. 3, the hard bias layers 132 and 132 and the conductive layers 133 and 133 are provided on both sides of the stacked body from the base layer 141 to the protective layer 149.
Are formed.

【0063】第3の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
では、下地層141、フリー磁性層145、非磁性導電
層144、146、固定磁性層143、147、ハード
バイアス層132、保護層149、導電層133の構成
材料は、上述した参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と
同等とされる。また、反強磁性層142、148の構成
材料も、上述した参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と
同等とされる。
In the spin-valve thin film element of the third embodiment , the underlayer 141, the free magnetic layer 145, the nonmagnetic conductive layers 144 and 146, the fixed magnetic layers 143 and 147, the hard bias layer 132, the protective layer 149, and the conductive layer The constituent material of the layer 133 is equivalent to that of the spin-valve thin-film element of the above-described reference embodiment . The constituent materials of the antiferromagnetic layers 142 and 148 are also equivalent to those of the spin-valve thin-film element of the above-described reference embodiment .

【0064】第3の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においても、前記反強磁性層142、148が、X−M
nの式で示される合金またはX’ーPt−Mnの式で示
される合金で形成されたものであり、アニールを施すこ
とにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加さ
れたものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交
換結合磁界を発生させることができ、大きな抵抗変化率
を有するスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
さらに、反強磁性層142、148の比抵抗および抵抗
変化率が大きいため、良好な出力電圧が得られる高出力
化に有利なスピンバルブ型薄膜素子となる。
In the spin-valve thin-film element of the third embodiment , the antiferromagnetic layers 142 and 148
It is formed of an alloy represented by the formula of n or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, and exhibits an antiferromagnetism and an increased specific resistance by annealing. Therefore, a spin-valve thin film element having excellent heat resistance and durability, capable of generating a large exchange coupling magnetic field, and having a large rate of change in resistance can be obtained.
Further, since the antiferromagnetic layers 142 and 148 have a large specific resistance and a high rate of change in resistance, a spin-valve thin-film element which is advantageous for high output with good output voltage can be obtained.

【0065】[第4の参考形態] 図4は、第4の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を模
式図的に示した横断面図であり、図5は、図4に示した
スピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図である。図4および図5に
示すスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、固定磁性
層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一層ずつ形成さ
れた、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜
素子の一種である。
Fourth Embodiment FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a fourth embodiment , and FIG. 5 is a spin-valve thin-film element shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure when the thin film element is viewed from a surface facing a recording medium. The spin-valve thin film element shown in FIGS. 4 and 5 is a so-called bottom-type single spin-valve thin film element in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed one by one. It is a kind.

【0066】図4および図5において、図示しない基板
上に形成された最も下の層は、Taなどの非磁性材料で
形成された下地層10である。前記下地層10の上に
は、反強磁性層11が形成され、前記反強磁性層11の
上には、第1の固定磁性層12が形成されている。そし
て、前記第1の固定磁性層12の上には、非磁性中間層
13が形成され、前記非磁性中間層13の上には、第2
の固定磁性層14が形成されている。前記第1の固定磁
性層12および第2の固定磁性層14は、例えば、Co
膜、NiFe合金、CoNiFe合金、CoFe合金な
どで形成されている。
In FIGS. 4 and 5, the lowermost layer formed on a substrate (not shown) is an underlayer 10 made of a nonmagnetic material such as Ta. An antiferromagnetic layer 11 is formed on the underlayer 10, and a first fixed magnetic layer 12 is formed on the antiferromagnetic layer 11. A non-magnetic intermediate layer 13 is formed on the first pinned magnetic layer 12, and a second non-magnetic intermediate layer 13 is formed on the non-magnetic intermediate layer 13.
Is formed. The first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are made of, for example, Co
It is formed of a film, a NiFe alloy, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, or the like.

【0067】第4の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においては、上述の第1の参考形態のスピンバルブ型薄
膜素子と同様に、前記反強磁性層11が、X−Mn(た
だし、Xは、Pt、Ni、Pd、Ru、Ir、Rhのう
ちから選択される1種の元素を示す。)の式で示される
合金またはX’ーPt−Mn(ただし、X’は、Pd、
Cr、Ru、Ni、Ir、Rh、Au、Agのうちから
選択される1種または2種以上の元素を示す。)の式で
示される合金で形成されたものであり、アニールを施す
ことにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加
されたものとされることが好ましい。また、これら各合
金の組成についても、上述の第1の参考形態のX−Mn
の式で示される合金およびX’ーPt−Mnの式で示さ
れる合金と同等でよい。
In the spin-valve thin film element according to the fourth embodiment , the antiferromagnetic layer 11 is made of X-Mn (where X is similar to the spin-valve thin film element according to the first embodiment ). , Pt, Ni, Pd, Ru, Ir, Rh, which represents one element selected from the group consisting of) and X′-Pt—Mn (where X ′ is Pd,
One or more elements selected from Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Au, and Ag. ), And it is preferable that by annealing, the antiferromagnetism is exhibited and the specific resistance is increased. Further, the composition of each of these alloys is also the same as that of X-Mn of the first embodiment.
And an alloy represented by the formula of X′-Pt—Mn.

【0068】ところで、図4に示す第1の固定磁性層1
2及び第2の固定磁性層14に示されている矢印は、そ
れぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表して
おり、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化(M
s)と膜厚(t)とをかけた値で選定される。
Incidentally, the first pinned magnetic layer 1 shown in FIG.
The arrows shown on the second and second pinned magnetic layers 14 indicate the magnitude and direction of each magnetic moment, and the magnitude of the magnetic moment is determined by the saturation magnetization (M
s) is multiplied by the film thickness (t).

【0069】図4および図5に示す第1の固定磁性層1
2と第2の固定磁性層14とは同じ材質で形成され、し
かも、第2の固定磁性層14の膜厚tP2が、第1の固
定磁性層12の膜厚tP1よりも大きく形成されている
ために、第2の固定磁性層14の方が第1の固定磁性層
12に比べ、磁気モーメントが大きくなっている。ま
た、第1の固定磁性層12および第2の固定磁性層14
が異なる磁気モーメントを有することが望ましい。した
がって、第1の固定磁性層12の膜厚tP1が第2の固
定磁性層14の膜厚tP2より厚く形成されていてもよ
い。
First pinned magnetic layer 1 shown in FIGS. 4 and 5
2 and the second fixed magnetic layer 14 are formed of the same material, and the thickness tP 2 of the second fixed magnetic layer 14 is formed to be larger than the thickness tP 1 of the first fixed magnetic layer 12. Therefore, the second fixed magnetic layer 14 has a larger magnetic moment than the first fixed magnetic layer 12. In addition, the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14
Preferably have different magnetic moments. Therefore, the thickness tP 1 of the first fixed magnetic layer 12 may be formed larger than the thickness tP 2 of the second fixed magnetic layer 14.

【0070】第1の固定磁性層12は、図4および図5
に示すように、図示Y方向、すなわち記録媒体から離れ
る方向(ハイト方向)に磁化されており、非磁性中間層
13を介して対向する第2の固定磁性層14の磁化は、
前記第1の固定磁性層12の磁化方向と反平行(フェリ
状態)に磁化されている。
The first pinned magnetic layer 12 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 2, the magnetization of the second fixed magnetic layer 14 is magnetized in the illustrated Y direction, that is, the direction away from the recording medium (height direction).
The first pinned magnetic layer 12 is magnetized in an antiparallel (ferri-state) direction of magnetization.

【0071】第1の固定磁性層12は、反強磁性層11
に接して形成され、磁場中アニール(熱処理)を施すこ
とにより、前記第1の固定磁性層12と反強磁性層11
との界面にて交換結合磁界が発生し、例えば、図4およ
び図5に示すように、前記第1の固定磁性層12の磁化
が、図示Y方向に固定される。前記第1の固定磁性層1
2の磁化が、図示Y方向に固定されると、非磁性中間層
13を介して対向する第2の固定磁性層14の磁化は、
第1の固定磁性層12の磁化と反平行の状態で固定され
る。
The first pinned magnetic layer 12 is
The first pinned magnetic layer 12 and the antiferromagnetic layer 11 are formed by being subjected to annealing (heat treatment) in a magnetic field.
An exchange coupling magnetic field is generated at the interface between the first pinned magnetic layer 12 and the magnetization of the first pinned magnetic layer 12, for example, as shown in FIGS. The first fixed magnetic layer 1
2 is fixed in the Y direction in the figure, the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 opposed via the non-magnetic intermediate layer 13 becomes
The first fixed magnetic layer 12 is fixed in an anti-parallel state to the magnetization.

【0072】このようなスピンバルブ型薄膜素子におい
ては、交換結合磁界が大きいほど、第1の固定磁性層1
2の磁化と第2の固定磁性層14の磁化を安定して反平
行状態に保つことが可能である。この例のスピンバルブ
型薄膜素子では、反強磁性層11として、ブロッキング
温度が高く、しかも第1の固定磁性層12との界面で大
きい交換結合磁界を発生させる、X−Mnの式で示され
る合金またはX’ーPt−Mnの式で示される合金を使
用することで、前記第1の固定磁性層12及び第2の固
定磁性層14の磁化状態を熱的にも安定して保つことが
できる。
In such a spin-valve thin film element, as the exchange coupling magnetic field is larger, the first fixed magnetic layer 1
2 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 can be stably maintained in an antiparallel state. In the spin-valve thin film element of this example, the antiferromagnetic layer 11 has a high blocking temperature and generates a large exchange coupling magnetic field at the interface with the first pinned magnetic layer 12, which is represented by an X-Mn formula. By using an alloy or an alloy represented by the formula of X′-Pt—Mn, the magnetization states of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 can be kept thermally stable. it can.

【0073】以上のように、このようなスピンバルブ型
薄膜素子では、第1の固定磁性層12と第2の固定磁性
層14との膜厚比を適正な範囲内に収めることによっ
て、交換結合磁界(Hex)を大きくでき、第1の固定
磁性層12と第2の固定磁性層14の磁化を、熱的にも
安定した反平行状態(フェリ状態)に保つことができ、
しかも、良好な△MR(抵抗変化率)を得ることが可能
である。
As described above, in such a spin-valve thin-film element, the exchange coupling is achieved by keeping the thickness ratio between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 within an appropriate range. The magnetic field (Hex) can be increased, and the magnetizations of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 can be kept in an antiparallel state (ferri state) that is thermally stable.
In addition, a good ΔMR (resistance change rate) can be obtained.

【0074】次に、図4および図5に示す第1の固定磁
性層12と第2の固定磁性層14との間に介在する非磁
性中間層13について説明する。本発明では、第1の固
定磁性層12と第2の固定磁性層14との間に介在する
非磁性中間層13は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、
Cuのうちl種あるいは2種以上の合金で形成されてい
ることが好ましい。
Next, the nonmagnetic intermediate layer 13 interposed between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 shown in FIGS. 4 and 5 will be described. In the present invention, the nonmagnetic intermediate layer 13 interposed between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 is composed of Ru, Rh, Ir, Cr, Re,
It is preferable to form one or more alloys of Cu.

【0075】図4および図5に示すように、第2の固定
磁性層14の上には、Cuなどで形成された非磁性導電
層15が形成され、さらに前記非磁性導電層15の上に
は、フリー磁性層16が形成されている。図4および図
5に示すように、フリー磁性層16は、2層で形成され
ており、前記非磁性導電層15に接する側に形成された
符号17の層はCo膜で形成されている。また、もう一
方の層18は、NiFe合金や、CoFe合金、あるい
はCoNiFe合金などで形成されている。なお非磁性
導電層15に接する側にCo膜の層17を形成する理由
は、Cuにより形成された前記非磁性導電層15との界
面での金属元素等の拡散を防止でき、また、△MR(抵
抗変化率)を大きくできるからである。なお、符号19
はTaなどで形成された保護層である。
As shown in FIGS. 4 and 5, a nonmagnetic conductive layer 15 made of Cu or the like is formed on the second pinned magnetic layer 14, and further on the nonmagnetic conductive layer 15. Has a free magnetic layer 16 formed thereon. As shown in FIGS. 4 and 5, the free magnetic layer 16 is formed of two layers, and the layer of reference numeral 17 formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 15 is formed of a Co film. The other layer 18 is formed of a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. The reason why the Co film layer 17 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 15 is that diffusion of a metal element or the like at the interface with the nonmagnetic conductive layer 15 formed of Cu can be prevented. This is because the (resistance change rate) can be increased. Reference numeral 19
Is a protective layer formed of Ta or the like.

【0076】また、図4および図5に示すスピンバルブ
型薄膜素子の紙面垂直方向における両側には、例えばC
o一Pt合金やCo一Cr一Pt合金などで形成された
ハードバイアス層130、130及びCrやCuやWで
形成された導電層131、131が形成されており、前
記ハードバイアス層130のバイアス磁界の影響を受け
て、前記フリー磁性層16の磁化は、図示X1方向に磁
化された状態となっている。
On both sides of the spin-valve thin film element shown in FIGS.
Hard bias layers 130 and 130 made of o-Pt alloy or Co-Cr-Pt alloy and conductive layers 131 and 131 made of Cr, Cu or W are formed. Under the influence of the magnetic field, the magnetization of the free magnetic layer 16 is magnetized in the X1 direction in the figure.

【0077】第4の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においても、前記反強磁性層11が、X−Mnの式で示
される合金またはX’ーPt−Mnの式で示される合金
で形成されたものであり、アニールを施すことにより、
反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたもので
あるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換結合磁界
を発生させることができ、良好な抵抗変化率を有するス
ピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性層11の
比抵抗およびアニール後の抵抗増加が大きいため、良好
な出力電圧が得られる高出力化に有利なスピンバルブ型
薄膜素子となる。
Also in the spin-valve thin film element of the fourth embodiment , the antiferromagnetic layer 11 is formed of an alloy represented by the formula of X-Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn. By annealing,
Since the antiferromagnetism is exhibited and the specific resistance is increased, it is excellent in heat resistance, durability, can generate a large exchange coupling magnetic field, and has a good resistance change rate and a spin valve thin film element. Become. In addition, since the specific resistance of the antiferromagnetic layer 11 and the increase in resistance after annealing are large, a spin-valve thin-film element that is advantageous for increasing the output with a good output voltage can be obtained.

【0078】図4および図5におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、前記導電層131、131からフリー磁性
層16、非磁性導電層15、及び第2の固定磁性層14
にセンス電流が与えられる。記録媒体から図4および図
5に示す図示Y方向に磁界が与えられると、フリー磁性
層16の磁化は、図示X1方向からY方向に変動し、こ
のときの非磁性導電層15とフリー磁性層16との界
面、及び非磁性導電層15と第2の固定磁性層14との
界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることに
より、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検
出される。
In the spin-valve thin film element shown in FIGS. 4 and 5, the free magnetic layer 16, the nonmagnetic conductive layer 15, and the second pinned magnetic layer
Is supplied with a sense current. When a magnetic field is applied from the recording medium in the Y direction shown in FIGS. 4 and 5, the magnetization of the free magnetic layer 16 fluctuates in the Y direction from the X1 direction shown in FIG. The scattering of the spin-dependent conduction electrons occurs at the interface with the nonmagnetic conductive layer 16 and the interface between the nonmagnetic conductive layer 15 and the second pinned magnetic layer 14, so that the electrical resistance changes and the leakage magnetic field from the recording medium is detected. Is done.

【0079】ところで前記センス電流は、実際には、第
1の固定磁性層12と非磁性中間層13の界面および第
2の固定磁性層14と非磁性中間層13の界面などにも
流れる。前記第1の固定磁性層12は△MRに直接関与
せず、前記第1の固定磁性層12は、△MRに関与する
第2の固定磁性層14を適正な方向に固定するための、
いわば補助的な役割を担った層となっている。このた
め、センス電流が、第1の固定磁性層12及び非磁性中
間層13に流れることは、シャントロス(電流ロス)に
なるが、このシャントロスの量は非常に少なく、第4の
参考の形態では、従来とほぼ同程度の△MRを得ること
が可能となっている。
Incidentally, the sense current actually flows also at the interface between the first fixed magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13 and the interface between the second fixed magnetic layer 14 and the non-magnetic intermediate layer 13. The first pinned magnetic layer 12 is not directly involved in ΔMR, and the first pinned magnetic layer 12 is for fixing the second pinned magnetic layer 14 involved in ΔMR in an appropriate direction.
In other words, it is a layer that plays an auxiliary role. For this reason, the flow of the sense current through the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13 results in shunt loss (current loss) .
In the reference embodiment , it is possible to obtain a ΔMR that is substantially the same as that of the related art.

【0080】[第5の参考形態] 図6は、第5の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を模
式図的に示した横断面図であり、図7は、図6に示した
スピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図である。この例のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、図4および図5に示したスピンバル
ブ型薄膜素子の膜構成を逆にして形成したトップ型のシ
ングルスピンバルブ型薄膜素子である。すなわち、図6
および図7に示すスピンバルブ型薄膜素子では、図示し
ない基板上に、下から下地層10、NiFe膜22、C
o膜23(NiFe膜22とCo膜23を合わせてフリ
ー磁性層21)、非磁性導電層24、第2の固定磁性層
25、非磁性中間層26、第1の固定磁性層27、反強
磁性層28、及び保護層29の順で積層されている。
[0080][Fifth reference mode]  FIG.Fifth reference formModel of a spin-valve thin film device
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view shown in FIG.
Viewing the spin-valve thin film element from the side facing the recording medium
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure in the case where the above-mentioned structure is used. The spin bar in this example
The lube-type thin film element is a spin-valve shown in FIGS.
Top-type chip formed by reversing the film configuration of
This is a single spin valve thin film element. That is, FIG.
In the spin-valve type thin film element shown in FIG.
On a substrate not having the underlayer 10, NiFe film 22, C
o film 23 (the NiFe film 22 and the Co film 23
-Magnetic layer 21), non-magnetic conductive layer 24, second pinned magnetic layer
25, non-magnetic intermediate layer 26, first pinned magnetic layer 27,
The magnetic layer 28 and the protective layer 29 are stacked in this order.

【0081】第5の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においては、上述の第2の参考形態のスピンバルブ型薄
膜素子の反強磁性層11と同様に、前記反強磁性層28
が、X−Mnの式で示される合金またはX’ーPt−M
nの式で示される合金で形成されたものであり、アニー
ルを施すことにより、反強磁性が示されるとともに比抵
抗が増加されたものとされていることが好ましい。ま
た、これら各合金の組成についても、上述の第2の参考
形態のX−Mnの式で示される合金およびX’ーPt−
Mnの式で示される合金と同等でよい。
In the spin-valve thin film element of the fifth embodiment , the antiferromagnetic layer 28 is similar to the antiferromagnetic layer 11 of the spin-valve thin film element of the second embodiment.
Is an alloy represented by the formula of X—Mn or X′-Pt-M
It is preferably made of an alloy represented by the formula of n, and by annealing, it is preferable to exhibit antiferromagnetism and increase the specific resistance. The composition of each of these alloys is also described in the above second reference.
X-Mn in the form of an alloy of the formula X'-Pt-
It may be equivalent to the alloy represented by the formula of Mn.

【0082】次に、図6および図7に示す第1の固定磁
性層27と第2の固定磁性層25との間に介在する非磁
性中間層26は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu
のうち1種あるいは2種以上の合金で形成されているこ
とが好ましい。
Next, the nonmagnetic intermediate layer 26 interposed between the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 shown in FIGS. 6 and 7 is made of Ru, Rh, Ir, Cr, , Cu
It is preferable to be formed of one or more alloys among them.

【0083】図6および図7に示すスピンバルブ型薄膜
素子では、第1の固定磁性層27の膜厚tP1は、第2
の固定磁性層25の膜厚tP2と異なる値で形成され、
例えば、前記第1の固定磁性層27の膜厚tP1の方
が、第2の固定磁性層25の膜厚tP2よりも厚く形成
されている。また、前記第1の固定磁性層27の磁化
が、図示Y方向に磁化され、前記第2の固定磁性層25
の磁化は、図示Y方向と逆の方向に磁化されて、第1の
固定磁性層27と第2の固定磁性層25磁化は、フェリ
状態となっている。なお、図6および図7に示すよう
に、下地層10から保護層29までの積層体の両側に
は、ハードバイアス層130、130と導電層131、
131が形成されており、前記ハードバイアス層130
が図示X1方向に磁化されていることによって、フリー
磁性層21の磁化が図示X1方向に揃えられている。
In the spin-valve thin film device shown in FIGS. 6 and 7, the thickness tP 1 of the first pinned magnetic layer 27 is
Is formed with a value different from the thickness tP 2 of the fixed magnetic layer 25,
For example, the thickness tP 1 of the first fixed magnetic layer 27 is formed larger than the thickness tP 2 of the second fixed magnetic layer 25. The magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is magnetized in the Y direction in the drawing, and the second pinned magnetic layer 25 is magnetized.
Is magnetized in a direction opposite to the Y direction in the drawing, and the magnetizations of the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 are in a ferrimagnetic state. As shown in FIGS. 6 and 7, the hard bias layers 130 and 130 and the conductive layer 131 are provided on both sides of the stacked body from the base layer 10 to the protective layer 29.
131 is formed, and the hard bias layer 130 is formed.
Are magnetized in the illustrated X1 direction, so that the magnetization of the free magnetic layer 21 is aligned in the illustrated X1 direction.

【0084】図6および図7におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、前記導電層131からフリー磁性層21、
非磁性導電層24、及び固定磁性層25にセンス電流が
与えられる。記録媒体から図6および図7に示す図示Y
方向に磁界が与えられると、フリー磁性層21の磁化
は、図示X1方向からY方向に変動し、このときの非磁
性導電層24とフリー磁性層21との界面、及び非磁性
導電層24と第2の固定磁性層25との界面でスピンに
依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗
が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
In the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 6 and 7,
A sense current is applied to the nonmagnetic conductive layer 24 and the fixed magnetic layer 25. Illustrated Y shown in FIGS. 6 and 7 from the recording medium
When a magnetic field is applied in the direction, the magnetization of the free magnetic layer 21 fluctuates from the X1 direction in the drawing to the Y direction, and at this time, the interface between the nonmagnetic conductive layer 24 and the free magnetic layer 21 and the nonmagnetic conductive layer 24 At the interface with the second pinned magnetic layer 25, the scattering of the conduction electrons depending on the spin occurs, so that the electric resistance changes and the leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0085】第5の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においても、前記反強磁性層28が、X−Mnの式で示
される合金またはX’ーPt−Mnの式で示される合金
で形成されたものであり、アニールを施すことにより、
反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたもので
あるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換結合磁界
を発生させることができ、良好な抵抗変化率を有するス
ピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性層28の
比抵抗およびアニール後の抵抗増加が大きいため、良好
な出力電圧が得られる高出力化に有利なスピンバルブ型
薄膜素子となる。
Also in the spin-valve thin film element of the fifth embodiment , the antiferromagnetic layer 28 is formed of an alloy represented by the formula of X-Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn. By performing annealing,
Since the antiferromagnetism is exhibited and the specific resistance is increased, it is excellent in heat resistance, durability, can generate a large exchange coupling magnetic field, and has a good resistance change rate and a spin valve thin film element. Become. Further, since the specific resistance of the antiferromagnetic layer 28 and the increase in resistance after annealing are large, a spin-valve thin-film element which is advantageous for increasing the output and obtaining a good output voltage is obtained.

【0086】[第1の実施形態] 図8は、本発明の第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜
素子を模式図的に示した横断面図であり、図9は、図8
に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面
側から見た場合の構造を示した断面図である。この例の
スピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心とし
て、その上下に非磁性導電層、固定磁性層、及び反強磁
性層が1層ずつ形成された、いわゆるデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子である。このデュアルスピンバルブ型薄
膜素子では、フリー磁性層/非磁性導電層/固定磁性層
の3層の組合わせが2組存在するため、シングルスピン
バルブ型薄膜素子に比べて大きな△MRを期待でき、高
密度記録化に対応できるものとなっている。
[0086][First Embodiment]  FIG.First embodimentSpin valve thin film
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the element, and FIG.
The spin-valve thin film element shown in
It is sectional drawing which showed the structure at the time of seeing from the side. In this example
Spin-valve thin-film devices mainly use a free magnetic layer.
A nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic
So-called dual spin bar in which conductive layers are formed one by one
It is a lube type thin film element. This dual spin valve type thin
For film elements, free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / fixed magnetic layer
Because there are two combinations of three layers, single spin
A large ΔMR can be expected compared to a valve-type thin-film element.
It is compatible with density recording.

【0087】図8および図9に示すスピンバルブ型薄膜
素子は、図示しない基板上に、下から下地層30、反強
磁性層31、第1の固定磁性層(下)32、非磁性中問
層(下)33、第2の固定磁性層(下)34、非磁性導
電層35、フリー磁性層36(符号37,39はCo
膜、符号38はNiFe合金膜)、非磁性導電層40、
第2の固定磁性層(上)41、非磁性中間層(上)4
2、第1の固定磁性層(上)43、反強磁性層44、及
び保護層45の順で積層されている。なお、図9に示す
ように、下地層30から保護層45までの積層体の両側
には、ハードバイアス層130と導電層131が形成さ
れている。
The spin-valve thin-film element shown in FIGS. 8 and 9 has a base layer (not shown), an antiferromagnetic layer 31, a first pinned magnetic layer (lower) 32, and a non-magnetic intermediate layer. Layer (lower) 33, second pinned magnetic layer (lower) 34, nonmagnetic conductive layer 35, free magnetic layer 36 (reference numerals 37 and 39 indicate Co
Film, reference numeral 38 is a NiFe alloy film), a nonmagnetic conductive layer 40,
Second pinned magnetic layer (upper) 41, non-magnetic intermediate layer (upper) 4
2, a first pinned magnetic layer (upper) 43, an antiferromagnetic layer 44, and a protective layer 45 are stacked in this order. As shown in FIG. 9, a hard bias layer 130 and a conductive layer 131 are formed on both sides of the stacked body from the base layer 30 to the protective layer 45.

【0088】本発明の第1の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子において、前記反強磁性層31、44は、上述
参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、X−M
nの式で示される合金またはX’ーPt−Mnの式で示
される合金で形成されたものであり、アニールを施すこ
とにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加さ
れたものとされることが好ましい。
In the spin-valve thin-film element of the first embodiment of the present invention, the antiferromagnetic layers 31 and 44 are made of XM like the spin-valve thin-film element of the above-described reference embodiment.
n ′ or an alloy represented by the formula of X′-Pt—Mn, and it is considered that by annealing, the antiferromagnetism is exhibited and the specific resistance is increased. Preferably.

【0089】また、図8および図9に示す第1の固定磁
性層(下)32,(上)43と第2の固定磁性層、
(下)34,(上)41との間に介在する非磁性中間層
33,42は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuの
うち1種あるいは2種以上の合金で形成されていること
が好ましい。
Further, the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 and the second fixed magnetic layer shown in FIGS.
The nonmagnetic intermediate layers 33 and 42 interposed between the (lower) 34 and the (upper) 41 are made of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. Is preferred.

【0090】図8および図9に示すように、フリー磁性
層36よりも下側に形成された第1の固定磁性層(下)
32の膜厚tP1は、非磁性中間層33を介して形成さ
れた第2の固定磁性層(下)34の膜厚tP2に比べて
薄く形成されている。一方、フリー磁性層36よりも上
側に形成されている第1の固定磁性層(上)43の膜厚
tP1は、非磁性中間層42を介して形成された第2の
固定磁性層41(上)の膜厚tP2に比べ厚く形成され
ている。そして、第1の固定磁性層(下)32,(上)
43の磁化は、共に図示Y方向と反対方向に磁化されて
おり、第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化
は、図示Y方向に磁化された状態になっている。
As shown in FIGS. 8 and 9, a first pinned magnetic layer (lower) formed below the free magnetic layer 36
The thickness tP 1 of 32 is smaller than the thickness tP 2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34 formed via the nonmagnetic intermediate layer 33. On the other hand, the thickness tP 1 of the first fixed magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 is equal to the thickness of the second fixed magnetic layer 41 (formed through the nonmagnetic intermediate layer 42). It is thicker than the thickness tP 2 above). Then, the first pinned magnetic layer (lower) 32, (upper)
The magnetization of 43 is magnetized in the direction opposite to the Y direction in the figure, and the magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 are magnetized in the Y direction in the figure.

【0091】図4〜図7に示す第4の参考形態および
5の参考形態のシングルスピンバルブ型簿膜素子の場合
にあっては、第1の固定磁性層のMs・tP1と第2の
固定磁性層のMs・tP2が異なるように膜厚などを調
節し、第1の固定磁性層の磁化の向きは、図示Y方向あ
るいは図示Y方向と反対方向のどちらでもよい。しか
し、図8および図9に示すデュアルスピンバルブ型薄膜
素子にあっては、第1の固定磁性層(下)32,(上)
43の磁化が、共に同じ方向に向くようにする必要性が
ある。そのため、本発明では、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43の磁気モーメントMs・tP1と、第
2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁気モーメン
トMs・tP2との調整、及び熱処理中に印加する磁場
の方向及びその大きさを適正に調節することで、デュア
ルスピンバルブ型薄膜素子として満足に機能させること
ができる。
[0091] A fourth reference embodiment shown in FIGS. 4 to 7 and the
In the case of the single spin valve type thin film element of the fifth embodiment , the film thickness and the like are set so that Ms · tP 1 of the first fixed magnetic layer is different from Ms · tP 2 of the second fixed magnetic layer. The direction of the magnetization of the first pinned magnetic layer may be adjusted in the illustrated Y direction or the opposite direction to the illustrated Y direction. However, in the dual spin-valve thin film element shown in FIGS. 8 and 9, the first fixed magnetic layer (lower) 32, (upper)
There is a need to make the magnetizations of 43 both point in the same direction. Therefore, in the present invention, the first pinned magnetic layer (lower)
32, the magnetic moment Ms · tP 1 (top) 43, the second fixed magnetic layer (lower) 34, adjustment of the magnetic moment Ms · tP 2 (top) 41, and the direction of the magnetic field applied during the heat treatment By properly adjusting the size of the device, the device can function satisfactorily as a dual spin-valve thin film device.

【0092】ここで、第1の固定磁性層(下)32,
(上)43の磁化を共に同じ方向に向けておくのは、前
記第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁化と反
平行になる第2の固定磁性層(下)34,(上)41の
磁化を、共に同じ方向に向けておくためであり、その理
由について以下に説明する。
Here, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
The reason why both the magnetizations of the (upper) 43 are oriented in the same direction is that the first fixed magnetic layer (lower) 32 and the second fixed magnetic layer (lower) 34 which are antiparallel to the magnetization of the (upper) 43. , (Upper) 41 are to be directed in the same direction, and the reason will be described below.

【0093】前述したように、スピンバルブ型薄膜素子
の△MRは、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変
動磁化との関係によって得られるものである。本発明の
ように、固定磁性層が第1の固定磁性層と第2の固定磁
性層の2層に分断された場合にあっては、前記△MRに
直接関与する固定磁性層の層は、第2の固定磁性層であ
り、第1の固定磁性層は、前記第2の固定磁性層の磁化
を一定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割を
担っている。
As described above, ΔMR of the spin-valve thin film element is obtained from the relationship between the fixed magnetization of the fixed magnetic layer and the fluctuating magnetization of the free magnetic layer. In the case where the fixed magnetic layer is divided into the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer as in the present invention, the layer of the fixed magnetic layer directly involved in the ΔMR is: This is a second fixed magnetic layer, and the first fixed magnetic layer has a so-called auxiliary role for fixing the magnetization of the second fixed magnetic layer in a certain direction.

【0094】仮に図8および図9に示す第2の固定磁性
層(下)34,(上)41の磁化が互いに反対方向に固
定されているとすると、例えば、第2の固定磁性層
(上)41の固定磁化と、フリー磁性層36の変動磁化
との関係では、抵抗が大きくなっても、第2の固定磁性
層(下)34の固定磁化とフリー磁性層36の変動磁化
との関係では、抵抗が非常に小さくなってしまい、結
局、デュアルスピンバルブ型薄膜素子における△MR
は、図4〜図7に示す第4の参考形態および第5の参考
形態のシングルスピンバルブ型簿膜素子の△MRよりも
小さくなってしまう。
Assuming that the magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 shown in FIGS. 8 and 9 are fixed in opposite directions, for example, the second fixed magnetic layer (upper) Regarding the relationship between the fixed magnetization of 41 and the variable magnetization of the free magnetic layer 36, the relationship between the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 34 and the variable magnetization of the free magnetic layer 36 even if the resistance increases. In such a case, the resistance becomes very small.
Are the fourth embodiment and the fifth embodiment shown in FIGS.
It becomes smaller than ΔMR of the single spin valve type thin film element of the embodiment .

【0095】この問題は、固定磁性層を非磁性中間層を
介して2層に分断したデュアルスピンバルブ型薄膜素子
に限ったことではなく、図3に示す第3の参考形態のデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子などであっても同じこと
であり、シングルスピンバルブ型薄膜素子に比ベ△MR
を大きくでき、大きな出力を得ることができるデュアル
スピンパルブ型薄膜素子の特性を発揮させるには、フリ
ー磁性層の上下に形成される固定磁性層を共に同じ方向
に固定しておく必要がある。
This problem is not limited to the dual spin-valve thin film element in which the fixed magnetic layer is divided into two layers via the non-magnetic intermediate layer, but the dual spin-valve thin-film element of the third embodiment shown in FIG. The same applies to thin-film elements, etc.
In order to exhibit the characteristics of a dual spin-valve thin film element capable of increasing the output and obtaining a large output, it is necessary to fix both fixed magnetic layers formed above and below the free magnetic layer in the same direction.

【0096】ところで、本発明では、図8および図9に
示すように、フリー磁性層36よりも下側に形成された
固定磁性層は、第2の固定磁性層(下)34のMs・t
2の方が、第1の固定磁性層(下)32のMs・tP1
に比べて大きくなっており、Ms・tP2の大きい第2
の固定磁性層(下)34の磁化が、図示Y方向に固定さ
れている。そして、第2の固定磁性層(下)34のMs
・tP2と、第1の固定磁性層(下)32のMs・tP1
とを足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントは、M
s・tP2の大きい第2の固定磁性層(下)34の磁気
モーメントに支配され、図示Y方向に向けられている。
In the present invention, as shown in FIGS. 8 and 9, the pinned magnetic layer formed below the free magnetic layer 36 is the Ms · t of the second pinned magnetic layer (lower) 34.
P 2 is Ms · tP 1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32.
, The second of which Ms · tP 2 is large.
The magnetization of the fixed magnetic layer (lower) 34 is fixed in the illustrated Y direction. The Ms of the second pinned magnetic layer (lower) 34
TP 2 and Ms · tP 1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32
The so-called composite magnetic moment obtained by adding
It is governed by the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 having a large s · tP 2 and is directed in the Y direction in the figure.

【0097】一方、フリー磁性層36よりも上側に形成
された固定磁性層は、第1の固定磁性層(上)43のM
s・tP1の方が、第2の固定磁性層(上)41のMs
・tP2に比べて大きくなっており、Ms・tP1の大き
い第1の固定磁性層(上)43の磁化が、図示Y方向と
反対方向に固定されている。第1の固定磁性層(上)4
3のMs・tP1と、第2の固定磁性層(上)41のM
s・tP2とを足した、いわゆる合成磁気モーメント
は、第1の固定磁性層(上)43のMs・tP1に支配
され、図示Y方向と反対方向に向けられている。
On the other hand, the pinned magnetic layer formed above the free magnetic layer 36 is the first pinned magnetic layer (upper) 43
s · tP 1 is the Ms of the second pinned magnetic layer (upper) 41
The magnetization of the first pinned magnetic layer (upper) 43 which is larger than tP 2 and has a larger Ms · tP 1 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure. First pinned magnetic layer (upper) 4
3 of the Ms · tP 1, M of the second pinned magnetic layer (upper) 41
The so-called synthetic magnetic moment obtained by adding s · tP 2 is governed by Ms · tP 1 of the first pinned magnetic layer (upper) 43 and is directed in the direction opposite to the Y direction in the figure.

【0098】すなわち、図8および図9に示すデュアル
スピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層36の上下
で、第1の固定磁性層のMs・tP1と第2の固定磁性
層のMs・tP2を足して求めることができる合成磁気
モーメントの方向が、反対方向になっているのである。
このため、フリー磁性層36よりも下側で形成される図
示Y方向に向けられた合成磁気モーメントと、前記フリ
ー磁性層36よりも上側で形成される図示Y方向と反対
方向に向けられた合成磁気モーメントとが、図示左周り
の磁界を形成している。従って、前記合成磁気モーメン
トによって形成される磁界により、第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の磁化と第2の固定磁性層
(下)34,(上)41の磁化とがさらに安定したフェ
リ状態を保つことが可能である。
That is, in the dual spin-valve thin film device shown in FIGS. 8 and 9, Ms · tP 1 of the first fixed magnetic layer and Ms · tP The direction of the resultant magnetic moment, which can be determined by adding 2 , is opposite.
Therefore, a combined magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 and directed in the illustrated Y direction and a combined magnetic moment formed above the free magnetic layer 36 in the opposite direction to the illustrated Y direction. The magnetic moment forms a left-handed magnetic field in the figure. Therefore, the magnetization of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 and the magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 are caused by the magnetic field formed by the combined magnetic moment. Further, a stable ferri-state can be maintained.

【0099】更に、センス電流114は、主に比抵抗の
小さい非磁性導電層35,39を中心にして流れ、セン
ス電流114を流すことにより、右ネジの法則によって
センス電流磁界が形成されることになるが、センス電流
114を図3の方向に流すことにより、フリー磁性層3
6の下側に形成された第1の固定磁性層(下)32/非
磁性中間層(下)33/第2の固定磁性層(下)34の
場所にセンス電流が作るセンス電流磁界の方向を、前記
第1の固定磁性層(下)32/非磁性中間層(下)33
/第2の固定磁性層(下)34の合成磁気モーメントの
方向と一致させることができ、さらに、フリー磁性層3
6よりも上側に形成された第1の固定磁性層(上)43
/非磁性中間層(上)42/第2の固定磁性層(上)4
1の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界を、前記第
1の固定磁性層(上)43/非磁性中間層(上)42/
第2の固定磁性層(上)41の合成磁気モーメントの方
向と一致させることができる。
Further, the sense current 114 mainly flows around the nonmagnetic conductive layers 35 and 39 having a small specific resistance. However, by flowing the sense current 114 in the direction of FIG.
6, the direction of the sense current magnetic field generated by the sense current at the location of the first fixed magnetic layer (lower) 32 / non-magnetic intermediate layer (lower) 33 / second fixed magnetic layer (lower) 34 formed below The first pinned magnetic layer (lower) 32 / non-magnetic intermediate layer (lower) 33
/ The direction of the synthetic magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 can be matched with the direction of the free magnetic layer 3.
First fixed magnetic layer (upper) 43 formed above layer 6
/ Non-magnetic intermediate layer (upper) 42 / second fixed magnetic layer (upper) 4
The first fixed magnetic layer (upper) 43 / non-magnetic intermediate layer (upper) 42 /
The direction of the combined magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 41 can be matched.

【0100】センス電流磁界の方向と合成磁気モーメン
トの方向を一致させることのメリットに関しては後で詳
述するが、簡単に言えば、前記固定磁性層の熱的安定性
を高めることができることと、大きなセンス電流を流せ
ることができるので、再生出力を向上できるという、非
常に大きいメリットがある。センス電流磁界と合成磁気
モーメントの方向に関するこれらの関係は、フリー磁性
層36の上下に形成される固定磁性層の合成磁気モーメ
ントが、図示左周りの磁界を形成しているからである。
The merit of making the direction of the sense current magnetic field coincide with the direction of the synthetic magnetic moment will be described later in detail. Since a large sense current can be passed, there is a very great merit that the reproduction output can be improved. The relationship between the sense current magnetic field and the direction of the resultant magnetic moment is because the resultant magnetic moment of the fixed magnetic layer formed above and below the free magnetic layer 36 forms a leftward magnetic field in the drawing.

【0101】ハードディスクなどの装置内の環境温度ま
たはセンス電流の増大により素子温度は、約200℃程
度まで上昇し、さらに今後、記録媒体の回転数などの増
大によって、素子温度がさらに上昇する傾向にある。こ
のように環境温度が上昇すると、交換結合磁界は低下す
るが、本発明によれば、合成磁気モーメントで形成され
る磁界と、センス電流磁界により、熱的にも安定して第
1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁化と第2の
固定磁性層(下)34,(上)41の磁化とをフェリ状
態に保つことができる。
The element temperature rises to about 200 ° C. due to an increase in the environmental temperature or the sense current in a device such as a hard disk. is there. As the environmental temperature increases, the exchange coupling magnetic field decreases. However, according to the present invention, the first fixed magnetic field is thermally stabilized by the magnetic field formed by the combined magnetic moment and the sense current magnetic field. The magnetizations of the layers (lower) 32 and (upper) 43 and the magnetizations of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 can be maintained in a ferri-state.

【0102】前述した合成磁気モーメントによる磁界の
形成、及び、合成磁気モーメントによる磁界とセンス電
流磁界との方向関係は、本発明特有の構成であり、フリ
ー磁性層の上下に単層で形成され、しかも、同じ方向に
向けられ固定磁化された固定磁性層を有する従来のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子では、得ることができない
ものとなっている。
The formation of the magnetic field by the combined magnetic moment and the directional relationship between the magnetic field by the combined magnetic moment and the sense current magnetic field are unique to the present invention. Moreover, the conventional dual spin-valve thin film element having a fixed magnetic layer oriented in the same direction and fixedly magnetized cannot be obtained.

【0103】また、第1の実施形態では、フリー磁性層
36よりも下側に形成された第1の固定磁性層(下)3
2のMs・tP1を、第2の固定磁性層34のMs・t
2よりも大きくし、且つ、前記フリー磁性層36より
も上側に形成された第1の固定磁性層43のMs・tP
1を第2の固定磁性層41のMs・tP2よりも小さくし
てもよい。この場合においても、第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の磁化を得たい方向、すなわち
図示Y方向あるいは図示Y方向と反対方向に5k(O
e)以上の磁界を印加することによって、フリー磁性層
36の上下に形成された第2の固定磁性層(下)34,
(上)41を同じ方向に向けて固定でき、しかも、図示
右回りのあるいは左回りの合成磁気モーメントによる磁
界を形成できる。
In the first embodiment , the first pinned magnetic layer (lower) 3 formed below the free magnetic layer 36 is formed.
Ms · tP 1 of the second pinned magnetic layer 34
Ms · tP of the first pinned magnetic layer 43 formed above P 2 and above the free magnetic layer 36.
1 may be smaller than Ms · tP 2 of the second pinned magnetic layer 41. Also in this case, 5k (O) is applied in the direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 is to be obtained, that is, in the illustrated Y direction or the opposite direction to the illustrated Y direction.
e) By applying the above magnetic field, the second fixed magnetic layer (lower) 34 formed above and below the free magnetic layer 36,
(Upper) 41 can be fixed in the same direction, and a magnetic field can be formed by a combined clockwise or counterclockwise magnetic moment.

【0104】以上、図4〜図9に示したスピンバルブ型
薄膜素子によれば、固定磁性層を非磁性中間層を介して
第1の固定磁性層と第2の固定磁性層との2層に分断
し、この2層の固定磁性層間に発生する交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって前記2層の固定磁性層の
磁化を反平行状態(フェリ状態)にすることにより、従
来に比べて熱的にも安定した固定磁性層の磁化状態を保
つことができる。特に本実施の形態では、反強磁性層と
してプロッキング温度が非常に高く、また第1の固定磁
性層との界面で大きい交換結合磁界(交換異方性磁界)
を発生するX−Mnの式で示される合金またはX’ーP
t−Mnの式で示される合金を使用することにより、第
1の固定磁性層と第2の固定磁性層との磁化状態を、よ
り熱的安定性に優れたものにできる。
As described above, according to the spin-valve thin-film element shown in FIGS. And the magnetization of the two fixed magnetic layers is changed to an anti-parallel state (ferri state) by an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two fixed magnetic layers. The stable magnetization state of the pinned magnetic layer can be maintained. In particular, in the present embodiment, the antiferromagnetic layer has a very high blocking temperature and a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first fixed magnetic layer.
Or an X′-P alloy represented by the formula
By using the alloy represented by the formula of t-Mn, the magnetization states of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be made more excellent in thermal stability.

【0105】さらに本実施の形態では、第1の固定磁性
層のMs・tP1と第2の固定磁性層のMs・tP2とを
異なる値で形成し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさ
及びその方向を適正に調節することによって、前記第1
の固定磁性層(及び第2の固定磁性層)の磁化を得たい
方向に磁化させることが可能である。
Further, in the present embodiment, Ms · tP 1 of the first pinned magnetic layer and Ms · tP 2 of the second pinned magnetic layer are formed with different values, and the magnitude of the applied magnetic field during the heat treatment is different. And by properly adjusting its direction, the first
Can be magnetized in a direction in which the magnetization of the fixed magnetic layer (and the second fixed magnetic layer) is to be obtained.

【0106】特に図8および図9に示すデユアルスピン
バルブ型薄膜素子にあっては、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43のMs・tP1と第2の固定磁性層
(下)34,(上)41のMs・tP2を適正に調節
し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を
適正に調節することによって、△MRに関与するフリー
磁性層36の上下に形成された2つの第2の固定磁性層
(下)34,(上)41の磁化を共に同じ方向に固定で
き、且つフリー磁性層36の上下に形成される合成磁気
モーメントを互いに反対方向に形成できることによっ
て、前記合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び、
前記合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界と
の方向関係の形成ができ、固定磁性層の磁化の熱的安定
性をさらに向上させることが可能である。
In particular, in the dual spin valve type thin film device shown in FIGS. 8 and 9, the first fixed magnetic layer (lower)
32, (top) 43 of the Ms · tP 1 and the second pinned magnetic layer (lower) 34, (top) 41 Ms · tP 2 properly adjust the further size and direction of the applied magnetic field during heat treatment Is properly adjusted, the magnetizations of the two second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 formed above and below the free magnetic layer 36 involved in ΔMR can be fixed in the same direction, In addition, since the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 can be formed in directions opposite to each other, the formation of a magnetic field by the combined magnetic moment, and
The directional relationship between the magnetic field and the sense current magnetic field can be formed by the combined magnetic moment, and the thermal stability of the magnetization of the fixed magnetic layer can be further improved.

【0107】本発明の第1の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層31、44が、X
−Mnの式で示される合金またはX’ーPt−Mnの式
で示される合金で形成されたものであり、アニールを施
すことにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増
加されたものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大き
な交換結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗変
化率を有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、反
強磁性層31、44の比抵抗およびアニールによる抵抗
増大が大きいため、良好な出力電圧が得られる高出力化
に有利なスピンバルブ型薄膜素子となる。
In the spin-valve thin film element according to the first embodiment of the present invention, the antiferromagnetic layers 31 and 44 also
-An alloy represented by the formula of -Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, which exhibits antiferromagnetism and has increased specific resistance by annealing. As a result, a spin-valve thin film element having excellent heat resistance and durability, capable of generating a large exchange coupling magnetic field, and having a good resistance change rate is obtained. Further, since the specific resistances of the antiferromagnetic layers 31 and 44 and the resistance increase due to annealing are large, a spin-valve thin film element which is advantageous in increasing the output and obtaining a good output voltage is obtained.

【0108】[第6の参考形態] 図10は、第6の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を
模式図的に示した横断面図であり、図11は、図10に
示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側
から見た場合の構造を示した断面図である。このスピン
バルブ型薄膜素子においても、図4〜図9に示すスピン
バルブ型薄膜素子と同様に、ハードディスク装置に設け
られた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設け
られて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するもの
である。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移
動方向は図示Z方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁
界の方向はY方向である。このスピンバルブ型薄膜素子
は、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間
層を介して第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の
2層に分断されている。
Sixth Embodiment FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin-film element according to a sixth embodiment . FIG. 11 is a cross-sectional view showing the spin-valve thin-film element shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure when the thin film element is viewed from a surface facing a recording medium. Also in this spin-valve type thin film element, similarly to the spin-valve type thin film element shown in FIGS. It detects a magnetic field. The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction. In this spin-valve thin film element, not only the fixed magnetic layer but also the free magnetic layer is divided into two layers, a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, via a nonmagnetic intermediate layer.

【0109】第6の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
は、図10および図11に示すように、図示しない基板
上に、下から下地層50、反強磁性層51、第1の固定
磁性層52、非磁性中間層53、第2の固定磁性層5
4、非磁性導電層55、第1のフリー磁性層56、非磁
性中間層59、第2のフリー磁性層60、及び保護層6
1の順に積層されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, a spin-valve thin film element according to a sixth embodiment has a base layer 50, an antiferromagnetic layer 51, a first pinned magnetic layer 52, non-magnetic intermediate layer 53, second pinned magnetic layer 5
4. Nonmagnetic conductive layer 55, first free magnetic layer 56, nonmagnetic intermediate layer 59, second free magnetic layer 60, and protective layer 6.
No. 1 are stacked.

【0110】第6の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
において、前記下地層50及び保護層61は、例えばT
aなどで形成されている。また、前記反強磁性層51
は、上述の第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と
同様に、X−Mnの式で示される合金またはX’ーPt
−Mnの式で示される合金で形成されたものであり、ア
ニールを施すことにより、反強磁性が示されるとともに
比抵抗が増加されたものとされることが好ましい。第1
の固定磁性層52及び第2の固定磁性層54は、Co
膜、NiFe合金、CoFe合金、あるいはCoNiF
e合金などで形成されている。また、非磁性中間層53
は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あ
るいは2種以上の合金で形成されていることが好まし
い。さらに、非磁性導電層55はCuなどで形成されて
いる。
In the spin-valve thin-film element of the sixth embodiment , the underlayer 50 and the protective layer 61 are made of, for example, T
a and the like. The antiferromagnetic layer 51
Is an alloy represented by the formula of X—Mn or X′-Pt, similarly to the spin-valve thin film element of the first embodiment.
It is preferably formed of an alloy represented by the formula of -Mn, and annealed to exhibit antiferromagnetism and to increase specific resistance. First
The fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 are made of Co.
Film, NiFe alloy, CoFe alloy, or CoNiF
It is formed of an e-alloy or the like. The non-magnetic intermediate layer 53
Is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. Further, the nonmagnetic conductive layer 55 is formed of Cu or the like.

【0111】前記第1の固定磁性層52の磁化と第2の
固定磁性層54の磁化は、互いに反平行に磁化されたフ
ェリ状態となっており、例えば、第1の固定磁性層52
の磁化は、図示Y方向に、第2の固定磁性層54の磁化
は、図示Y方向と反対方向に固定されている。このフェ
リ状態の安定性を保つためには、大きい交換結合磁界が
必要である。本参考の形態では、より大きな交換結合磁
界を得るために、以下に示す種々の適正化を行ってい
る。
The magnetization of the first pinned magnetic layer 52 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 are in a ferrimagnetic state magnetized antiparallel to each other.
Is fixed in the illustrated Y direction, and the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is fixed in the direction opposite to the illustrated Y direction. In order to maintain the stability of the ferri state, a large exchange coupling magnetic field is required. In the present embodiment, various optimizations described below are performed to obtain a larger exchange coupling magnetic field.

【0112】図10および図11に示す非磁性導電層5
5の上には、第1のフリー磁性層56が形成されてい
る。図10および図11に示すように、前記第1のフリ
ー磁性層56は2層で形成されており、非磁性導電層5
5に接する側にCo膜57が形成されている。非磁性導
電層55に接する側にCo膜57を形成するのは、第1
に△MRを大きくできるため、第2に非磁性導電層55
との拡散を防止するためである。
Non-magnetic conductive layer 5 shown in FIGS. 10 and 11
5, a first free magnetic layer 56 is formed. As shown in FIGS. 10 and 11, the first free magnetic layer 56 is formed of two layers,
The Co film 57 is formed on the side in contact with 5. The reason why the Co film 57 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55 is as follows.
Second, since the ΔMR can be increased, second, the nonmagnetic conductive layer 55
This is to prevent diffusion.

【0113】前記Co膜57の上には、NiFe合金膜
58が形成されている。さらに、前記NiFe合金膜5
8上には、非磁性中間層59が形成されている。そし
て、前記非磁性中間層59の上には、第2のフリー磁性
層60が形成され、さらに、前記第2のフリー磁性層6
0上には、Taなどで形成された保護層61が形成され
ている。前記第2のフリー磁性層60は、Co膜、Ni
Fe合金、CoFe合金、あるいはCoNiFe合金な
どで形成されている。また、第1のフリー磁性層58
は、NiFe合金の他に、CoFe合金あるいはCoN
iFe合金などで形成されていてもよい。
On the Co film 57, a NiFe alloy film 58 is formed. Further, the NiFe alloy film 5
A non-magnetic intermediate layer 59 is formed on 8. Then, a second free magnetic layer 60 is formed on the non-magnetic intermediate layer 59, and further, the second free magnetic layer 6 is formed.
On 0, a protective layer 61 made of Ta or the like is formed. The second free magnetic layer 60 is made of a Co film, Ni
It is formed of an Fe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. Further, the first free magnetic layer 58
Represents a CoFe alloy or a CoN alloy in addition to a NiFe alloy.
It may be formed of an iFe alloy or the like.

【0114】図10および図11に示す下地層50から
保護層61までのスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面
に削られ、前記スピンバルブ膜は台形状で形成されてい
る。前記スピンバルブ膜の両側には、ハードバイアス層
62,62及び導電層63,63が形成されている。前
記ハードバイアス層62は、Co一Pt合金やCo一C
r−Pt合金などで形成されている。また、前記導電層
63は、CuやCrなどで形成されている。
The spin valve films from the underlayer 50 to the protective layer 61 shown in FIGS. 10 and 11 have their side surfaces cut into inclined surfaces, and the spin valve films are formed in a trapezoidal shape. Hard bias layers 62, 62 and conductive layers 63, 63 are formed on both sides of the spin valve film. The hard bias layer 62 is made of a Co-Pt alloy or a Co-C
It is formed of an r-Pt alloy or the like. The conductive layer 63 is formed of Cu, Cr, or the like.

【0115】図10および図11に示す第1のフリー磁
性層56と第2のフリー磁性層60の間には、非磁性中
間層59が介在し、前記第1のフリー磁性層56と第2
のフリー磁性層60間に発生する交換結合磁界(RKK
Y相互作用)によって、前記第1のフリー磁性層56の
磁化と第2のフリー磁性層60の磁化は、互いに反平行
状態(フェリ状態)になっている。
A non-magnetic intermediate layer 59 is interposed between the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 shown in FIGS. 10 and 11, and the first free magnetic layer 56 and the second
Exchange magnetic field (RKK) generated between the free magnetic layers 60
Due to the Y interaction, the magnetization of the first free magnetic layer 56 and the magnetization of the second free magnetic layer 60 are in an antiparallel state (ferri state).

【0116】図10および図11に示すスピンバルブ型
薄膜素子では、例えば、第1のフリー磁性層56の膜厚
tF1は、第2のフリー磁性層60の膜厚tF2よりも小
さく形成されている。そして、前記第1のフリー磁性層
56のMs・tF1は、第2のフリー磁性層60のMs
・tF2よりも小さく設定されており、ハードバイアス
層62から図示X1方向と反対方向にバイアス磁界が与
えられると、Ms・tF2の大きい第2のフリー磁性層
60の磁化が、前記バイアス磁界の影響を受けて、図示
X1方向と反対方向に揃えられ、前記第2のフリー磁性
層60との交換結合磁界(RKKY相互作用)によっ
て、Ms・tF1の小さい第1のフリー磁性層56の磁
化は、図示X1方向に揃えられる。
In the spin-valve thin film element shown in FIGS. 10 and 11, for example, the thickness tF 1 of the first free magnetic layer 56 is formed smaller than the thickness tF 2 of the second free magnetic layer 60. ing. Ms · tF 1 of the first free magnetic layer 56 is equal to Ms · tF 1 of the second free magnetic layer 60.
When the bias magnetic field is set to be smaller than tF 2 and a bias magnetic field is applied from the hard bias layer 62 in a direction opposite to the X1 direction in the drawing, the magnetization of the second free magnetic layer 60 having a large Ms · tF 2 is increased by the bias magnetic field. Of the first free magnetic layer 56 having a small Ms · tF 1 due to the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the second free magnetic layer 60. The magnetization is aligned in the illustrated X1 direction.

【0117】図示Y方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第1のフリー磁性層56と第2のフリー磁性層
60の磁化は、フェリ状態を保ちながら、前記外部磁界
の影響を受けて回転する。そして、△MRに寄与する第
1のフリー磁性層56の変動磁化と、第2の固定磁性層
54の固定磁化(例えば図示Y方向と反対方向に磁化さ
れている)との関係によって、電気抵抗が変化し、外部
磁界が電気抵抗変化として検出される。また、本参考
形態では、第1のフリー磁性層56と第2のフリー磁性
層60との間に介在する非磁性中間層59は、Ru、R
h、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以
上の合金で形成されていることが好ましい。
When an external magnetic field enters from the Y direction in the figure, the magnetizations of the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 are affected by the external magnetic field while maintaining a ferrimagnetic state. Rotate. The electric resistance is determined by the relationship between the variable magnetization of the first free magnetic layer 56 contributing to ΔMR and the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer 54 (for example, magnetized in the direction opposite to the Y direction in the drawing). Changes, and an external magnetic field is detected as a change in electric resistance. In the present embodiment, the nonmagnetic intermediate layer 59 interposed between the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 is made of Ru, R
Preferably, it is formed of one or more alloys of h, Ir, Cr, Re, and Cu.

【0118】第6の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においても、前記反強磁性層51が、X−Mnの式で示
される合金またはX’ーPt−Mnの式で示される合金
で形成されたものであり、アニールを施すことにより、
反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたもので
あるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換結合磁界
を発生させることができ、良好な抵抗変化率を有するス
ピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性層51の
比抵抗および抵抗変化率が大きいため、良好な出力電圧
が得られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子と
なる。
In the spin-valve thin film element of the sixth embodiment , the antiferromagnetic layer 51 is formed of an alloy represented by the formula of X-Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn. By performing annealing,
Since the antiferromagnetism is exhibited and the specific resistance is increased, it is excellent in heat resistance, durability, can generate a large exchange coupling magnetic field, and has a good resistance change rate and a spin valve thin film element. Become. Further, since the specific resistance and the rate of change of resistance of the antiferromagnetic layer 51 are large, a spin-valve thin-film element which is advantageous for increasing the output and obtaining a good output voltage is obtained.

【0119】[第7の参考形態] 図12は、第7の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を
模式図的に示した横断面図、図13は、図12に示すス
ピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面から見た場
合の断面図である。このスピンバルブ型薄膜素子は、図
10および図11に示すスピンバルブ型薄膜素子の積層
の順番を逆にしたものである。すなわち、図示しない基
板上に、下から、下地層70、第2のフリー磁性層7
1、非磁性中間層72、第1のフリー磁性層73、非磁
性導電層76、第2の固定磁性層77、非磁性中間層7
8、第1の固定磁性層79、反強磁性層80、及び保護
層81の順で積層されている。
Seventh Embodiment FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin-film element according to a seventh embodiment , and FIG. 13 is a cross-sectional view of the spin-valve thin-film element shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view when viewed from a surface facing a recording medium. In this spin-valve thin film element, the order of lamination of the spin-valve thin film elements shown in FIGS. 10 and 11 is reversed. That is, the underlayer 70 and the second free magnetic layer 7 are placed on a substrate (not shown) from below.
1, non-magnetic intermediate layer 72, first free magnetic layer 73, non-magnetic conductive layer 76, second pinned magnetic layer 77, non-magnetic intermediate layer 7
8, a first pinned magnetic layer 79, an antiferromagnetic layer 80, and a protective layer 81 are stacked in this order.

【0120】第7の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
において、前記下地層70及び保護層81は、例えば、
Taなどで形成されている。前記反強磁性層80は、上
述の第2の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様
に、X−Mnの式で示される合金またはX’ーPt−M
nの式で示される合金で形成されたものであり、アニー
ルを施すことにより、反強磁性が示されるとともに比抵
抗が増加されたものとされることが好ましい。第1の固
定磁性層79及び第2の固定磁性層77は、Co膜、N
iFe合金、CoFe合金、あるいはCoNiFe合金
などで形成されている。また、非磁性中問層78は、R
u、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは
2種以上の合金で形成されていることが好ましい。さら
に、非磁性導電層76はCuなどで形成されている。
In the spin-valve thin film element of the seventh embodiment , the underlayer 70 and the protective layer 81 are formed, for example, by
It is formed of Ta or the like. The antiferromagnetic layer 80 is made of an alloy represented by the formula of X-Mn or X′-Pt-M, similarly to the spin-valve thin-film element of the second embodiment.
It is preferably made of an alloy represented by the formula of n, and by annealing, it is preferable to exhibit antiferromagnetism and increase the specific resistance. The first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77 are made of a Co film, N
It is formed of an iFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. Further, the non-magnetic intermediate layer 78 has
It is preferable to be formed of one or more alloys of u, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. Further, the nonmagnetic conductive layer 76 is formed of Cu or the like.

【0121】図12および図13に示すスピンパルプ型
薄膜素子では、フリー磁性層が2層に分断されて形成さ
れており、非磁性導電層76に接する側に第1のフリー
磁性層73が形成され、もう一方のフリー磁性層が、第
2のフリー磁性層71となっている。図12および図1
3に示すように、第1のフリー磁性層73は、2層で形
成されており、非磁性導電層76に接する側に形成され
た層75は、Co膜で形成されている。また、非磁性中
間層72に接する側に形成された層74と、第2のフリ
ー磁性層71は、例えば、NiFe合金、CoFe合
金、あるいはCoNiFe合金などで形成されている。
In the spin pulp type thin film element shown in FIGS. 12 and 13, the free magnetic layer is formed by being divided into two layers, and the first free magnetic layer 73 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 76. The other free magnetic layer is a second free magnetic layer 71. FIG. 12 and FIG.
As shown in FIG. 3, the first free magnetic layer 73 is formed of two layers, and the layer 75 formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 76 is formed of a Co film. The layer 74 formed on the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 72 and the second free magnetic layer 71 are formed of, for example, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like.

【0122】図12および図13に示す下地層70から
保護層81までのスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面
に削られ、前記スピンバルブ膜は台形状で形成されてい
る。前記スピンバルブ膜の両側には、ハードバイアス層
82,82及び導電層83,83が形成されている。前
記ハードバイアス層82は、Co一Pt合金やCo一C
r一Pt合金などで形成されている。また、前記導電層
83は、CrやCuやWなどで形成されている。
The side surfaces of the spin valve film from the underlayer 70 to the protective layer 81 shown in FIGS. Hard bias layers 82 and 82 and conductive layers 83 and 83 are formed on both sides of the spin valve film. The hard bias layer 82 is made of a Co—Pt alloy or a Co—C
It is formed of an r-Pt alloy or the like. The conductive layer 83 is formed of Cr, Cu, W, or the like.

【0123】図12および図13に示す第1のフリー磁
性層73と第2のフリー磁性層71の間には、非磁性中
間層72が介在し、前記第1のフリー磁性層73と第2
のフリー磁性層71間に発生する交換結合磁界(RKK
Y相互作用)によって、前記第1のフリー磁性層73の
磁化と第2のフリー磁性層71の磁化は、反平行状態
(フェリ状態)となっている。図12および図13に示
すスピンバルブ型薄膜素子では、例えば、第1のフリー
磁性層73の膜厚tF1は、第2のフリー磁性層71の
膜厚tF2より大きく形成されている。そして、前記第
1のフリー磁性層73のMs・tF1は、第2のフリー
磁性層71のMs・tF2よりも大きくなるように設定
されており、ハードバイアス層82から図示X1方向に
バイアス磁界が与えられると、Ms・tF1の大きい第
1のフリー磁性層73の磁化が、前記パイアス磁界の影
響を受けて図示X1方向に揃えられ、前記第1のフリー
磁性層73との交換結合磁界(RKKY相互作用)によ
って、Ms・tF2の小さい第2のフリー磁性層71の
磁化は、図示X1方向と反対方向に揃えられる。なお本
発明では、第1のフリー磁性層73の膜厚tF1が、第
2のフリー磁性層71の膜厚tF2よりも小さく形成さ
れ、前記第1のフリ一磁性層73のMS・tF1が第2
のフリー磁性層71のMS・tF2よりも小さく設定さ
れていてもよい。
A non-magnetic intermediate layer 72 is interposed between the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 shown in FIGS.
Coupling magnetic field (RKK) generated between the free magnetic layers 71
Due to the Y interaction, the magnetization of the first free magnetic layer 73 and the magnetization of the second free magnetic layer 71 are in an antiparallel state (ferri state). In the spin-valve thin film element shown in FIGS. 12 and 13, for example, the thickness tF 1 of the first free magnetic layer 73 is formed larger than the thickness tF 2 of the second free magnetic layer 71. Further, Ms · tF 1 of the first free magnetic layer 73 is set to be larger than Ms · tF 2 of the second free magnetic layer 71, and the bias from the hard bias layer 82 in the X1 direction shown in the drawing. When a magnetic field is applied, the magnetization of the first free magnetic layer 73 having a large Ms · tF 1 is aligned in the X1 direction under the influence of the Piers magnetic field, and exchange coupling with the first free magnetic layer 73 is performed. Due to the magnetic field (RKKY interaction), the magnetization of the second free magnetic layer 71 having a small Ms · tF 2 is aligned in a direction opposite to the X1 direction in the drawing. In the present invention, the thickness tF 1 of the first free magnetic layer 73 is formed smaller than the thickness tF 2 of the second free magnetic layer 71, and the MS · tF 1 1 is the second
May be set to be smaller than MS · tF 2 of the free magnetic layer 71.

【0124】図示Y方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第1のフリー磁性層73と第2のフリー磁性層
71の磁化はフェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の
影響を受けて回転する。そして、△MRに奇与する第1
のフリー磁性層73の磁化方向と、第2の固定磁性層7
1の固定磁化との関係によって電気抵抗が変化し、外部
磁界の信号が検出される。また、本発明では、第1のフ
リー磁性層73と第2のフリー磁性層71との間に介在
する非磁性中間層72は、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形成され
ていることが好ましい。
When an external magnetic field enters from the Y direction in the figure, the magnetizations of the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 rotate under the influence of the external magnetic field while maintaining a ferrimagnetic state. I do. And the first to give off to MR
Magnetization direction of the free magnetic layer 73 and the second pinned magnetic layer 7.
The electrical resistance changes depending on the relationship with the fixed magnetization of No. 1 and a signal of an external magnetic field is detected. In the present invention, the nonmagnetic intermediate layer 72 interposed between the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 is made of Ru, Rh, Ir, Cr, R
Preferably, it is formed of one or more alloys of e and Cu.

【0125】第1のフリー磁性層73と第2のフリー磁
性層71との合成磁気モーメントの絶対値を、第1の固
定磁性層79と第2の固定磁性層77との合成磁気モー
メントの絶対値よりも大きくすることにより、前記第1
のフリー磁性層79と、第2のフリー磁性層77の磁化
が、第1の固定磁性層79と第2の固定磁性層77との
合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、前記第1
のフリー磁性層73及び第2のフリー磁性層71の磁化
が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させ
ることが可能になる。
The absolute value of the combined magnetic moment of the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 is determined by the absolute value of the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77. By making the first value larger than the first value, the first
The magnetizations of the free magnetic layer 79 and the second free magnetic layer 77 are less affected by the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77, and
The magnetization of the free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 rotates with high sensitivity to an external magnetic field, and the output can be improved.

【0126】第7の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
においても、前記反強磁性層80が、X−Mnの式で示
される合金またはX’ーPt−Mnの式で示される合金
で形成されたものであり、アニールを施すことにより、
反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたもので
あるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換結合磁界
を発生させることができ、良好な抵抗変化率を有するス
ピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性層80の
比抵抗およびアニール後の抵抗増加が大きいため、良好
な出力電圧が得られる高出力化に有利なスピンバルブ型
薄膜素子となる。
Also in the spin-valve thin film element of the seventh embodiment , the antiferromagnetic layer 80 is formed of an alloy represented by the formula of X-Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn. By annealing,
Since the antiferromagnetism is exhibited and the specific resistance is increased, it is excellent in heat resistance, durability, can generate a large exchange coupling magnetic field, and has a good resistance change rate and a spin valve thin film element. Become. Further, since the specific resistance of the antiferromagnetic layer 80 and the increase in resistance after annealing are large, a spin-valve thin-film element that is advantageous in increasing the output with a good output voltage can be obtained.

【0127】[第2の実施形態] 図14は、本発明の第2の実施形態のスピンバルブ型薄
膜素子の構造を表す横断面図であり、図15は、図14
に示すスピンバルブ型薄膜素子を、記録媒体との対向面
側から見た断面図である。このスピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層を中心にしてその上下に非磁性導電
層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層されたデュアル
スピンバルブ型薄膜素子であり、前記フリー磁性層、及
び固定磁性層が、非磁性中間層を介して2層に分断され
て形成されている。
[ Second Embodiment ] FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of a spin-valve thin film element according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. This spin-valve thin film element is a dual spin-valve thin film element in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are stacked above and below a free magnetic layer, and the free magnetic layer, And the pinned magnetic layer is divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer.

【0128】図14および図15に示す最も下側に形成
されている層は、図示しない基板上に設けられた下地層
91であり、この下地層91の上に反強磁性層92、第
1の固定磁性層(下)93、非磁性中間層94(下)、
第2の固定磁性層(下)95、非磁性導電層96、第2
のフリー磁性層97、非磁性中間層100、第1のフリ
ー磁性層101、非磁性導電層104、第2の固定磁性
層(上)105、非磁性中間層(上)106、第1の固
定磁性層(上)107、反強磁性層108、及び保護層
109が形成されている。
The lowermost layer shown in FIGS. 14 and 15 is an underlayer 91 provided on a substrate (not shown). On this underlayer 91, an antiferromagnetic layer 92 and a first layer are formed. Fixed magnetic layer (lower) 93, non-magnetic intermediate layer 94 (lower),
A second fixed magnetic layer (lower) 95, a nonmagnetic conductive layer 96, a second
Free magnetic layer 97, nonmagnetic intermediate layer 100, first free magnetic layer 101, nonmagnetic conductive layer 104, second pinned magnetic layer (upper) 105, nonmagnetic intermediate layer (upper) 106, first pinned A magnetic layer (upper) 107, an antiferromagnetic layer 108, and a protective layer 109 are formed.

【0129】まず、各層の材質について説明する。前記
反強磁性層92,108は、上述の実施形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子と同様に、X−Mnの式で示される合金
またはX’ーPt−Mnの式で示される合金で形成され
たものであり、アニールを施すことにより、反強磁性が
示されるとともに比抵抗が増加されたものとされること
が好ましい。第1の固定磁性層(下)93,(上)10
7、及び第2の固定磁性層(下)95,(上)105
は、Co膜、NiFe合金、CoFe合金、あるいは、
CoNiFe合金などで形成されている。また、第1の
固定磁性層(下)93,(上)107と第2の固定磁性
層(下)95,(上)105間に形成されている非磁性
中間層(下)94,(上)106及び第1のフリー磁性
層101と第2のフリー磁性層97間に形成されている
非磁性中間層100は、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形成され
ていることが好ましい。さらに、非磁性導電層96,1
04はCuなどで形成されている。
First, the material of each layer will be described. The antiferromagnetic layers 92 and 108 are formed of an alloy represented by the formula of X-Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, similarly to the spin-valve thin film element of the above embodiment. It is preferable that the annealing exhibits antiferromagnetism and an increased specific resistance. First pinned magnetic layer (lower) 93, (upper) 10
7, and the second pinned magnetic layer (lower) 95, (upper) 105
Is a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, or
It is formed of a CoNiFe alloy or the like. Non-magnetic intermediate layers (lower) 94, (upper) formed between the first fixed magnetic layers (lower) 93, (upper) 107 and the second fixed magnetic layers (lower) 95, (upper) 105. ) 106 and the nonmagnetic intermediate layer 100 formed between the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are made of Ru, Rh, Ir, Cr, R
Preferably, it is formed of one or more alloys of e and Cu. Further, the nonmagnetic conductive layers 96, 1
04 is made of Cu or the like.

【0130】図14および図15に示すように、第1の
フリー磁性層101及び第2のフリー磁性層97は2層
で形成されている。非磁性導電層96,104に接する
側に形成された第1のフリー磁性層101の層103及
び第2のフリー磁性層97の層98は、Co膜で形成さ
れている。また、非磁性中間層100を介して形成され
ている第1のフリー磁性層101の層102及び第2の
フリー磁性層97の層99は、例えば、NiFe合金、
CoFe合金、あるいはCoNiFe合金などで形成さ
れている。非磁性導電層96,104側に接する層9
8,103をCo膜で形成することにより、△MRを大
きくでき、しかも非磁性導電層96,104との拡散を
防止することができる。
As shown in FIGS. 14 and 15, the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are formed of two layers. The layer 103 of the first free magnetic layer 101 and the layer 98 of the second free magnetic layer 97 formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layers 96 and 104 are formed of a Co film. The layer 102 of the first free magnetic layer 101 and the layer 99 of the second free magnetic layer 97 formed with the non-magnetic intermediate layer 100 interposed therebetween include, for example, a NiFe alloy,
It is formed of a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. Layer 9 in contact with nonmagnetic conductive layers 96 and 104
By forming Coatings 8, 103, ΔMR can be increased, and diffusion with the nonmagnetic conductive layers 96, 104 can be prevented.

【0131】ところで、本実施の形態では、前述したよ
うに、反強磁性層92,108として、第1の固定磁性
層(下)93,(上)107との界面で、交換結合磁界
(交換異方性磁界)を発生させるためにアニールを施す
反強磁性材料を使用している。しかし、フリー磁性層よ
りも下側に形成されている反強磁性層92と第1の固定
磁性層(下)93との界面では、金属元素の拡散が発生
しやすく熱拡散層が形成されやすくなっているために、
前記第1の固定磁性層(下)93として機能する磁気的
な膜厚は、実際の膜厚tP1よりも薄くなっている。従
って、フリー磁性層よりも上側の積層膜で発生する交換
結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界を
ほぼ等しくするには、フリー磁性層よりも下側に形成さ
れている(第1の固定磁性層(下)93の膜厚tP1
第2の固定磁性層(下)95の膜厚tP2)が、フリー
磁性層よりも上側に形成されている(第1の固定磁性層
(上)107の膜厚tP1/第2の固定磁性層(上)1
05の膜厚tP2)よりも大きい方が好ましい。フリー
磁性層よりも上側の積層膜から発生する交換結合磁界
と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界とを等しく
することにより、前記交換結合磁界の製造プロセス劣化
が少なく、磁気へッドの信頼性を向上させることができ
る。
In the present embodiment, as described above, the anti-ferromagnetic layers 92 and 108 are formed at the interfaces with the first fixed magnetic layers (lower) 93 and (upper) 107 at the exchange coupling magnetic field (exchange magnetic field). An antiferromagnetic material that is annealed to generate an anisotropic magnetic field is used. However, at the interface between the antiferromagnetic layer 92 formed below the free magnetic layer and the first pinned magnetic layer (lower) 93, diffusion of the metal element easily occurs, and the thermal diffusion layer is easily formed. Because
Magnetic film thickness functioning as the first pinned magnetic layer (lower) 93 is thinner than the actual thickness tP 1. Therefore, in order to make the exchange coupling magnetic field generated in the laminated film above the free magnetic layer substantially equal to the exchange coupling magnetic field generated in the laminated film below the free magnetic layer, it is formed below the free magnetic layer ( Film thickness tP 1 / of first fixed magnetic layer (lower) 93
The film thickness tP 2 of the second fixed magnetic layer (lower) 95 is formed above the free magnetic layer (the film thickness tP 1 of the first fixed magnetic layer (upper) 107 / second fixed). Magnetic layer (upper) 1
It is preferable that the thickness is larger than the thickness tP 2 ). By making the exchange coupling magnetic field generated from the laminated film above the free magnetic layer equal to the exchange coupling magnetic field generated from the laminated film below, the manufacturing process of the exchange coupling magnetic field is less deteriorated, and the magnetic head Can be improved in reliability.

【0132】ところで、図14および図15に示すデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子においては、フリ一磁性層
の上下に形成されている第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の磁化を互いに反対方向に向けておく必要
がある。これは、フリー磁性層が第1のフリー磁性層1
01と第2のフリー磁性層97の2層に分断されて形成
されており、前記第1のフリー磁性層101の磁化と第
2のフリー磁性層97の磁化とが反平行になっているか
らである。
In the dual spin-valve thin film device shown in FIGS. 14 and 15, the second fixed magnetic layers (lower) 95 formed above and below the free magnetic layer are used.
(Top) The magnetizations of 105 need to be directed in opposite directions. This is because the free magnetic layer is the first free magnetic layer 1
01 and the second free magnetic layer 97, and the magnetization of the first free magnetic layer 101 and the magnetization of the second free magnetic layer 97 are antiparallel. It is.

【0133】例えば、図14および図15に示すよう
に、第1のフリー磁性層101の磁化が、図示X1方向
と反対方向に磁化されているとすると、前記第1のフリ
ー磁性層101との交換結合磁界(RKKY相互作用)
によって、第2のフリー磁性層97の磁化は、図示X1
方向に磁化された状態とされる。前記第1のフリー磁性
層101及び第2のフリー磁性層97の磁化は、フェリ
状態を保ちながら、外部磁界の影響を受けて反転するよ
うになっている。
For example, as shown in FIGS. 14 and 15, if the magnetization of the first free magnetic layer 101 is magnetized in a direction opposite to the X1 direction in the drawing, the first free magnetic layer 101 Exchange coupling magnetic field (RKKY interaction)
As a result, the magnetization of the second free magnetic layer 97 becomes
It is magnetized in the direction. The magnetizations of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are reversed under the influence of an external magnetic field while maintaining a ferrimagnetic state.

【0134】図14および図15に示すデュアルスピン
バルブ型薄膜素子にあっては、第1のフリー磁性層10
1の磁化及び第2のフリー磁性層97の磁化は、共に△
MRに関与する層となっており、前記第1のフリー磁性
層101及び第2のフリー磁性層97の変動磁化と、第
2の固定磁性層(下)95,(上)105の固定磁化と
の関係で電気抵抗が変化する。シングルスピンバルブ型
薄膜素子に比べ大きい△MRを期待できるデユアルスピ
ンバルブ型薄膜素子としての機能を発揮させるには、第
1のフリー磁性層101と第2の固定磁性層(上)10
5との抵抗変化及び、第2のフリー磁性層97と第2の
固定磁性層(下)95との抵抗変化が、共に同じ変動を
見せるように、前記第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の磁化方向を制御する必要性がある。すな
わち、第1のフリー磁性層101と第2の固定磁性層
(上)105との抵抗変化が最大になるとき、第2のフ
リー磁性層97と第2の固定磁性層(下)95との抵抗
変化も最大になるようにし、第1のフリー磁性層101
と第2の固定磁性層(上)105との抵抗変化が最小に
なるとき、第2のフリー磁性層97と第2の固定磁性層
(下)95との抵抗変化も最小になるようにすればよい
のである。
In the dual spin-valve thin film device shown in FIGS. 14 and 15, the first free magnetic layer 10
1 and the magnetization of the second free magnetic layer 97 are both △
It is a layer involved in MR, and has variable magnetization of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 and fixed magnetization of the second fixed magnetic layers (lower) 95 and (upper) 105. The electrical resistance changes according to the relationship: In order to exhibit a function as a dual spin valve thin film element capable of expecting a larger ΔMR than a single spin valve thin film element, the first free magnetic layer 101 and the second pinned magnetic layer (upper) 10
5 and the resistance change between the second free magnetic layer 97 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 show the same fluctuation, so that the second pinned magnetic layer (lower) 95 has the same variation. ,
(Top) It is necessary to control the magnetization direction of 105. That is, when the resistance change between the first free magnetic layer 101 and the second pinned magnetic layer (upper) 105 becomes maximum, the second free magnetic layer 97 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 The resistance change is also maximized, and the first free magnetic layer 101
When the resistance change between the second pinned magnetic layer (upper) 105 and the second pinned magnetic layer (upper) 105 is minimized, the resistance change between the second free magnetic layer 97 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 is also minimized. I just need to.

【0135】よって、図14および図15に示すデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子では、第1のフリー磁性層1
01と第2のフリー磁性層97の磁化が反平行に磁化さ
れているため、第2の固定磁性層(上)105の磁化と
第2の固定磁性層(下)95の磁化を互いに反対方向に
磁化する必要性がある。以上のようにして、フリー磁性
層の上下に形成された第2の固定磁性層(下)95,
(上)105を反対方向に磁化することで、従来のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子と同程度の△MRを得るこ
とができる。
Therefore, in the dual spin-valve thin film element shown in FIGS. 14 and 15, the first free magnetic layer 1
01 and the magnetization of the second free magnetic layer 97 are antiparallel, so that the magnetization of the second fixed magnetic layer (upper) 105 and the magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 95 are in opposite directions. Need to be magnetized. As described above, the second fixed magnetic layer (lower) 95 formed above and below the free magnetic layer,
By magnetizing (upper) 105 in the opposite direction, it is possible to obtain the same ΔMR as the conventional dual spin-valve thin film element.

【0136】本発明の第2の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層92,108が、
X−Mnの式で示される合金またはX’ーPt−Mnの
式で示される合金で形成されたものであり、アニールを
施すことにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が
増加されたものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大
きな交換結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗
変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、
反強磁性層92,108の比抵抗およびアニール後の抵
抗増加が大きいため、良好な出力電圧が得られるスピン
バルブ型薄膜素子となる。
In the spin-valve thin film element according to the second embodiment of the present invention, the antiferromagnetic layers 92 and 108 also
It is formed of an alloy represented by the formula of X-Mn or an alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, and exhibits antiferromagnetism and increased specific resistance by annealing. Therefore, a spin-valve thin film element having excellent heat resistance and durability, capable of generating a large exchange coupling magnetic field, and having a good resistance change rate can be obtained. Also,
Since the specific resistances of the antiferromagnetic layers 92 and 108 and the resistance increase after annealing are large, a spin-valve thin film element that can obtain a good output voltage is obtained.

【0137】以上、図10から図15に示すスピンバル
ブ型薄膜素子では、固定磁性層のみならず、フリー磁性
層も、非磁性中間層を介して第1のフリー磁性層と第2
のフリー磁性層の2層に分断し、この2層のフリー磁性
層の間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)に
よって、前記2層のフリー磁性層の磁化を反平行状態
(フェリ状態)にすることにより、前記第1のフリー磁
性層と第2のフリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して
感度良く反転できるようにしている。また、本発明で
は、第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層との膜厚
比や、前記第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層と
の間に介在する非磁性中間層の膜厚、あるいは第1の固
定磁性層と第2の固定磁性層との膜厚比や、前記第1の
固定磁性層と第2の固定磁性層との間に介在する非磁性
中間層の膜厚、及び反強磁性層の膜厚などを適正な範囲
内で形成することによって、交換結合磁界を大きくする
ことができ、第1の固定磁性層と第2の固定磁性層との
磁化状態を固定磁化として、第1のフリー磁性層と第2
のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的に
も安定したフェリ状態に保つことが可能であり、しかも
従来と同程度の△MRを得ることが可能となっている。
本発明では、さらにセンス電流の方向を調節すること
で、第1の固定磁性層の磁化と第2の固定磁性層の磁化
との反平行状態(フェリ状態)を、より熱的にも安定し
た状態に保つことが可能となっている。
As described above, in the spin-valve thin film device shown in FIGS. 10 to 15, not only the pinned magnetic layer but also the free magnetic layer are connected to the first free magnetic layer and the second free magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer.
Is divided into two free magnetic layers, and the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two free magnetic layers causes the magnetization of the two free magnetic layers to be in an antiparallel state (ferri state). By doing so, the magnetizations of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer can be reversed with high sensitivity to an external magnetic field. Also, in the present invention, the thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, and the non-magnetic intermediate layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. Or the film thickness ratio between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer, and the thickness of the nonmagnetic intermediate layer interposed between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer. By forming the film thickness and the film thickness of the antiferromagnetic layer within appropriate ranges, the exchange coupling magnetic field can be increased, and the magnetization state of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer can be increased. With the first free magnetic layer and the second
It is possible to maintain the thermally stable ferri-state by changing the magnetization state with the free magnetic layer to fluctuating magnetization, and to obtain the same ΔMR as the conventional one.
In the present invention, by further adjusting the direction of the sense current, the antiparallel state (ferri state) between the magnetization of the first fixed magnetic layer and the magnetization of the second fixed magnetic layer is more thermally stabilized. It is possible to keep it in a state.

【0138】スピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性
層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層から
成る積層膜の両側に導電層が形成されており、この導電
層からセンス電流が流される。前記センス電流は、比抵
抗の小さい前記非磁性導電層と、前記非磁性導電層と固
定磁性層との界面、及び非磁性導電層とフリー磁性層と
の界面に主に流れる。本発明では、前記固定磁性層は第
1の固定磁性層と第2の固定磁性層とに分断されてお
り、前記センス電流は、主に第2の固定磁性層と非磁性
導電層との界面に流れている。前記センス電流を流す
と、右ネジの法則によって、センス電流磁界が形成され
る。本発明では、前記センス電流磁界を第1の固定磁性
層の磁気モーメントと第2の固定磁性層の磁気モーメン
トを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメン
トの方向と同じ方向になるように、前記センス電流の流
す方向を調節している。
In the spin-valve type thin film element, conductive layers are formed on both sides of a laminated film composed of an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer. Swept away. The sense current mainly flows to the nonmagnetic conductive layer having a small specific resistance, the interface between the nonmagnetic conductive layer and the fixed magnetic layer, and the interface between the nonmagnetic conductive layer and the free magnetic layer. In the present invention, the fixed magnetic layer is divided into a first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer, and the sense current is mainly generated at an interface between the second fixed magnetic layer and the nonmagnetic conductive layer. It is flowing to. When the sense current flows, a sense current magnetic field is formed according to the right-hand rule. In the present invention, the sense current magnetic field is set in the same direction as the direction of the synthetic magnetic moment that can be obtained by adding the magnetic moment of the first fixed magnetic layer and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer. The direction in which the sense current flows is adjusted.

【0139】[センス電流磁界の作用] 次に、図4〜図13に示す第4の参考形態〜第2の実施
形態の構造において、センス電流磁界の作用について説
明する。図4および図5に示すスピンバルブ型薄膜素子
では、非磁性導電層15の下側に第2の固定磁性層14
が形成されている。この場合にあっては、第1の固定磁
性層12及び第2の固定磁性層14のうち、磁気モーメ
ントの大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流
磁界の方向を合わせる。
[Function of Sense Current Magnetic Field] Next, the fourth embodiment to the second embodiment shown in FIGS.
The action of the sense current magnetic field in the structure of the embodiment will be described. In the spin-valve thin film element shown in FIGS. 4 and 5, the second pinned magnetic layer 14
Are formed. In this case, the direction of the sense current magnetic field is adjusted to the magnetization direction of the one of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 having the larger magnetic moment.

【0140】図4に示すように、前記第2の固定磁性層
14の磁気モーメントは、第1の固定磁性層12の磁気
モーメントに比べて大きく、前記第2の固定磁性層14
の磁気モーメントは、図示Y方向と反対方向(図示左方
向)に向いている。このため前記第1の固定磁性層12
の磁気モーメントと第2の固定磁性層14の磁気モーメ
ントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、図示Y方
向と反対方向(図示左方向)に向いている。
As shown in FIG. 4, the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14 is larger than the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14
Are directed in the direction opposite to the illustrated Y direction (left direction in the figure). Therefore, the first pinned magnetic layer 12
Is combined with the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14 in the direction opposite to the Y direction (left direction in the figure).

【0141】前述のように、非磁性導電層15は、第2
の固定磁性層14及び第1の固定磁性層12の上側に形
成されている。このため、主に前記非磁性導電層15を
中心にして流れるセンス電流112によって形成される
センス電流磁界は、前記非磁性導電層15よりも下側に
おいて、図示左方向に向くように、前記センス電流11
2の流す方向を制御すればよい。このようにすれば、第
1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14との合成磁
気モーメントの方向と、前記センス電流磁界の方向とが
一致する。
As described above, the non-magnetic conductive layer 15 is
Are formed above the fixed magnetic layer 14 and the first fixed magnetic layer 12. For this reason, the sense current magnetic field mainly generated by the sense current 112 flowing around the nonmagnetic conductive layer 15 is lower than the nonmagnetic conductive layer 15 such that the sense current magnetic field is directed leftward in the drawing. Current 11
2 may be controlled in the flowing direction. By doing so, the direction of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 matches the direction of the sense current magnetic field.

【0142】図4に示すように、前記センス電流112
は、図示X1方向に流される。右ネジの法則により、セ
ンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界
は、紙面に対して右回りに形成される。従って、非磁性
導電層15よりも下側の層には、図示方向(図示Y方向
と反対方向)のセンス電流磁界が印加されることにな
り、このセンス電磁によって、第1の合成磁気モーメン
トを補強する方向に作用し、第1の固定磁性層12と第
2の固定磁性層14間に作用する交換結合磁界(RKK
Y相互作用)が増幅され、前記第1の固定磁性層12の
磁化と第2の固定磁性層14の磁化の反平行状態をより
熱的に安定させることが可能になる。
As shown in FIG.
Is flowed in the illustrated X1 direction. According to the right-hand screw rule, a sense current magnetic field formed by flowing a sense current is formed clockwise with respect to the paper surface. Therefore, a sense current magnetic field in the illustrated direction (the direction opposite to the illustrated Y direction) is applied to the layer below the nonmagnetic conductive layer 15, and the first combined magnetic moment is generated by the sense electromagnetic field. An exchange coupling magnetic field (RKK) acting in the direction of reinforcement and acting between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14.
Y interaction) is amplified, and the antiparallel state between the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 and the magnetization of the second fixed magnetic layer 14 can be more thermally stabilized.

【0143】特に、センス電流を1mA流すと、約30
(Oe)程度のセンス電流磁界が発生し、また素子温度
が約15℃程度上昇することが判っている。さらに、記
録媒体の回転数は、1000rpm程度まで速くなり、
この回転数の上昇により、装置内温度は、約100℃ま
で上昇する。このため、例えば、センス電流を10mA
流した場合、スピンバルブ型薄膜素子の素子温度は、約
250℃程度まで上昇し、さらにセンス電流磁界も30
0(Oe)と大きくなる。このような、非常に高い環境
温度下で、しかも、大きなセンス電流が流れる場合にあ
っては、第1の固定磁性層12の磁気モーメントと第2
の固定磁性層14とを足し合わせて求めることができる
合成磁気モーメントの方向と、センス電流磁界の方向と
が逆向きであると、第1の固定磁性層12の磁化と第2
の固定磁性層14の磁化との反平行状態が壊れ易くな
る。また、高い環境温度下でも耐え得るようにするに
は、センス電流磁界の方向の調節の他に、高いブロッキ
ング温度を有する反強磁性材料を反強磁性層11として
使用する必要がある。そのため、本発明では、ブロッキ
ング温度が高いX−Mnの式で示される合金またはX’
ーPt−Mnの式で示される合金を使用している。
In particular, when a sense current of 1 mA flows, about 30
It is known that a sense current magnetic field of about (Oe) is generated and the element temperature rises by about 15 ° C. Further, the number of rotations of the recording medium is increased up to about 1000 rpm,
Due to the increase in the number of revolutions, the temperature in the apparatus rises to about 100 ° C. Therefore, for example, a sense current of 10 mA
When flowing, the element temperature of the spin-valve thin film element rises to about 250 ° C., and the sense current magnetic field also increases by 30 degrees.
It becomes large as 0 (Oe). In such a very high ambient temperature and when a large sense current flows, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 and the second
If the direction of the resultant magnetic moment, which can be obtained by adding the fixed magnetic layer 14 to the fixed magnetic layer 14, and the direction of the sense current magnetic field are opposite, the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 and the second
The anti-parallel state with the magnetization of the fixed magnetic layer 14 is easily broken. Further, in order to be able to withstand a high environmental temperature, it is necessary to use an antiferromagnetic material having a high blocking temperature as the antiferromagnetic layer 11 in addition to adjusting the direction of the sense current magnetic field. Therefore, in the present invention, the alloy or X ′ represented by the formula of X—Mn having a high blocking temperature is used.
An alloy represented by the formula of -Pt-Mn is used.

【0144】なお、図4に示す第1の固定磁性層12の
磁気モーメントと第2の固定磁性層14の磁気モーメン
トとで形成される合成磁気モーメントが、図示右方向
(図示Y方向)に向いている場合には、センス電流を図
示X1方向と反対方向に流し、センス電流磁界が紙面に
対し左回りに形成されるようにすればよい。
It should be noted that the combined magnetic moment formed by the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 12 and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 14 shown in FIG. In this case, the sense current may be caused to flow in the direction opposite to the X1 direction in the drawing, so that the sense current magnetic field is formed counterclockwise with respect to the plane of FIG.

【0145】次に、図6および図7に示すスピンバルブ
型薄膜素子のセンス電流方向について説明する。図6お
よび図7に示す構造では、非磁性導電層24の上側に第
2の固定磁性層25及び第1の固定磁性層27が形成さ
れている。図6に示すように、第1の固定磁性層27の
磁気モーメントの方が第2の固定磁性層25の磁気モー
メントよりも大きくなっている。また、前記第1の固定
磁性層27の磁気モーメントの方向は、図示Y方向(図
示右方向)を向いている。このため、前記第1の固定磁
性層27の磁気モーメントと第2の固定磁性層25の磁
気モーメントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、
図示右方向を向いている。
Next, the sense current direction of the spin-valve thin film element shown in FIGS. 6 and 7 will be described. In the structure shown in FIGS. 6 and 7, the second fixed magnetic layer 25 and the first fixed magnetic layer 27 are formed above the nonmagnetic conductive layer 24. As shown in FIG. 6, the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 27 is larger than the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 25. The direction of the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 27 is in the Y direction (right direction in the figure). Therefore, the combined magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 27 and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 25 is:
It faces rightward in the figure.

【0146】図6に示すように、センス電流113は、
図示X1方向に流される。右ネジの法則により、センス
電流113を流すことによって形成されるセンス電流磁
界は、紙面に対して右回りに形成される。非磁性導電層
24よりも上側に第2の固定磁性層25及び第1の固定
磁性層27が形成されているので、前記第2の固定磁性
層25及び第1の固定磁性層27には、図示右方向(図
示Y方向と反対方向)のセンス電流磁界が侵入してくる
ことになり、合成磁気モーメントの方向と一致し、従っ
て、第1の固定磁性層27の磁化と第2の固定磁性層2
5の磁化との反平行状態は壊れ難くなっている。
As shown in FIG. 6, the sense current 113 is
It flows in the illustrated X1 direction. According to the right-hand rule, the sense current magnetic field formed by passing the sense current 113 is formed clockwise with respect to the plane of the drawing. Since the second fixed magnetic layer 25 and the first fixed magnetic layer 27 are formed above the nonmagnetic conductive layer 24, the second fixed magnetic layer 25 and the first fixed magnetic layer 27 include: A sense current magnetic field in the right direction in the figure (the direction opposite to the Y direction in the figure) enters, and coincides with the direction of the resultant magnetic moment. Therefore, the magnetization of the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic Layer 2
The antiparallel state with the magnetization of No. 5 is hard to break.

【0147】なお、前記合成磁気モーメントが図示左方
向(図示Y方向と反対方向)に向いている場合には、セ
ンス電流113を図示X1方向と反対方向に流し、前記
センス電流113を流すことによって、形成されるセン
ス電流磁界を紙面に対し左回りに発生させ、第1の固定
磁性層27と第2の固定磁性層25の合成磁気モーメン
トの向きと、前記センス電流磁界との向きを一致させる
必要がある。
When the combined magnetic moment is directed to the left direction in the figure (the direction opposite to the Y direction in the figure), the sense current 113 is caused to flow in the direction opposite to the X1 direction in the figure, and the sense current 113 is caused to flow. The generated sense current magnetic field is generated counterclockwise with respect to the plane of the paper, so that the direction of the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 matches the direction of the sense current magnetic field. There is a need.

【0148】図8および図9に示すスピンバルブ型薄膜
素子は、フリー磁性層36の上下に第1の固定磁性層
(下)32,(上)43と第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41が形成されたデュアルスピンバルブ型薄
膜素子である。このデユアルスピンバルブ型薄膜素子で
は、フリー磁性層36の上下に形成される合成磁気モー
メントが互いに反対方向に向くように、前記第1の固定
磁性層(下)32,(上)43の磁気モーメントの方向
及びその大きさと第2の固定磁性層(下)34,(上)
41の磁気モーメントの方向及びその大きさを制御する
必要がある。
The spin-valve thin-film element shown in FIGS. 8 and 9 has a first fixed magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43 above and below a free magnetic layer 36 and a second fixed magnetic layer (lower) 3.
4, (upper) 41 is a dual spin-valve thin film element. In the dual spin-valve thin film element, the magnetic moments of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are so set that the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 face in opposite directions. , Its size and the second pinned magnetic layer (bottom) 34, (top)
The direction and magnitude of the magnetic moment 41 need to be controlled.

【0149】図8に示すように、フリー磁性層36より
も下側に形成されている第2の固定磁性層(下)34の
磁気モーメントは、第1の固定磁性層(下)32の磁気
モーメントよりも大きく、また、前記第2の固定磁性層
(下)34の磁気モーメントは、図示右方向(図示Y方
向)を向いている。従って、前記第1の固定磁性層
(下)32の磁気モーメントと第2の固定磁性層(下)
34の磁気モーメントを足し合わせて求めることができ
る合成磁気モーメントは、図示右方向(図示Y方向)を
向いている。また、フリー磁性層36よりも上側に形成
されている第1の固定磁性層(上)43の磁気モーメン
トは、第2の固定磁性層(上)41の磁気モーメントよ
りも大きく、また、前記第1の固定磁性層(上)43の
磁気モーメントは、図示左方向(図示Y方向と反対方
向)に向いている。このため、前記第1の固定磁性層
(上)43の磁気モーメントと第2の固定磁性層(上)
41の磁気モーメントを足し合わせて求めることができ
る合成磁気モーメントは、図示左方向(図示Y方向と反
対方向)を向いている。このように本発明では、フリー
磁性層36の上下に形成される合成磁気モーメントが互
いに反対方向に向いている。
As shown in FIG. 8, the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 formed below the free magnetic layer 36 is smaller than the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (lower) 32. The magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 is directed rightward in the drawing (Y direction in the drawing). Accordingly, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (lower) 32 and the second pinned magnetic layer (lower)
The combined magnetic moment, which can be obtained by adding the magnetic moments of No. 34, is directed rightward in the figure (Y direction in the figure). The magnetic moment of the first pinned magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 is larger than the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 41. The magnetic moment of one fixed magnetic layer (upper) 43 is directed to the left direction in the drawing (the direction opposite to the Y direction in the drawing). Therefore, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (upper) 43 and the second pinned magnetic layer (upper)
The combined magnetic moment, which can be obtained by adding the magnetic moments of No. 41, is directed to the left direction in the drawing (the direction opposite to the Y direction in the drawing). As described above, in the present invention, the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 face in opposite directions.

【0150】本実施の形態では、図8に示すように、セ
ンス電流114は、図示X1方向と180゜反対方向に
流される。これにより、前記センス電流114を流すこ
とによって形成されるセンス電流磁界は、図8の矢印で
示すように、紙面に対し左回りに形成される。前記フリ
ー磁性層36よりも下側で形成された合成磁気モーメン
トは、図示右方向(図示Y方向)に、フリー磁性層36
よりも上側で形成された合成磁気モーメントは、図示左
方向(図示Y方向と反対方向)に向いているので、前記
2つの合成磁気モーメントの方向は、センス電流磁界の
方向と一致しておりフリー磁性層36の下側に形成され
た第1の固定磁性層(下)32の磁化と第2の固定磁性
層(下)34の磁化の反平行状態、及びフリー磁性層3
6の上側に形成された第1の固定磁性層(上)43の磁
化と第2の固定磁性層(上)41の磁化の反平行状態
を、熱的にも安定した状態で保つことが可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the sense current 114 flows in the direction opposite to the X1 direction by 180 °. As a result, the sense current magnetic field formed by flowing the sense current 114 is formed counterclockwise with respect to the paper surface as shown by the arrow in FIG. The combined magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 is shifted to the right (Y direction in the drawing)
Since the combined magnetic moment formed above is directed to the left direction in the drawing (the direction opposite to the Y direction in the drawing), the directions of the two combined magnetic moments match the direction of the sense current magnetic field and are free. The antiparallel state of the magnetization of the first fixed magnetic layer (lower) 32 and the magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 34 formed below the magnetic layer 36, and the free magnetic layer 3
The antiparallel state of the magnetization of the first pinned magnetic layer (upper) 43 and the magnetization of the second pinned magnetic layer (upper) 41 formed on the upper side of 6 can be maintained in a thermally stable state. It is.

【0151】なお、フリー磁性層36よりも下側に形成
された合成磁気モーメントが図示左方向に向いており、
フリー磁性層36よりも上側に形成された合成磁気モー
メントが図示右側に向いている場合には、センス電流1
14を図示X1方向に流し、前記センス電流を流すこと
によって形成されるセンス電流磁界の方向と、前記合成
磁気モーメントの方向とを一致させる必要がある。
Incidentally, the resultant magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 is directed to the left in the figure.
When the combined magnetic moment formed above the free magnetic layer 36 is directed rightward in the figure, the sense current 1
14, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current and the direction of the synthetic magnetic moment need to be matched.

【0152】また、図10及び図11は、フリー磁性層
が非磁性中間層を介して第1のフリー磁性層と第2のフ
リー磁性層の2層に分断されて形成されたスピンバルブ
型薄膜素子の例であるが、図10に示すスピンバルブ型
薄膜素子のように、非磁性導電層55よりも下側に第1
の固定磁性層52及び第2の固定磁性層54が形成され
た場合にあっては、図4に示すスピンバルブ型薄膜素子
の場合と同様のセンス電流方向の制御を行えばよい。
FIGS. 10 and 11 show a spin-valve thin film formed by dividing a free magnetic layer into two layers, a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, via a non-magnetic intermediate layer. This is an example of an element. As in a spin-valve thin film element shown in FIG.
In the case where the fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 are formed, the same sense current direction control as in the case of the spin-valve thin film element shown in FIG. 4 may be performed.

【0153】また、図12および図13に示すスピンバ
ルブ型薄膜素子のように、非磁性導電層76よりも上側
に、第1の固定磁性層79と第2の固定磁性層77が形
成されている場合にあっては、図6に示すスピンバルブ
型薄膜素子の場合と同様のセンス電流方向の制御を行え
ばよい。
Further, as in the spin-valve thin film element shown in FIGS. 12 and 13, a first fixed magnetic layer 79 and a second fixed magnetic layer 77 are formed above the nonmagnetic conductive layer. In such a case, the same sense current direction control as in the case of the spin-valve thin film element shown in FIG. 6 may be performed.

【0154】以上のように、上述の各形態によれば、セ
ンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界
の方向と、第1の固定磁性層の磁気モーメントと第2の
固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせることによっ
て求めることができる合成磁気モーメントの方向とを一
致させることにより、前記第1の固定磁性層と第2の固
定磁性層間に作用する交換結合磁界(RKKY相互作
用)を増幅させ、前記第lの固定磁性層の磁化と第2の
固定磁性層の磁化の反平行状態(フェリ状態)を熱的に
安定した状態に保つことが可能である。とくに、本実施
の形態では、より熱的安定性を向上させるために、反強
磁性層にブロッキング温度の高い反強磁性材料を使用し
ており、これによって、環境温度が、従来に比べて大幅
に上昇しても、前記第1の固定磁性層の磁化と第2の固
定磁性層の磁化の反平行状態(フェリ状態)を壊れ難く
することができる。
As described above, according to each of the above-described embodiments , the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current, the magnetic moment of the first fixed magnetic layer, and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer. By matching the direction of the resultant magnetic moment obtained by adding the moments, the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer is amplified. The antiparallel state (ferri state) of the magnetization of the first fixed magnetic layer and the magnetization of the second fixed magnetic layer can be maintained in a thermally stable state. In particular, in this embodiment, in order to further improve the thermal stability, an antiferromagnetic material having a high blocking temperature is used for the antiferromagnetic layer. , The anti-parallel state (ferri state) of the magnetization of the first fixed magnetic layer and the magnetization of the second fixed magnetic layer can be hardly broken.

【0155】また、高記録密度化に対応するためにセン
ス電流量を大きくして再生出力を大きくしようとする
と、それに従ってセンス電流磁界も大きくなるが、本発
明の実施の形態では、前記センス電流磁界が、第1の固
定磁性層と第2の固定磁性層の間に働く交換結合磁界を
増幅させる作用をもたらしているので、センス電流磁界
の増大により、第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の
磁化状態は、より安定したものとなる。なお、このセン
ス電流方向の制御は、反強磁性層にどのような反強磁性
材料を使用した場合であっても適用でき、例えば、反強
磁性層と固定磁性層(第1の固定磁性層)との界面で交
換結合磁界(交換異方性磁界)を発生させるために、熱
処理が必要であるか、あるいは必要でないかを問わな
い。さらに、図1〜図3に示す第1〜第3の参考の形態
のように、固定磁性層が単層で形成されていたシングル
スピンバルブ型薄膜素子の場合であっても、前述したセ
ンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界
の方向と、固定磁性層の磁化方向とを一致させることに
より、前記固定磁性層の磁化を熱的に安定化させること
が可能である。
If the sense output is increased by increasing the amount of sense current in order to cope with a higher recording density, the sense current magnetic field also increases accordingly. In the embodiment of the present invention, the sense current magnetic field is increased. Since the magnetic field has an effect of amplifying the exchange coupling magnetic field acting between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, the first fixed magnetic layer and the second pinned magnetic layer The magnetization state of the pinned magnetic layer becomes more stable. This control of the sense current direction can be applied to any case where an antiferromagnetic material is used for the antiferromagnetic layer. For example, the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer (the first fixed magnetic layer) may be used. ) Does not matter whether heat treatment is necessary or not to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface. Further, as in the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 3, even in the case of a single spin-valve thin film element in which the fixed magnetic layer is formed as a single layer, The magnetization of the fixed magnetic layer can be thermally stabilized by matching the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the above-described sense current with the magnetization direction of the fixed magnetic layer.

【0156】次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳
しく説明する。図17は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一
例を示した図である。本発明の薄膜磁気へッドが従来の
薄膜磁気ヘッドと異なるところは、磁気抵抗効果素子層
245に、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられ
てなる薄膜磁気へッドであるところである。前記スピン
バルブ型薄膜素子は、薄膜磁気へッド(再生用ヘッド)
を構成する最も重要な箇所である。
Next, the thin film magnetic head of the present invention will be described in detail. FIG. 17 is a diagram showing an example of the thin-film magnetic head of the present invention. The thin-film magnetic head of the present invention is different from the conventional thin-film magnetic head in that it is a thin-film magnetic head in which the magnetoresistive element layer 245 is provided with the above-described spin-valve thin-film element. The spin-valve thin film element is a thin-film magnetic head (read head).
Is the most important part that constitutes.

【0157】本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、
まず、図17に示す磁性材料製の下部シールド層253
上に下部ギャップ層254を形成した後、磁気抵抗効果
素子層245を形成する前記スピンバルブ型薄膜素子を
成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の上に
上部ギヤップ層256を介して上部シールド層257を
形成すると、MRヘッド(読出ヘッド)h1が完成す
る。続いて、前記MRヘッドh1の上部シールド層25
7と兼用である下部コア層257の上に、ギャップ層2
64を形成し、その上に螺旋状のコイル層266を、第
1の絶縁材料層267Aおよび第2の絶縁材料層267
Bで囲むように形成する。さらに、第2絶縁材料層26
7Bの上に上部コア層268を形成し、上部コア層26
8の上に、保護層269を設けることによって薄膜磁気
へッドとされる。
To manufacture the thin-film magnetic head of the present invention,
First, a lower shield layer 253 made of a magnetic material shown in FIG.
After the lower gap layer 254 is formed thereon, the spin-valve thin film element for forming the magnetoresistive element layer 245 is formed. Thereafter, when an upper shield layer 257 is formed on the spin valve thin film element via an upper gap layer 256, an MR head (read head) h1 is completed. Subsequently, the upper shield layer 25 of the MR head h1
The gap layer 2 is formed on the lower core layer 257 which is also used
64 is formed thereon, and a spiral coil layer 266 is formed thereon with the first insulating material layer 267A and the second insulating material layer 267.
It is formed so as to be surrounded by B. Further, the second insulating material layer 26
7B, an upper core layer 268 is formed on the upper core layer 26.
By providing a protective layer 269 on the top 8, a thin-film magnetic head is obtained.

【0158】このような薄膜磁気へッドは、上述したス
ピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッド
であるので、交換結合磁界を大きくすることができ、耐
久性、耐熱性に優れ、良好な抵抗変化率を有する薄膜磁
気へッドとなる。
Since such a thin film magnetic head is a thin film magnetic head provided with the above-described spin-valve type thin film element, the exchange coupling magnetic field can be increased, and the durability and heat resistance can be improved. An excellent thin film magnetic head having a good resistance change rate is obtained.

【0159】なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構
成およびインダクティブヘッドの構成は、図16〜図1
8に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスラ
イダおよびインダクティブヘッドを採用することができ
るのは勿論である。
The structure of the slider portion of the thin-film magnetic head and the structure of the inductive head are shown in FIGS.
8, it is a matter of course that the slider and the inductive head having other various structures can be adopted.

【0160】[0160]

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。 [試験例1] Siからなる基板上に、スパッタ装置を用いてAl23
からなる厚さ0.1μmのアルミナ層を設けたのち、ス
パッタ装置を用いて、Taからなる厚さ30Åの下地層
を形成し、ついで、厚さ300ÅのPtMn膜からなる
反強磁性層を形成し、さらに、厚さ25ÅのCo膜から
なる固定磁性層を形成し、その上に、厚さ25ÅのCu
膜からなる非磁性導電層を形成し、その上に、厚さ10
ÅのCo膜と厚さ70ÅのNiFe膜とからなるフリー
磁性層を形成し、さらに、厚さ50ÅのTaからなる保
護層を形成して積層体を得た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments. Test Example 1 Al 2 O 3 was deposited on a substrate made of Si by using a sputtering apparatus.
After an alumina layer having a thickness of 0.1 μm is formed, a base layer having a thickness of 30 ° made of Ta is formed using a sputtering apparatus, and an antiferromagnetic layer made of a PtMn film having a thickness of 300 ° is formed. Then, a fixed magnetic layer made of a Co film having a thickness of 25 ° is formed, and a Cu film having a thickness of 25 ° is further formed thereon.
A non-magnetic conductive layer made of a film is formed, and a non-magnetic conductive layer having a thickness of 10
A free magnetic layer composed of a Co film of Å and a NiFe film having a thickness of 70 形成 was formed, and a protective layer made of Ta having a thickness of 50 形成 was further formed to obtain a laminate.

【0161】このように形成された積層体の積層構造を
略記すると、(Si基板/Al23層/Ta層30Å/
PtMn層300Å/Co層25Å/Cu層25Å/C
o層10Å/NiFe層70Å/Ta層50Å)で示さ
れる積層体構造となる。
The laminate structure of the laminate thus formed is briefly described as (Si substrate / Al 2 O 3 layer / Ta layer 30 ° /
PtMn layer 300Å / Co layer 25Å / Cu layer 25Å / C
o layer 10Å / NiFe layer 70Å / Ta layer 50Å).

【0162】[試験例2] 試験例1と同様のアルミナ層を設けたSi基板上に、ス
パッタ装置を用いて、Taからなる厚さ50Åの下地層
を形成し、ついで、厚さ70ÅのNiFe膜と厚さ10
ÅのCo膜とからなるフリー磁性層を形成し、その上
に、厚さ30ÅのCu膜からなる非磁性導電層を形成
し、さらに、厚さ25ÅのCo膜からなる固定磁性層を
形成し、その上に、厚さ300ÅのPtMn膜からなる
反強磁性層を形成し、さらに、厚さ50ÅのTaからな
る保護層を形成して積層体を得た。
Test Example 2 An underlayer of Ta having a thickness of 50 ° was formed on a Si substrate provided with an alumina layer similar to that of Test Example 1 using a sputtering apparatus. Film and thickness 10
A free magnetic layer composed of a Co film of Å is formed, a nonmagnetic conductive layer composed of a Cu film having a thickness of 30 形成 is formed thereon, and a fixed magnetic layer composed of a Co film having a thickness of 25 Å is further formed thereon. An antiferromagnetic layer made of a PtMn film having a thickness of 300 ° was formed thereon, and a protective layer made of Ta was formed having a thickness of 50 ° to obtain a laminate.

【0163】このように形成された積層体の積層構造を
略記すると、(Si基板/Al23層/Ta層50Å/
NiFe層70Å/Co層10Å/Cu層30Å/Co
層25Å/PtMn層300Å/Ta層50Å)で示さ
れる積層体構造となる。
The laminated structure of the laminated body thus formed is briefly described as (Si substrate / Al 2 O 3 layer / Ta layer 50 ° /
NiFe layer 70Å / Co layer 10Å / Cu layer 30Å / Co
The layered structure is represented by (layer 25 で / PtMn layer 300Å / Ta layer 50Å).

【0164】このようにして得られた試験例1および試
験例2の積層体それぞれに、真空中245℃の温度で4
時間アニールを施し、その交換結合磁界と反強磁性層中
のMn濃度との関係を調べた。試験例1の積層体の結果
を図19に示し、試験例2の積層体の結果を図20に示
す。図19より、交換結合磁界が500(Oe)以上の
好ましい値となる反強磁性層中のMn濃度の好ましい範
囲は、43〜49原子%程度であることが確認できた。
図20より、交換結合磁界が500(Oe)以上の好ま
しい値となる反強磁性層中のMn濃度の好ましい範囲
は、42〜47原子%程度であることが確認できた。
Each of the laminates of Test Example 1 and Test Example 2 thus obtained was subjected to a vacuum treatment at a temperature of 245 ° C. for 4 hours.
Time annealing was performed, and the relationship between the exchange coupling magnetic field and the Mn concentration in the antiferromagnetic layer was examined. The results of the laminate of Test Example 1 are shown in FIG. 19, and the results of the laminate of Test Example 2 are shown in FIG. From FIG. 19, it has been confirmed that the preferable range of the Mn concentration in the antiferromagnetic layer at which the exchange coupling magnetic field has a preferable value of 500 (Oe) or more is about 43 to 49 atomic%.
From FIG. 20, it has been confirmed that the preferable range of the Mn concentration in the antiferromagnetic layer at which the exchange coupling magnetic field has a preferable value of 500 (Oe) or more is about 42 to 47 atomic%.

【0165】次に、試験例1および試験例2の積層体に
それぞれについて、アニール温度と交換結合磁界の関係
を調べた。その結果を図21に示す。図21より、試験
例1では、アニール温度の上昇とともに交換結合磁界が
緩やかに増加し、比較的低いアニール温度でも、500
(Oe)以上の好ましい交換結合磁界が得られることが
確認できた。また、試験例2では、260℃以上のアニ
ール温度で、500(Oe)以上の好ましい交換結合磁
界が得られることが確認できた。
Next, for each of the laminates of Test Example 1 and Test Example 2, the relationship between the annealing temperature and the exchange coupling magnetic field was examined. FIG. 21 shows the result. As shown in FIG. 21, in Test Example 1, the exchange coupling magnetic field gradually increased with the increase of the annealing temperature.
(Oe) It was confirmed that a preferable exchange coupling magnetic field as described above was obtained. In Test Example 2, it was confirmed that a preferable exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more was obtained at an annealing temperature of 260 ° C. or more.

【0166】次に、試験例1および試験例2の積層体そ
れぞれについて、アニール前の抵抗値およびアニール温
度と抵抗値の関係を調べた。その結果を図22に示す。
図22より、試験例1および試験例2においては、アニ
ールを施すことによって、抵抗値が増大することがあき
らかとなった。また、アニール温度の上昇とともに抵抗
値が増加することが確認できた。
Next, for each of the laminates of Test Example 1 and Test Example 2, the resistance before annealing and the relationship between the annealing temperature and the resistance were examined. The result is shown in FIG.
From FIG. 22, it is clear that in the test examples 1 and 2, the annealing increases the resistance value. Also, it was confirmed that the resistance value increased as the annealing temperature increased.

【0167】[試験例3] 試験例1と同様のアルミナ層を設けたSi基板上に、ス
パッタ装置を用いて、厚さ1μmのPtMn層を形成し
て試験体を得た。このようにして得られた試験体の比抵
抗とPtMn層中のMn濃度との関係を調べた。また、
この試験体に、真空中245℃の温度で4時間アニール
を施した場合の比抵抗とPtMn層中のMn濃度との関
係を調べた。結果を図23に示す。
Test Example 3 A 1 μm-thick PtMn layer was formed on a Si substrate provided with the same alumina layer as in Test Example 1 by using a sputtering apparatus to obtain a test body. The relationship between the specific resistance of the specimen thus obtained and the Mn concentration in the PtMn layer was examined. Also,
The relationship between the specific resistance and the Mn concentration in the PtMn layer when this specimen was annealed at 245 ° C. for 4 hours in a vacuum was examined. The results are shown in FIG.

【0168】図23より、アニールを施すことによっ
て、比抵抗が増大することがあきらかとなった。また、
PtMn層中のMn濃度の好ましい範囲は、40〜54
原子%程度であり、より好ましい比抵抗が200μΩ・
cm以上となる範囲は、44〜52原子%程度であり、
最も好ましい範囲は、43〜49原子%程度であること
が確認できた。
FIG. 23 clearly shows that the annealing increases the specific resistance. Also,
A preferable range of the Mn concentration in the PtMn layer is 40 to 54.
Atomic%, and more preferable specific resistance is 200 μΩ ·
cm or more is about 44 to 52 atomic%,
It has been confirmed that the most preferable range is about 43 to 49 atomic%.

【0169】[試験例4] 試験例1と同様の積層体において、反強磁性層以外の抵
抗値を20Ωとしたときの比抵抗と△MR(抵抗変化
率)との関係を調べた。結果を図24に示す。図24よ
り、比抵抗が増大すると、それに伴って△MRも増大す
ることが確認できた。このことから、反強磁性層に比抵
抗の大きい材料を用いることにより、△MRの大きい積
層体を得ることが可能であることがあきらかとなった。
Test Example 4 In the same laminate as in Test Example 1, the relationship between the specific resistance and ΔMR (resistance change rate) when the resistance other than the antiferromagnetic layer was 20 Ω was examined. The results are shown in FIG. From FIG. 24, it has been confirmed that when the specific resistance increases, the ΔMR increases accordingly. From this, it became clear that it is possible to obtain a laminate having a large ΔMR by using a material having a large specific resistance for the antiferromagnetic layer.

【0170】[試験例5] 試験例1と同様のアルミナ層を設けたSi基板上に、ス
パッタ装置を用いて、厚さ30ÅのNiFe膜を形成
し、その上に、厚さ300ÅのPtMn膜からなる層を
形成して積層体を得た。また、試験例1と同様のアルミ
ナ層を設けたSi基板上に、スパッタ装置を用いて、厚
さ1000ÅのPtMn膜からなる層を形成して試験体
を得た。 [試験例6] 試験例5と同様にして、PtMn膜に代えてNiMn膜
とした積層体および試験体を得た。 [試験例7] 試験例5と同様にして、PtMn膜に代えてCrPtM
n膜とした積層体および試験体を得た。 [試験例8] 試験例5と同様にして、PtMn膜に代えてPdPtM
n膜とした積層体および試験体を得た。 [試験例9] 試験例5と同様にして、PtMn膜に代えてRhPtM
n膜とした積層体および試験体を得た。
Test Example 5 A NiFe film having a thickness of 30 ° was formed on a Si substrate provided with the same alumina layer as in Test Example 1 by using a sputtering apparatus, and a PtMn film having a thickness of 300 ° was formed thereon. Was formed to obtain a laminate. Further, a layer made of a PtMn film having a thickness of 1000 ° was formed on a Si substrate provided with the same alumina layer as in Test Example 1 by using a sputtering apparatus to obtain a test piece. [Test Example 6] In the same manner as in Test Example 5, a laminate and a test body in which a NiMn film was used instead of the PtMn film were obtained. [Test Example 7] In the same manner as in Test Example 5, CrPtM was used instead of the PtMn film.
A laminate and a test body having an n film were obtained. Test Example 8 In the same manner as in Test Example 5, PdPtM was used instead of the PtMn film.
A laminate and a test body having an n film were obtained. [Test Example 9] In the same manner as in Test Example 5, instead of the PtMn film, RhPtM was used.
A laminate and a test body having an n film were obtained.

【0171】[試験例10] 試験例5と同様にして、PtMn膜に代えてIrMn膜
とした積層体および試験体を得た。 [試験例11] 試験例5と同様にして、PtMn膜に代えてFeMn膜
とした積層体および試験体を得た。 [試験例12] 試験例1と同様のアルミナ層を設けたSi基板上に、ス
パッタ装置を用いて、厚さ300ÅのNiO膜からなる
層を形成し、その上に、厚さ30ÅのNiFe膜を形成
して積層体を得た。また、試験例5と同様にして、Pt
Mn膜をNiO膜とした試験体を得た。[試験例13] 試験例12と同様にして、NiO膜に代えてαーFe2
3膜とした積層体および試験体を得た。
Test Example 10 In the same manner as in Test Example 5, a laminate and a test body were obtained in which the PtMn film was replaced with an IrMn film. [Test Example 11] In the same manner as in Test Example 5, a laminate and a test body in which the FeMn film was used instead of the PtMn film were obtained. [Test Example 12] On a Si substrate provided with the same alumina layer as in Test Example 1, a layer made of a NiO film having a thickness of 300 ° was formed using a sputtering apparatus, and a NiFe film having a thickness of 30 ° was formed thereon. Was formed to obtain a laminate. Further, in the same manner as in Test Example 5, Pt
A test piece using the Mn film as the NiO film was obtained. Test Example 13 In the same manner as in Test Example 12, α-Fe 2 was used instead of the NiO film.
A laminate and a test piece as an O 3 film were obtained.

【0172】このようにして得られた試験例5〜試験例
13の積層体に対し、交換結合磁界およびブロッキング
温度の測定を行った。また、試験例5〜試験例13の試
験体に対し、比抵抗の測定を行った。各項目の測定結果
は、好ましい範囲を○、使用可能な範囲を△、好ましく
ない範囲を×として評価した。各項目における評価範囲
を以下に示す。 [交換結合磁界] 500(Oe)を越えるものを○、200〜500(O
e)のものを△、200(Oe)未満のものを×として
評価した。 [ブロッキング温度] 300(℃)を越えるものを○、250〜300(℃)
のものを△、250(℃)未満のものを×として評価し
た。 [比抵抗] 200(μΩ・cm)以上のものを○、150(μΩ・
cm)を越えるもので200(μΩ・cm)未満のもの
を△、150(℃)以下のものを×として評価した。結
果を表1に示す。
The laminates of Test Examples 5 to 13 thus obtained were measured for the exchange coupling magnetic field and the blocking temperature. Moreover, the specific resistance of the test specimens of Test Examples 5 to 13 was measured. Regarding the measurement results of each item, a preferable range was evaluated as ○, a usable range as Δ, and an unfavorable range as ×. The evaluation range for each item is shown below. [Exchange Coupling Magnetic Field] Those exceeding 500 (Oe)
The sample of e) was evaluated as Δ, and the sample of less than 200 (Oe) was evaluated as x. [Blocking temperature] を for those exceeding 300 (° C), 250 to 300 (° C)
Were evaluated as Δ, and those less than 250 (° C.) were evaluated as x. [Specific resistance] を, 150 (μΩ
cm) and less than 200 (μΩ · cm) were evaluated as Δ, and those at 150 (° C) or less were evaluated as x. Table 1 shows the results.

【0173】[0173]

【表1】 [Table 1]

【0174】表1より、本発明のスピンバルブ型薄膜素
子の反強磁性層に用いられる合金を使用した試験例5〜
試験例9では、交換結合磁界、ブロッキング温度、比抵
抗ともに使用可能という結果となった。とくに、PtM
nを使用した試験例5は、全ての項目において好ましい
という結果となった。一方、従来の反強磁性層に用いら
れている合金を使用した試験例10〜試験例13では、
交換結合磁界、ブロッキング温度、比抵抗のいずれかが
好ましくないという結果となった。
From Table 1, it is found that Test Examples 5 to 5 using the alloy used for the antiferromagnetic layer of the spin-valve type thin film element of the present invention were performed.
In Test Example 9, the results showed that the exchange coupling magnetic field, the blocking temperature, and the specific resistance could all be used. In particular, PtM
Test Example 5 using n resulted in favorable results in all items. On the other hand, in Test Examples 10 to 13 using the alloy used for the conventional antiferromagnetic layer,
Any of the exchange coupling magnetic field, the blocking temperature, and the specific resistance was unfavorable.

【0175】[0175]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、下側反強磁性層と、下側固定磁性層
と、下側非磁性導電層と、フリー磁性層と、上側非磁性
導電層と、上側固定磁性層と、上側反強磁性層と、前記
フリー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるためのハー
ドバイアス層と、前記下側固定磁性層と下側非磁性導電
層とフリー磁性層と上側非磁性導電層と上側固定磁性層
に検出電流を与える導電層とを有し、前記下側固定磁性
層は前記下側反強磁性層との交換結合により前記フリー
磁性層の磁化方向と交差する方向に磁化方向が固定さ
れ、前記上側固定磁性層は前記 上側反強磁性層との交換
結合により前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向
に磁化方向が固定され、前記上側固定磁性層と下側固定
磁性層の各々は非磁性中間層を介して第1の固定磁性層
と第2の固定磁性層の2つに分断されて形成され、分断
された第1の固定磁性層と第2の固定磁性層で磁化方向
が互いに反平行のフェリ磁性状態とされ、前記上側固定
磁性層の第1の固定磁性層が上側の反強磁性層に接して
形成され、前記上側固定磁性層の第2の固定磁性層が上
側非磁性導電層に接して形成され、前記下側固定磁性層
の第1の固定磁性層が下側の反強磁性層に接して形成さ
れ、前記下側固定磁性層の第2の固定磁性層が下側非磁
性導電層に接して形成され、前記上側固定磁性層の第2
の固定磁性層と下側固定磁性層の第2の固定磁性層の磁
化方向はともに同一方向であり、前記上側及び下側の反
強磁性層が、Pt−Mn合金により形成されたものであ
り、アニールを施すことにより、反強磁性が示されると
ともに比抵抗が増加されたものであり、前記反強磁性層
の比抵抗が200μΩ以上であるものであるので、以下
のような優れた効果を有するものとすることができる。
また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、下側反強磁
性層と、下側固定磁性層と、下側非磁性導電層と、フリ
ー磁性層と、上側非磁性導電層と、上側固定磁性層と、
上側反強磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を一定
方向に揃えるためのハードバイアス層と、前記下側固定
磁性層と下側非磁性導電層とフリー磁性層と上側非磁性
導電層と上側固定磁性層に検出電流を与える導電層とを
有し、前記下側固定磁性層は前記下側反強磁性層との交
換結合により前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方
向に磁化方向が固定され、前記上側固定磁性層は前記上
側反強磁性層との交換結合により前記フリー磁性層の磁
化方向と交差する方向に磁化方向が固定され、前記上側
固定磁性層と下側固定磁性層の各々は非磁性中間層を介
して第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2つに分断
されて形成され、分断された第1の固 定磁性層と第2の
固定磁性層で磁化方向が互いに反平行のフェリ磁性状態
とされ、前記上側固定磁性層の第1の固定磁性層が上側
の反強磁性層に接して形成され、前記上側固定磁性層の
第2の固定磁性層が上側非磁性導電層に接して形成さ
れ、前記下側固定磁性層の第1の固定磁性層が下側の反
強磁性層に接して形成され、前記下側固定磁性層の第2
の固定磁性層が下側非磁性導電層に接して形成され、前
記上側固定磁性層の第2の固定磁性層と下側固定磁性層
の第2の固定磁性層の磁化方向は互いに反平行であり、
前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第1のフリー
磁性層と第2のフリー磁性層の2つに分断されて形成さ
れ、分断された第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層で磁化方向が互いに反平行のフェリ磁性状態とされて
なり、前記上側及び下側の反強磁性層が、Pt−Mn合
金により形成されたものであり、アニールを施すことに
より、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加された
ものであり、前記反強磁性層の比抵抗が200μΩ以上
であるものであるので、以下のような優れた効果を有す
るものとすることができる。
As described above, the spin-valve thin film element of the present invention comprises a lower antiferromagnetic layer and a lower pinned magnetic layer.
, Lower non-magnetic conductive layer, free magnetic layer, upper non-magnetic layer
A conductive layer, an upper pinned magnetic layer, an upper antiferromagnetic layer,
Harness for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer to a certain direction
Bias layer, the lower fixed magnetic layer and the lower non-magnetic conductive layer.
Layer, free magnetic layer, upper nonmagnetic conductive layer, and upper pinned magnetic layer
A conductive layer for applying a detection current to the lower fixed magnetism
The layer is freed by exchange coupling with the lower antiferromagnetic layer.
The magnetization direction is fixed in the direction crossing the magnetization direction of the magnetic layer.
The upper pinned magnetic layer exchanges with the upper antiferromagnetic layer.
Direction that intersects the magnetization direction of the free magnetic layer by coupling
The magnetization direction is fixed to the upper pinned magnetic layer and the lower pinned magnetic layer.
Each of the magnetic layers is a first fixed magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer.
And the second pinned magnetic layer is divided into two portions.
Magnetization directions of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
Are in an antiparallel ferrimagnetic state, and are fixed on the upper side.
The first pinned magnetic layer of the magnetic layer contacts the upper antiferromagnetic layer
And the second pinned magnetic layer of the upper pinned magnetic layer is
The lower fixed magnetic layer formed in contact with the non-magnetic conductive layer
Of the first pinned magnetic layer is formed in contact with the lower antiferromagnetic layer.
And the second pinned magnetic layer of the lower pinned magnetic layer is a lower non-magnetic layer.
A second conductive layer formed in contact with the conductive layer;
Of the pinned magnetic layer of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer of the lower pinned magnetic layer
The orientation directions are the same, and the upper and lower
The ferromagnetic layer is formed of a Pt-Mn alloy.
If annealing shows antiferromagnetism,
Both have an increased specific resistance, and the antiferromagnetic layer
Has a specific resistance of 200 μΩ or more, it is possible to obtain the following excellent effects.
The spin-valve thin-film element of the present invention has a lower antiferromagnetic
Magnetic layer, lower pinned magnetic layer, lower non-magnetic conductive layer, and free layer.
-A magnetic layer, an upper nonmagnetic conductive layer, an upper pinned magnetic layer,
The magnetization directions of the upper antiferromagnetic layer and the free magnetic layer are fixed.
Hard bias layer to align in the direction and the lower fixed
Magnetic layer, lower non-magnetic conductive layer, free magnetic layer and upper non-magnetic
The conductive layer and the conductive layer that applies the detection current to the upper pinned magnetic layer
The lower pinned magnetic layer has an intersection with the lower antiferromagnetic layer.
The direction crossing the magnetization direction of the free magnetic layer by commutation coupling
The magnetization direction is fixed in the direction, and the upper pinned magnetic layer is
Due to exchange coupling with the side antiferromagnetic layer,
The magnetization direction is fixed in a direction crossing the magnetization direction,
Each of the pinned magnetic layer and the lower pinned magnetic layer is via a non-magnetic intermediate layer.
And divided into two, a first pinned magnetic layer and a second pinned magnetic layer.
Is formed by, shed first fixed magnetic layer and the second
Ferrimagnetic state with magnetization directions antiparallel to each other in the pinned magnetic layer
And the first pinned magnetic layer of the upper pinned magnetic layer is
Formed in contact with the antiferromagnetic layer of
A second pinned magnetic layer is formed in contact with the upper non-magnetic conductive layer.
And the first pinned magnetic layer of the lower pinned magnetic layer is
A second pinned magnetic layer formed in contact with the ferromagnetic layer;
Is formed in contact with the lower non-magnetic conductive layer,
A second fixed magnetic layer and a lower fixed magnetic layer of the upper fixed magnetic layer
The magnetization directions of the second pinned magnetic layers are antiparallel to each other,
The free magnetic layer is a first free magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer.
A magnetic layer and a second free magnetic layer.
Separated first free magnetic layer and second free magnetic layer
The layers are in a ferrimagnetic state where the magnetization directions are antiparallel to each other.
Wherein the upper and lower antiferromagnetic layers are
It is made of gold.
Better anti-ferromagnetism and increased resistivity
Wherein the specific resistance of the antiferromagnetic layer is 200 μΩ or more.
Has the following excellent effects
It can be.

【0176】すなわち、本発明のスピンバルブ型薄膜素
は、反強磁性層が、耐熱性に優れたものにより形成され
ることにより、製造工程において高温による悪影響を受
けにくいものを得ることができるとともに、装置内の温
度が高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた
場合の耐久性が良好で、温度変化による交換結合磁界の
変動が少ない優れたものを得ることができる。また、反
強磁性層のブロッキング温度が高いものとなるため、反
強磁性層と固定磁性層との境界面に大きな交換結合磁界
を発生させることができ、前記固定磁性層の外部信号磁
界に対する磁化の回転を良好にピン止めすることができ
る。さらにまた、反強磁性層の比抵抗が大きいため、シ
ャントロスを減少させることができ、良好な抵抗変化率
を有するスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
That is, the spin-valve type thin film element of the present invention
The antiferromagnetic layer is formed of a material having excellent heat resistance, so that a material which is not easily affected by high temperature in the manufacturing process can be obtained, and a thin film magnetic head in which the temperature in the device becomes high. An excellent device having good durability when provided in the device described above and having little change in the exchange coupling magnetic field due to a change in temperature can be obtained. Further, since the blocking temperature of the antiferromagnetic layer is high, a large exchange coupling magnetic field can be generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer, and the magnetization of the pinned magnetic layer with respect to an external signal magnetic field can be generated. Can be properly pinned. Furthermore, since the specific resistance of the antiferromagnetic layer is large, shunt loss can be reduced, and a spin-valve thin film element having a good resistance change rate can be obtained.

【0177】さらに、比抵抗および抵抗変化率が大きい
スピンバルブ型薄膜素子となるため、良好な比電圧が得
られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とする
ことができる。したがって、反強磁性層が、NiO合
金、FeMn合金、IrMn合金などにより形成された
アニールを施さない従来のスピンバルブ型薄膜素子と比
較して、優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることがで
きる。また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子において
は、前記反強磁性層の比抵抗が、200μΩcm以上で
あるので、このようなスピンバルブ型薄膜素子とするこ
とで、シャントロスを十分に減少させることができ、高
出力化に有利な大きい出力電圧を得ることができるより
優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
Further, since the spin-valve thin-film element has a large specific resistance and a high rate of change in resistance, a spin-valve thin-film element which can obtain a good specific voltage and which is advantageous for high output can be obtained. Therefore, an excellent spin-valve thin-film element can be obtained as compared with a conventional spin-valve thin-film element in which the antiferromagnetic layer is formed of a NiO alloy, FeMn alloy, IrMn alloy or the like and is not subjected to annealing. Further, in the spin-valve type thin film element of the present invention,
Means that the specific resistance of the antiferromagnetic layer is 200 μΩcm or more.
Therefore, such a spin-valve type thin film element
With, the shunt loss can be sufficiently reduced and the high
Rather than being able to obtain a large output voltage that is advantageous for output
An excellent spin valve type thin film element can be obtained.

【0178】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記Pt−Mn合金が、Mnが40〜54原
子%の範囲であるものとすることで、高い比抵抗とより
一層良好な交換結合磁界を得ることができ、抵抗変化率
をより向上させることができる。さらに前記Pt−Mn
合金が、Mnが44〜52原子%の範囲であることであ
るものとすることで、高い比抵抗を有するものとするこ
とができ、良好な交換結合磁界が得られ、抵抗変化率を
より向上させることができる。
Further, in the spin-valve thin film element of the present invention, the Pt—Mn alloy has a high specific resistance and a better exchange coupling when the Mn is in the range of 40 to 54 atomic%. A magnetic field can be obtained, and the rate of change in resistance can be further improved. Further, the Pt-Mn
When the alloy has Mn in the range of 44 to 52 atomic%, the alloy can have high specific resistance, a good exchange coupling magnetic field is obtained, and the resistance change rate is further improved. Can be done.

【0179】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記Pt−Mn合金は、アニールを施すこと
により、規則化されてfct構造とされたものであるも
のとすることで、反強磁性層と固定磁性層との境界面に
大きな交換結合磁界を発生させることができる優れたス
ピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
In the spin-valve thin-film element of the present invention, the Pt-Mn alloy has a regularized fct structure by annealing, thereby providing an antiferromagnetic material. An excellent spin-valve thin-film element capable of generating a large exchange coupling magnetic field at the interface between the layer and the pinned magnetic layer can be provided.

【0180】さらに、本発明のスピンバルブ型薄膜素子
においては、前記反強磁性層の比抵抗が、アニールを施
すことにより、20%以上増加されたものとした場合
も、シャントロスを減少させることができ、大きい出力
電圧が得られるものとすることができる。
Further, the spin-valve type thin film element of the present invention
In the above method, even if the specific resistance of the antiferromagnetic layer is increased by 20% or more by annealing, the shunt loss can be reduced and a large output voltage can be obtained. Can be.

【0181】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非
磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデ
ュアル型構造とされてなるものとすることで、フリー磁
性層/非磁性導電層/固定磁性層の3層の組合わせを2
組有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子
と比較して、大きな△MR(抵抗変化率)が得られ、高
密度記録化に対応できるものとすることができる。
The spin-valve thin film element of the present invention has a dual structure in which a nonmagnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer. The combination of the three layers of the free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / pinned magnetic layer is
As a result, a large ΔMR (resistance change rate) can be obtained as compared with a single spin-valve thin film element, and it can be adapted to high-density recording.

【0182】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少なく
とも前記固定磁性層が非磁性中間層を介して2つに分断
され、分断された層どうしで磁化の向きが180゜異な
るフェリ磁性状態とされてなることを特徴とするものと
してもよい。少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介
して2つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場
合、2つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固
定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性
層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能とな
る。
[0182] In the spin-valve type thin film element of the present invention, at least the fixed magnetic layer of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer is divided into two with a nonmagnetic intermediate layer, it sheds layers each other And a ferrimagnetic state in which the directions of magnetization are different by 180 °. In the case of a spin-valve thin film element in which at least the fixed magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, one of the two divided fixed magnetic layers moves the other fixed magnetic layer in an appropriate direction. It plays the role of fixing and can keep the state of the fixed magnetic layer in a very stable state.

【0183】一方、フリー磁性層が非磁性中間層を介し
て2つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場
合、2つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結
合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対
して感度よく反転できるものとなる。
On the other hand, the free magnetic layer is connected via the non-magnetic intermediate layer.
To form a spin-valve type thin film element divided into two
Exchange between the free magnetic layers divided into two
A combined magnetic field is generated, and the ferrimagnetic state is established.
And can be inverted with good sensitivity.

【0184】さらにまた、本発明の薄膜磁気ヘッドは、
上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなるもので
あるので、交換結合磁界を大きくすることができ、耐久
性、耐熱性に優れ、良好な抵抗変化率を有する薄膜磁気
へッドとすることができる。
Furthermore, the thin-film magnetic head of the present invention
Since the above-described spin-valve thin film element is provided, a thin film magnetic head having a high exchange coupling magnetic field, excellent durability and heat resistance, and a good resistance change rate can be obtained. Can be.

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

【図1】 第1の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a spin-valve thin film element according to a first embodiment when viewed from a side facing a recording medium.

【図2】 第2の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a spin-valve thin film element according to a second embodiment when viewed from a surface facing a recording medium.

【図3】 第3の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a spin-valve thin film element according to a third embodiment when viewed from a side facing a recording medium.

【図4】 第4の参考形態のスピンパルブ型薄膜素子を
模式図的に示した横断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a fourth embodiment .

【図5】 図4に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of the spin-valve thin film element shown in FIG. 4 when viewed from a surface facing a recording medium.

【図6】 第5の参考形態のスピンパルブ型薄膜素子を
模式図的に示した横断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a fifth embodiment .

【図7】 図6に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of the spin-valve thin film element illustrated in FIG. 6 when viewed from a surface facing a recording medium.

【図8】 本発明における第1の実施形態のスピンパル
ブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to the first embodiment of the present invention.

【図9】 図8に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図で
ある。
9 is a cross-sectional view showing a structure when the spin-valve thin film element shown in FIG. 8 is viewed from a surface facing a recording medium.

【図10】 第6の参考形態のスピンパルブ型薄膜素子
を模式図的に示した横断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a sixth embodiment .

【図11】 図10に示したスピンバルブ型薄膜素子を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。
11 is a cross-sectional view showing a structure when the spin-valve thin film element shown in FIG. 10 is viewed from a surface facing a recording medium.

【図12】 第7の参考形態のスピンパルブ型薄膜素子
を模式図的に示した横断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a seventh embodiment .

【図13】 図12に示したスピンバルブ型薄膜素子を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。
13 is a cross-sectional view showing a structure when the spin-valve thin film element shown in FIG. 12 is viewed from a surface facing a recording medium.

【図14】 本発明における第2の実施形態のスピンパ
ルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a second embodiment of the present invention.

【図15】 図14に示したスピンバルブ型薄膜素子を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a structure when the spin-valve thin film element shown in FIG. 14 is viewed from a surface facing a recording medium.

【図16】 薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 16 is a perspective view showing an example of a thin-film magnetic head.

【図17】 図16に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア
部を示した断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a magnetic core portion of the thin-film magnetic head shown in FIG.

【図18】 図17に示した薄膜磁気ヘッドを示した概
略斜視図である。
18 is a schematic perspective view showing the thin-film magnetic head shown in FIG.

【図19】 試験例1の交換結合磁界と反強磁性層中の
Mnの濃度との関係を示したグラフである。
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the exchange coupling magnetic field and the concentration of Mn in the antiferromagnetic layer in Test Example 1.

【図20】 試験例2の交換結合磁界と反強磁性層中の
Mnの濃度との関係を示したグラフである。
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the exchange coupling magnetic field and the concentration of Mn in the antiferromagnetic layer in Test Example 2.

【図21】 アニール温度と交換結合磁界の関係を示し
たグラフである。
FIG. 21 is a graph showing a relationship between an annealing temperature and an exchange coupling magnetic field.

【図22】 アニール温度と抵抗値の関係を示したグラ
フである。
FIG. 22 is a graph showing a relationship between an annealing temperature and a resistance value.

【図23】 抵抗値とPtMn層中のMnの濃度との関
係を示したグラフである。
FIG. 23 is a graph showing a relationship between a resistance value and a concentration of Mn in a PtMn layer.

【図24】 比抵抗と△MR(抵抗変化率)との関係を
示したグラフである。
FIG. 24 is a graph showing a relationship between specific resistance and ΔMR (rate of change in resistance).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10、30、50、70、91、121、141
下地層 2、11、28、31、44、51、80、92、10
8、122、142、148 反強磁性層 3、123 固定磁性層 143 固定磁性層(下) 147 固定磁性層(上) 12、27、52、79 第1の固定磁性層 13、26、33、42、53、59、72、78、9
4、100、106 非磁性中間層 14、25、54、77 第2の固定磁性層 4、15、24、35、40、55、76、96、10
4、124、144、146 非磁性導電層 5、16、21、36、125、145 フリー磁性層 7、19、29、45、61、81、109、127、
149、269 保護層32、93 第lの固定磁性層
(下) 34、95 第2の固定磁性層(下) 41、105 第2の固定磁性層(上) 43、107 第19固定磁性層(上) 56、73、101 第1のフリー磁性層 60、71、97 第2のフリー磁性層 6、62、82、110、126、130、132 ハ
ードバイアス層 8、63、83、111、128、131、133 導
電層 112、113、114 センス電流
1, 10, 30, 50, 70, 91, 121, 141
Underlayers 2, 11, 28, 31, 44, 51, 80, 92, 10
8, 122, 142, 148 antiferromagnetic layer 3, 123 fixed magnetic layer 143 fixed magnetic layer (lower) 147 fixed magnetic layer (upper) 12, 27, 52, 79 first fixed magnetic layer 13, 26, 33, 42, 53, 59, 72, 78, 9
4, 100, 106 Non-magnetic intermediate layer 14, 25, 54, 77 Second pinned magnetic layer 4, 15, 24, 35, 40, 55, 76, 96, 10,
4, 124, 144, 146 Non-magnetic conductive layer 5, 16, 21, 36, 125, 145 Free magnetic layer 7, 19, 29, 45, 61, 81, 109, 127,
149, 269 Protective layers 32, 93 1st fixed magnetic layer (lower) 34, 95 2nd fixed magnetic layer (lower) 41, 105 2nd fixed magnetic layer (upper) 43, 107 19th fixed magnetic layer ( Top) 56, 73, 101 First free magnetic layer 60, 71, 97 Second free magnetic layer 6, 62, 82, 110, 126, 130, 132 Hard bias layer 8, 63, 83, 111, 128, 131, 133 conductive layer 112, 113, 114 sense current

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 下側反強磁性層と、下側固定磁性層と、
下側非磁性導電層と、フリー磁性層と、上側非磁性導電
層と、上側固定磁性層と、上側反強磁性層と、前記フリ
ー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるためのハードバ
イアス層と、前記下側固定磁性層と下側非磁性導電層と
フリー磁性層と上側非磁性導電層と上側固定磁性層に検
出電流を与える導電層とを有し、 前記下側固定磁性層は前記下側反強磁性層との交換結合
により前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向に磁
化方向が固定され、前記上側固定磁性層は前記上側反強
磁性層との交換結合により前記フリー磁性層の磁化方向
と交差する方向に磁化方向が固定され、 前記上側固定磁性層と下側固定磁性層の各々は非磁性中
間層を介して第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2
つに分断されて形成され、分断された第1の固定磁性層
と第2の固定磁性層で磁化方向が互いに反平行のフェリ
磁性状態とされ、 前記上側固定磁性層の第1の固定磁性層が上側の反強磁
性層に接して形成され、前記上側固定磁性層の第2の固
定磁性層が上側非磁性導電層に接して形成され、 前記下側固定磁性層の第1の固定磁性層が下側の反強磁
性層に接して形成され、前記下側固定磁性層の第2の固
定磁性層が下側非磁性導電層に接して形成され、 前記上側固定磁性層の第2の固定磁性層と下側固定磁性
層の第2の固定磁性層の磁化方向はともに同一方向であ
り、 前記上側及び下側の反強磁性層が、Pt−Mn合金によ
り形成されたものであり、 アニールを施すことにより、
反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたもので
あり、前記反強磁性層の比抵抗が200μΩ以上である
ことを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
1. A lower antiferromagnetic layer, a lower fixed magnetic layer,
Lower non-magnetic conductive layer, free magnetic layer, upper non-magnetic conductive layer
A top layer, an upper pinned magnetic layer, an upper antiferromagnetic layer, and the free layer.
ー Hardbar for aligning the magnetization direction of the magnetic layer in a certain direction
Ias layer, the lower fixed magnetic layer and the lower nonmagnetic conductive layer,
The free magnetic layer, upper non-magnetic conductive layer and upper pinned magnetic layer
A conductive layer for providing an output current, wherein the lower pinned magnetic layer is exchange-coupled with the lower antiferromagnetic layer.
As a result, the magnetic field in the direction crossing the magnetization direction of the free magnetic layer is
Direction is fixed, and the upper pinned magnetic layer is
Magnetization direction of the free magnetic layer by exchange coupling with the magnetic layer
The magnetization direction is fixed in a direction intersecting with the upper fixed magnetic layer and the lower fixed magnetic layer.
The first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
First pinned magnetic layer formed and divided into two pieces
And the second pinned magnetic layer have ferrites whose magnetization directions are antiparallel to each other.
The upper pinned magnetic layer is in a magnetic state, and the first pinned magnetic layer of the upper pinned magnetic layer is
The second fixed layer of the upper pinned magnetic layer is formed in contact with the conductive layer.
A constant magnetic layer is formed in contact with the upper nonmagnetic conductive layer, and the first fixed magnetic layer of the lower fixed magnetic layer is a lower antiferromagnetic layer.
The second fixed layer of the lower pinned magnetic layer is formed in contact with the conductive layer.
A constant magnetic layer is formed in contact with the lower nonmagnetic conductive layer, and a second fixed magnetic layer of the upper fixed magnetic layer and a lower fixed magnetic layer.
The magnetization directions of the second pinned magnetic layers of the layers are the same.
The upper and lower antiferromagnetic layers are made of a Pt—Mn alloy.
Is formed by annealing.
A spin-valve thin-film element , which exhibits antiferromagnetism and has an increased specific resistance, wherein the antiferromagnetic layer has a specific resistance of 200 µΩ or more .
【請求項2】 前記上側固定磁性層の第1の固定磁性層
の磁気モーメント(飽和磁化Msと膜厚tの積の値)と
第2の固定磁性層の磁気モーメント(飽和磁化Msと膜
厚tの積の値)との合成磁気モーメントと、前記下側固
定磁性層の第1の固定磁性層の磁気モーメント(飽和磁
化Msと膜厚tの積の値)と第2の固定磁性層の磁気モ
ーメント(飽和磁化Msと膜厚tの積の値)との合成磁
気モーメントの方向とは互いに反平行であることを特徴
とする請求項1に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
2. A first fixed magnetic layer of said upper fixed magnetic layer.
(The value of the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t)
The magnetic moment of the second pinned magnetic layer (the saturation magnetization Ms and the film thickness)
The value of the product of the thickness t) and the lower solid
The magnetic moment of the first fixed magnetic layer of the constant magnetic layer (saturated magnetic layer)
Value of the product of the thickness Ms and the thickness t) and the magnetic model of the second pinned magnetic layer.
(The value of the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t)
It is characterized by being antiparallel to the direction of the air moment
The spin-valve type thin film element according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記第1の固定磁性層/非磁性中間層/
第2の固定磁性層の部分に形成されるセンス電流磁界の
方向が、前記フリー磁性層の上下に形成された双方の合
成磁気モーメントの方向がともに同一方向となる方向に
前記センス電流が流されることを特徴とする請求項2に
記載のスピンバルブ型薄膜素子。
3. The method according to claim 1, wherein said first fixed magnetic layer / nonmagnetic intermediate layer /
Of the sense current magnetic field formed in the portion of the second pinned magnetic layer
The direction is the sum of both directions formed above and below the free magnetic layer.
In the direction in which both directions of the generated magnetic moment are the same direction
3. The method according to claim 2, wherein the sense current is supplied.
The spin-valve type thin film element according to the above.
【請求項4】 下側反強磁性層と、下側固定磁性層と、
下側非磁性導電層と、フリー磁性層と、上側非磁性導電
層と、上側固定磁性層と、上側反強磁性層と、前記フリ
ー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるためのハードバ
イアス層と、前記下側固定磁性層と下側非磁性導電層と
フリー磁性層と上側非磁性導電層と上側固定磁性層に検
出電流を与える導電層とを有し、 前記下側固定磁性層は前記下側反強磁性層との交換結合
により前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向に磁
化方向が固定され、前記上側固定磁性層は前記上側反強
磁性層との交換結合により前記フリー磁性層の磁化方向
と交差する方向に磁化方向が固定され、 前記上側固定磁性層と下側固定磁性層の各々は非磁性中
間層を介して第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2
つに分断されて形成され、分断された第1の固定磁性層
と第2の固定磁性層で磁化方向が互いに反平行のフェリ
磁性状態とされ、 前記上側固定磁性層の第1の固定磁性層が上側の反強磁
性層に接して形成され、前記上側固定磁性層の第2の固
定磁性層が上側非磁性導電層に接して形成され、 前記下側固定磁性層の第1の固定磁性層が下側の反強磁
性層に接して形成され、前記下側固定磁性層の第2の固
定磁性層が下側非磁性導電層に接して形成され 前記上側固定磁性層の第2の固定磁性層と下側固定磁性
層の第2の固定磁性層の磁化方向は互いに反平行であ
り、 前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第1のフリー
磁性層と第2のフリー磁性層の2つに分断されて形成さ
れ、分断された第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層で磁化方向が互いに反平行のフェリ磁性状態とされて
なり、 前記上側及び下側の反強磁性層が、Pt−Mn合金によ
り形成されたものであり、アニールを施すことにより、
反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたもので
あり、前記反強磁性層の比抵抗が200μΩ以上である
ことを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
4. A lower antiferromagnetic layer, a lower fixed magnetic layer,
Lower non-magnetic conductive layer, free magnetic layer, upper non-magnetic conductive layer
A top layer, an upper pinned magnetic layer, an upper antiferromagnetic layer, and the free layer.
ー Hardbar for aligning the magnetization direction of the magnetic layer in a certain direction
Ias layer, the lower fixed magnetic layer and the lower nonmagnetic conductive layer,
The free magnetic layer, upper non-magnetic conductive layer and upper pinned magnetic layer
A conductive layer for providing an output current, wherein the lower pinned magnetic layer is exchange-coupled with the lower antiferromagnetic layer.
As a result, the magnetic field in the direction crossing the magnetization direction of the free magnetic layer is
Direction is fixed, and the upper pinned magnetic layer is
Magnetization direction of the free magnetic layer by exchange coupling with the magnetic layer
The magnetization direction is fixed in a direction intersecting with the upper fixed magnetic layer and the lower fixed magnetic layer.
The first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
First pinned magnetic layer formed and divided into two pieces
And the second pinned magnetic layer have ferrites whose magnetization directions are antiparallel to each other.
The upper pinned magnetic layer is in a magnetic state, and the first pinned magnetic layer of the upper pinned magnetic layer is
The second fixed layer of the upper pinned magnetic layer is formed in contact with the conductive layer.
A constant magnetic layer is formed in contact with the upper nonmagnetic conductive layer, and the first fixed magnetic layer of the lower fixed magnetic layer is a lower antiferromagnetic layer.
The second fixed layer of the lower pinned magnetic layer is formed in contact with the conductive layer.
Constant magnetic layer is formed in contact with the lower non-magnetic layer, the second pinned magnetic layer and the lower fixed magnetic of the upper fixed magnetic layer
The magnetization directions of the second pinned magnetic layers of the layers are antiparallel to each other.
The free magnetic layer is first free via a non-magnetic intermediate layer.
A magnetic layer and a second free magnetic layer.
Separated first free magnetic layer and second free magnetic layer
The layers are in a ferrimagnetic state where the magnetization directions are antiparallel to each other.
And the upper and lower antiferromagnetic layers are made of a Pt—Mn alloy.
Is formed by annealing.
Antiferromagnetism is shown and resistivity is increased.
And the specific resistance of the antiferromagnetic layer is 200 μΩ or more.
A spin-valve type thin film element characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 前記第1のフリー磁性層と第2のフリー
磁性層の磁気モーメント(飽和磁化Msと膜厚tの積の
値)の大きさが異なることを特徴とする請求項4に記載
のスピンバルブ型薄膜素子。
5. The first free magnetic layer and a second free magnetic layer.
The magnetic moment of the magnetic layer (the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t)
The value of (Value) is different.
Spin-valve type thin film element.
【請求項6】 前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性
層の磁気モーメント(飽和磁化Msと膜厚tの積の値)
の大きさが異なることを特徴とする請求項1乃至5のい
ずれか一項に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
6. A magnetic moment (a value of a product of a saturation magnetization Ms and a film thickness t) of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer.
6. The method as claimed in claim 1, wherein the sizes of the two are different.
A spin-valve thin-film element according to any one of the preceding claims.
【請求項7】 前記非磁性中間層は、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうちl種あるいは2種以上の合
金より形成されていることを特徴とする請求項1乃至6
のいずれか一項に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
7. The non-magnetic intermediate layer comprises Ru, Rh, I
of l, two or more of r, Cr, Re and Cu
7. The method according to claim 1, wherein the metal is made of gold.
The spin-valve thin film element according to any one of the above.
【請求項8】 前記Pt−Mn合金は、Mnが44〜5
2原子%の範囲であることを特徴とする請求項1乃至7
のいずれか一項に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
8. The Pt—Mn alloy, wherein Mn is 44 to 5
8. The composition according to claim 1, wherein the content is in the range of 2 atomic%.
The spin-valve thin film element according to any one of the above.
【請求項9】 前記Pt−Mn合金は、アニールを施す
ことにより、規則化されてfct構造とされたものであ
ることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記
載のスピンバルブ型薄膜素子。
9. The annealing of the Pt—Mn alloy
By doing so, it is a regularized fct structure
9. The method according to claim 1, wherein
Spin-valve type thin film element.
【請求項10】 比抵抗が、アニールを施すことによ
り、20%以上増加されたものであることを特徴とする
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のスピンバルブ型
薄膜素子。
10. The method according to claim 1, wherein the specific resistance is determined by performing the annealing.
And increased by 20% or more.
The spin-valve type according to claim 1.
Thin film element.
【請求項11】 請求項1乃至10のいずれか一項に記11. The method according to claim 1, wherein:
載のスピンバルブ型Spin valve type 薄膜素子が備えられてなることを特It is noted that a thin film element is provided.
徴とする薄膜磁気ヘッド。Thin film magnetic head.
JP01911799A 1999-01-27 1999-01-27 Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head equipped with the spin-valve thin-film element Expired - Fee Related JP3212568B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01911799A JP3212568B2 (en) 1999-01-27 1999-01-27 Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head equipped with the spin-valve thin-film element
KR1020000002852A KR100360036B1 (en) 1999-01-27 2000-01-21 Spin valve type magnetoresistive effect thin film element, manufacturing method thereof and thin film magnetic head comprising the element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01911799A JP3212568B2 (en) 1999-01-27 1999-01-27 Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head equipped with the spin-valve thin-film element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000215420A JP2000215420A (en) 2000-08-04
JP3212568B2 true JP3212568B2 (en) 2001-09-25

Family

ID=11990542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP01911799A Expired - Fee Related JP3212568B2 (en) 1999-01-27 1999-01-27 Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head equipped with the spin-valve thin-film element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3212568B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008799A1 (en) * 2003-07-18 2005-01-27 Fujitsu Limited Ccp magnetoresistance element, method for manufacturing same, magnetic head and magnetic storage
EP3499595B1 (en) * 2016-08-10 2020-12-09 Alps Alpine Co., Ltd. Exchange-coupling film, and magneto-resistive element and magnetic detection device using same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000215420A (en) 2000-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100833923B1 (en) Magneto resistance effect device
JP3327375B2 (en) Magnetoresistive transducer, method of manufacturing the same, and magnetic recording apparatus
US6888703B2 (en) Multilayered structures comprising magnetic nano-oxide layers for current perpindicular to plane GMR heads
US7428130B2 (en) Magnetoresistive element, magnetic head, magnetic storage unit, and magnetic memory unit
KR100890323B1 (en) Magnetoresistive effect element, magnetic head, magnetic storage device and magnetic memory
US20080198514A1 (en) Magnetoresistive device, magnetic head, magnetic storage apparatus, and magnetic memory
JP2003124541A (en) Exchange coupling film, magnetoresistive effect element, magnetic head, and magnetic random access memory
US20040048104A1 (en) Exchange-coupled film, spin valve film, thin film magnetic head, magnetic head apparatus, and magnetic recording/reproducing apparatus
US8081402B2 (en) Magnetoresistive head having a current screen layer for confining current therein and method of manufacture thereof
US6586121B2 (en) Spin-valve thin-film magnetic element
JP2000040209A (en) Spin valve type thin-film element and thin film magnetic head using this spin valve type thin-film element
JP3212568B2 (en) Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head equipped with the spin-valve thin-film element
US6519122B1 (en) Spin-valve thin-film element
KR100363462B1 (en) Spin valve type magnetoresistive effect element and manufacturing method thereof
JP3831573B2 (en) Method for manufacturing spin valve thin film element and method for manufacturing thin film magnetic head using spin valve thin film element
JP3212567B2 (en) Thin film magnetic head having magnetoresistive thin film magnetic element and method of manufacturing the same
US7609489B2 (en) Magnetic sensor using NiFe alloy for pinned layer
JP2000068569A (en) Exchange coupled film and magneto resistive effect element using the same
JP3040751B2 (en) Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head using the spin-valve thin-film element
JP3212565B2 (en) Spin valve type thin film element and thin film magnetic head having the same
JP3212566B2 (en) Thin film magnetic head having magnetoresistive thin film magnetic element and method of manufacturing the same
JP3088382B2 (en) Method of manufacturing spin-valve thin-film element and method of manufacturing thin-film magnetic head using spin-valve thin-film element
KR100360036B1 (en) Spin valve type magnetoresistive effect thin film element, manufacturing method thereof and thin film magnetic head comprising the element
JP3497430B2 (en) Spin valve thin film element and thin film magnetic head using the spin valve thin film element
JP3249499B2 (en) Spin-valve thin-film element and thin-film magnetic head using the spin-valve thin-film element

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20010703

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070719

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080719

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080719

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090719

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100719

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110719

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120719

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130719

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees