JP3274440B2 - 磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド

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JP3274440B2
JP3274440B2 JP28786499A JP28786499A JP3274440B2 JP 3274440 B2 JP3274440 B2 JP 3274440B2 JP 28786499 A JP28786499 A JP 28786499A JP 28786499 A JP28786499 A JP 28786499A JP 3274440 B2 JP3274440 B2 JP 3274440B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、前記反強磁性層と
強磁性層との界面にて発生する交換異方性磁界を用いた
磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッドに係り、特に前
記反強磁性層が元素Ｘ（Ｐｔ，Ｐｄ等）とＭｎとを含有
する反強磁性材料で形成された場合、より大きい交換異
方性磁界を得られるようにした磁気抵抗効果素子（スピ
ンバルブ型薄膜素子）、ならびに、前記磁気抵抗効果素
子を用いた薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素
子の１種であり、ハードディスクなどの記録媒体からの
記録磁界を検出するものである。
【０００３】このスピンバルブ型薄膜素子は、ＧＭＲ素
子の中でも比較的構造が単純で、しかも弱い磁界で抵抗
が変化するなど、いくつかの優れた点を有している。
【０００４】前記スピンバルブ型薄膜素子は、最も単純
な構造で、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層およ
びフリー磁性層から成る。
【０００５】前記反強磁性層と固定磁性層とは接して形
成され、前記反強磁性層と固定磁性層との界面にて発生
する交換異方性磁界により、前記固定磁性層の磁化方向
は一定方向に単磁区化され固定される。
【０００６】フリー磁性層の磁化は、その両側に形成さ
れたバイアス層により、前記固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向に揃えられる。
【０００７】前記反強磁性層にはＦｅ−Ｍｎ（鉄−マン
ガン）合金膜、またはＮｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガ
ン）合金膜、固定磁性層及びフリー磁性層にはＮｉ−Ｆ
ｅ（ニッケル−鉄）合金膜、非磁性導電層にはＣｕ
（銅）膜、またバイアス層にはＣｏ−Ｐｔ（コバルト−
白金）合金膜などが一般的に使用されている。
【０００８】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界により、前記フ
リー磁性層の磁化方向が変動すると、固定磁性層の固定
磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値
の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁
界が検出される。
【０００９】ところで、前述したように、反強磁性層に
は、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜やＮｉ−Ｍｎ合金膜が用いられる
が、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜は、耐食性が低く、また交換異方
性磁界が小さく、さらにブロッキング温度が１５０℃程
度と低くなっている。ブロッキング温度が低いことで、
ヘッドの製造工程中やヘッド動作中における素子温度の
上昇により、交換異方性磁界が消失してしまうという問
題が発生する。
【００１０】これに対し、Ｎｉ―Ｍｎ合金膜は、Ｆｅ―
Ｍｎ合金膜に比べて、交換異方性磁界が比較的大きく、
しかもブロッキング温度が約３００℃と高い。従って反
強磁性層には、Ｆｅ―Ｍｎ合金膜よりもＮｉ―Ｍｎ合金
膜を用いる方が好ましい。
【００１１】また、Ｂ．Ｙ．Ｗｏｎｇ，Ｃ．Ｍｉｔｓｕ
ｍａｔａ，Ｓ．Ｐｒａｋａｓｈ，Ｄ．Ｅ．Ｌａｕｇｈｌ
ｉｎ，ａｎｄ Ｔ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ：Ｊｏｕｒｎａ
ｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｓｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．
７９，Ｎｏ１０，ｐ．７８９６―ｐ．７９０４（１９９
６）には、Ｎｉ−Ｍｎ合金膜を反強磁性層として用いた
場合における前記反強磁性層と固定磁性層（ＮｉＦｅ合
金膜）との界面構造について報告されている。
【００１２】この論文には、「ＮｉＦｅとＮｉＭｎの両
方の｛１１１｝面が膜面と平行となるように、ＮｉＦｅ
／ＮｉＭｎ界面での結晶整合状態を保って成長してい
る。界面での整合歪みは、膜面と平行な面を双晶面とす
る双晶が多数導入されることにより緩和されている。た
だし、残存している界面歪みにより、界面近くでのＮｉ
Ｍｎの規則化は低く抑制され、界面から離れた場所では
規則化度が高くなっている。」と記載されている。
【００１３】なお、整合とは、界面における反強磁性層
と固定磁性層との原子が、１対１で対応する状態のこと
をいい、逆に非整合とは、界面における反強磁性層と固
定磁性層との原子が一対の位置関係にない状態のことを
いう。
【００１４】ＮｉＭｎ合金で反強磁性層が形成される場
合、熱処理が施されることにより、ＮｉＭｎ合金と固定
磁性層との界面に、交換異方性磁界が発生するが、これ
は熱処理が施されることにより、ＮｉＭｎ合金が不規則
格子から規則格子に変態することによる。
【００１５】熱処理が施される前では、ＮｉＭｎ合金の
結晶構造は、Ｎｉ，Ｍｎ原子の配列順序が不規則な面心
立方格子（以下、不規則格子という）であるが、熱処理
が施されると、結晶構造は、面心立方格子から面心正方
格子に変態し、しかも原子位置が規則化（以下規則格子
という）する。なお、結晶構造が完全に規則格子となっ
た場合におけるＮｉ−Ｍｎ合金膜の格子定数ａ，ｃの比
ｃ／ａは、０．９４２である。
【００１６】このように、完全に規則格子となったＮｉ
Ｍｎ合金膜の格子定数比ｃ／ａは、比較的１に近い値で
あるため、不規則格子から規則格子に変態する時に生じ
る界面での格子歪みは、比較的小さくなっており、従っ
てＮｉＭｎ合金膜と固定磁性層との界面構造が整合状態
にあっても、熱処理が施されることにより、ＮｉＭｎ合
金が不規則格子から規則格子に変態し、交換異方性磁界
が発生する。
【００１７】なお前述した論文に記載されているよう
に、界面における格子歪みは、双晶によりある程度緩和
されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、Ｎｉ
Ｍｎ合金は、比較的交換異方性磁界が大きく、またブロ
ッキング温度も約３００℃と高くなっており、従来のＦ
ｅＭｎ合金に比べて優れた特性を有しているが、耐食性
に関しては、ＦｅＭｎ合金と同じ様に、充分であるとは
いえなかった。
【００１９】そこで最近では、耐食性に優れ、しかもＮ
ｉＭｎ合金よりも大きい交換異方性磁界を発生し、高い
ブロッキング温度を有する反強磁性材料として、白金族
元素を用いたＸ−Ｍｎ合金（Ｘ＝Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｏｓ）が注目を浴びている。
【００２０】白金族元素を含有するＸ−Ｍｎ合金を反強
磁性層として用いれば、従来に比べて再生出力を向上さ
せることができ、またヘッド駆動動作時における素子温
度の上昇により、交換異方性磁界が消滅し再生特性が低
下するといった不具合も生じにくくなる。
【００２１】ところで、この白金族元素を含有するＸ−
Ｍｎ合金を反強磁性層として用いた場合、交換異方性磁
界を発生させるには、ＮｉＭｎ合金を反強磁性層として
用いた場合と同様に、成膜後熱処理を施す必要がある。
【００２２】ＮｉＭｎ合金の場合、前述した文献によれ
ば、固定磁性層（ＮｉＦｅ合金）との界面構造は整合状
態となっていると記載されているが、Ｘ−Ｍｎ合金（Ｘ
は白金族元素）の場合も同じ様に、固定磁性層との界面
構造を整合状態としておくと、熱処理を施しても交換異
方性磁界がほとんど発生しないことがわかった。
【００２３】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、反強磁性層として、元素Ｘ（Ｘは白金族元
素）とＭｎとを含有する反強磁性材料を用いた場合、そ
の成膜順序に応じた最適な合金組成比を備えることで、
大きい交換異方性磁界を発生することができるようにし
た交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前
記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドを提供する
ことを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子ならびにこの磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッ
ドは、反強磁性層が強磁性層の上に位置する場合と、下
に位置する場合とで、前記反強磁性層を構成する組成Ｘ
の組成比、またはＸ＋Ｘ′の組成比に最適な範囲を与え
ることを特徴としている。
【００２５】すなわち、本発明は、スライダのトレーリ
ング側端部に設けられたデュアルスピンバルブ型の磁気
抵抗効果素子において、前記トレーリング側端部から磁
気記録媒体の移動方向に向う方向を上側としたときに、
下側から下側反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、
フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、上側反強磁
性層の順に連続して接するように積層成膜されたもの
で、且つ前記フリー磁性層の磁化方向を前記下側と上側
の固定磁性層の磁化方向と交叉する方向へ揃えるバイア
ス層が設けられており、 前記上側反強磁性層が、Ｘ−Ｍ
ｎ−Ｘ′合金（ただし、Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元
素であり、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，
Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａ ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２
種以上の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′
合金のＸ＋Ｘ′の組成比がａｔ％で、４７〜５７の範囲
内であり、 前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただ
しＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか１種または２種以上の元素である）で構成され、
前記Ｘ−Ｍｎ合金のＸの組成比がａｔ％で、４４〜５７
の範囲内であることを特徴とするものである。
【００２６】または、スライダのトレーリング側端部に
設けられたデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子
において、前記トレーリング側端部から磁気記録媒体の
移動方向に向う方向を上側としたときに、下側から下側
反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性
層、非磁性導電層、固定磁性層、上側反強磁性層の順に
連続して接するように積層成膜されたもので、且つ前記
フリー磁性層の磁化方向を前記下側と上側の固定磁性層
の磁化方向と交叉する方向へ揃えるバイアス層が設けら
れており、 前記上側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただ
しＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか１種または２種以上の元素である）で構成され、
前記Ｘ−Ｍｎ合金のＸの組成比はａｔ％で、４７〜５７
の範囲内であり、前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ−
Ｘ′合金（ただし、Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であ
り、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，
Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，
Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上
の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の
Ｘ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲内であ
ることを特徴とするものである。
【００２７】または、スライダのトレーリング側端部に
設けられたデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子
において、 前記トレーリング側端部から磁気記録媒体の
移動方向に向う方向を上側としたときに、下側から下側
反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性
層、非磁性導電層、固定磁性層、上側反強磁性層の順に
連続して接するように積層成膜されたもので、且つ前記
フリー磁性層の磁化方向を前記下側と上側の固定磁性層
の磁化方向と交叉する方向へ揃えるバイアス層が設けら
れており、 前記上側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただ
しＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか１種の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍｎ合
金のＸの組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であ
り、前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸ
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれ
か２種以上の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍｎ合
金のＸの組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲内である
ことを特徴とするものである。
【００２８】または、スライダのトレーリング側端部に
設けられたデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子
において、前記トレーリング側端部から磁気記録媒体の
移動方向に向う方向を上側としたときに、下側から下側
反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性
層、非磁性導電層、固定磁性層、上側反強磁性層の順に
連続して接するように積層成膜されたもので、且つ前記
フリー磁性層の磁化方向を前記下側と上側の固定磁性層
の磁化方向と交叉する方向へ揃えるバイアス層が設けら
れており、 前記上側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただ
しＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか２種以上の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍ
ｎ合金のＸの組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内で
あり、前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸ
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれ
か１種の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍｎ合金の
Ｘの組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲内であること
を特徴とするものである。
【００２９】上記の磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と
固定磁性層とが接して形成されたデュアルスピンバルブ
型薄膜素子である。
【００３０】また、前記上部反強磁性層が、前記Ｘ−Ｍ
ｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし、Ｘは、
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１
種または２種以上の元素であり、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）で形成さ
れ、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ
％で、４７〜５７の範囲内であってもよいし、前記下側
反強磁性層が、前記Ｘ−Ｍｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ−
Ｘ′合金（ただし、Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であ
り、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，
Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，
Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上
の元素である）で形成され、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の
Ｘ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲内であ
ってもよい。
【００３１】さらに、前記上側反強磁性層のＸ−Ｍｎ合
金のＸの組成比、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋
Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内であるこ
と、および前記下側反強磁性層のＸ−Ｍｎ合金のＸの組
成比、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比
はａｔ％で、４６〜５５の範囲内であることが好まし
い。
【００３２】次に、前記Ｘ―Ｍｎ合金の元素Ｘは、Ｐｔ
であることが好ましい。この場合に、例えば熱処理後に
おける前記反強磁性層の格子定数ａ，ｃの比ｃ／ａは、
０．９３〜０．９９の範囲内であることが好ましい。
【００３３】また、前記反強磁性層となるＸ―Ｍｎ―
Ｘ′合金の元素ＸはＰｔであることが好ましい。
【００３４】例えば、前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上の元素である。
【００３５】ここで、前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％
で、０．２〜１０の範囲内であることが好ましい。
【００３６】また、前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、
０．５〜５の範囲内であることがさらに好ましい。
【００３７】また、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の元素Ｘと
Ｍｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範
囲内であることが好ましい。
【００３８】前記反強磁性層として用いられる前記Ｘ―
Ｍｎ―Ｘ′合金は、スパッタ法により形成されることが
可能である。
【００３９】また、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、元素Ｘ
とＭｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が浸入
した浸入型固溶体であり、あるいは元素ＸとＭｎとで構
成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換さ
れた置換型固溶体であることも可能である。
【００４０】また、前記反強磁性層の少なくとも一部の
結晶構造が、Ｌ１ 0 型の面心正方規則格子となっている
ことが好ましい。
【００４１】さらに、前記下側反強磁性層は、下地膜の
上に接して形成されているものでもよく、前記下地膜
は、例えばＴａからなる。
【００４２】そして、本発明の薄膜磁気ヘッドは、前記
のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子の上下にギャ
ップ層を介してシールド層が形成されていることを特徴
とするものである。
【００４３】上記したように本発明では、反強磁性層と
して、少なくとも白金族元素（元素Ｘ）とＭｎとを有す
る反強磁性材料を使用し、前記反強磁性層が強磁性層の
上側に形成されるか、下側に形成されるかにより、前記
反強磁性層の組成比に最適な範囲を与えることで、大き
な交換異方性磁界を発生させることが可能となってい
る。
【００４４】このように反強磁性層の組成比を適正化す
ることで、交換異方性磁界を大きくできる理由は、反強
磁性層と強磁性層との格子定数の差を大きくでき、界面
構造を非整合状態にできるからである。
【００４５】なお本発明では、上記した反強磁性層の組
成範囲を使用すれば大きな交換異方性磁界が得られるこ
とは実験により明らかにされており、その実験結果につ
いては後述することとする。
【００４６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のデュアルスピン
バルブ型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図で
ある。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分の
みを破断して示している。
【００４７】このデュアルスピンバルブ型薄膜素子は、
ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレ
ーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなど
の記録磁界を検出するものである。なお、ハードディス
クなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気
記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００４８】図１の最も下に形成されているのはＴａ
（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。この下地層６の上に、下側反強磁性層４、固定磁
性層３、非磁性導電層２、およびフリー磁性層１が連続
して積層されている。さらに前記フリー磁性層１の上に
は、非磁性導電層２、固定磁性層３、上側反強磁性層
４、およびＴａ（タンタル）などの保護層７が連続して
積層されている。また、下地層６から保護層７までの多
層膜の両側にはハードバイアス層５，５、導電層８，８
が積層されている。
【００４９】本発明では前記フリー磁性層１および固定
磁性層３が、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ合金、
Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成されている。
【００５０】なお図１に示すようにフリー磁性層１は一
層で形成されているが、これが多層構造で形成されても
よい。つまり、前記フリー磁性層１が、例えばＮｉＦｅ
合金とＣｏＦｅ合金とが積層された構造となっていても
よいし、ＮｉＦｅ合金とＣｏとが積層された構造でもよ
い。
【００５１】前記フリー磁性層１と固定磁性層３との間
に介在する非磁性導電層２は、Ｃｕで形成されている。
さらに、ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ
（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト
−クロム−白金）合金などで形成されており、導電層
８，８は、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）、Ｃｒ（ク
ロム）などで形成されている。
【００５２】本発明では、下側と上側の反強磁性層４
は、少なくとも元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以
上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料によ
って形成されている。
【００５３】本発明では、図１に示す固定磁性層３と上
下の反強磁性層４との界面構造は、非整合状態となって
おり、また界面における前記反強磁性層４の少なくとも
一部の結晶構造は、Ｌ１0型の面心正方格子（以下、規
則格子という）となっている。
【００５４】ここで、Ｌ１0型の面心正方格子とは、単
位格子の６面のうち、側面の４面の中心をＸ原子（Ｘ＝
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ）が占め、単位格
子の隅、および上面および下面の中心にＭｎ原子が占め
るものをいう。
【００５５】また本発明では、固定磁性層３と上下の反
強磁性層４との結晶配向が異なっていることが、固定磁
性層３と反強磁性層４との界面構造が、非整合状態にな
りやすい点で好ましい。
【００５６】図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素
子では、Ｔａの下地層６が敷いてあるので、前記下地層
６の上に形成される下側の反強磁性層４の｛１１１｝面
は、界面に平行な方向に優先配向するが、この前記反強
磁性層４の上に固定磁性層３が形成されると、前記固定
磁性層３の｛１１１｝面の界面方向に対する配向度は、
下側の反強磁性層４の配向度よりも小さいか、あるいは
無配向になり易い傾向がある。このように、下側の反強
磁性層４と固定磁性層３との結晶配向は異なっており、
従ってより界面構造を非整合状態とすることが可能とな
っている。
【００５７】また、前記固定磁性層３の上に形成される
上側の反強磁性層４の｛１１１｝面は、前記固定磁性層
３の｛１１１｝面の配向度に比べて小さいか、あるいは
無配向となっている。従って前記界面における構造が非
整合状態になりやすくなっている。
【００５８】本発明では熱処理前の段階から、固定磁性
層３と反強磁性層４との界面構造を非整合状態としてい
るが、これは熱処理を施すことにより、前記反強磁性層
４の結晶構造を、不規則格子（面心立方格子）から前述
した規則格子に変態させ、適性な交換異方性磁界を得ら
れるようにするためである。
【００５９】言い変えれば、界面構造が整合状態にある
と、熱処理を施しても、前記反強磁性層４の結晶構造
が、不規則格子から規則格子に変態しにくく、従って交
換異方性磁界が得られないという問題が生じる。
【００６０】本発明では、前記反強磁性層４は、Ｘ―Ｍ
ｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素である）
で形成されている。特に本発明では、前記反強磁性層４
がＰｔＭｎ合金により形成されていることが好ましい。
【００６１】Ｘ−Ｍｎ合金、特にＰｔＭｎ合金は、従来
から反強磁性層として使用されているＦｅＭｎ合金、Ｎ
ｉＭｎ合金などに比べて耐食性に優れており、またブロ
ッキング温度も高く、さらに交換異方性磁界（Ｈｅｘ）
が大きいなど反強磁性材料として優れた特性を有してい
る。
【００６２】本発明では、前記反強磁性層４がＰｔＭｎ
合金で形成されている場合、熱処理を施した後、つまり
少なくとも一部の結晶構造が規則格子となった前記反強
磁性層４の格子定数ａ，ｃの比ｃ／ａは、０．９３〜
０．９９の範囲内であることが好ましい。
【００６３】格子定数ａ，ｃの比ｃ／ａが０．９３以下
になると、前記反強磁性層４の結晶構造のほぼ全てが規
則格子となるが、このような状態になると、前記固定磁
性層３と反強磁性層４との密着性が低下し、膜剥がれな
どが発生し好ましくない。
【００６４】格子定数ａ，ｃの比ｃ／ａが０．９９以上
になると、前記反強磁性層４の結晶構造のほぼ全てが不
規則格子となってしまい、前記反強磁性層４と固定磁性
層３との界面にて発生する交換異方性磁界が小さくなっ
てしまい好ましくない。
【００６５】ところで前記反強磁性層４が、Ｘ―Ｍｎ合
金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうちいずれか１種または２種以上の元素である）で形
成される場合、熱処理前の段階において、固定磁性層３
と反強磁性層４との界面構造を非整合状態とするため
に、本発明では、前記Ｘ―Ｍｎ合金の組成比を下記の数
値内に設定している。
【００６６】前記反強磁性層４が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただ
しＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか１種または２種以上の元素である）で形成され、
しかも図１に示す上側の前記反強磁性層４が固定磁性層
３の上に形成される場合、Ｘ−Ｍｎ合金の元素Ｘの組成
比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であることが好まし
い。より好ましくはＸ−Ｍｎ合金の元素Ｘの組成比はａ
ｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
【００６７】上述した組成比内で上側の反強磁性層４を
形成すると、熱処理前、つまり結晶構造が不規則格子と
なっている段階での前記反強磁性層４の格子定数と、固
定磁性層３の格子定数との差を大きくすることができ、
従って熱処理前にて、前記固定磁性層３と反強磁性層４
との界面構造を非整合状態に保つことができる。
【００６８】この状態で熱処理を施すと、前記反強磁性
層４の結晶構造の変化により、交換異方性磁界が発生
し、前述したようにＸ−Ｍｎ合金の元素Ｘの組成比の組
成比がａｔ％で、４７〜５７の範囲内であると、４００
（Ｏｅ：エルステッド）以上の交換異方性磁界を得るこ
とが可能である。またＸ−Ｍｎ合金の元素Ｘの組成比は
ａｔ％で、５０〜５６の範囲内であると、６００（Ｏ
ｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能である。
【００６９】このように本発明では、反強磁性層４とし
てＸ―Ｍｎ合金を使用した場合、元素Ｘの組成比を上述
した範囲内で形成することにより、熱処理前における前
記反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整合状
態に保つことが可能である。
【００７０】また本発明では、Ｘ―Ｍｎ合金に、第３元
素として元素Ｘ′を添加することにより、反強磁性層４
の格子定数を大きくでき、熱処理前における反強磁性層
４と固定磁性層３との界面構造を非整合状態にすること
が可能である。
【００７１】Ｘ―Ｍｎ合金に元素Ｘ′を加えたＸ―Ｍｎ
―Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の
隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体である。ここ
で固溶体とは、広い組成範囲にわたって、均一に成分が
混ざり合った固体のことを指している。なお本発明では
元素ＸはＰｔであることが好ましい。
【００７２】ところで本発明では前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合
金をスパッタ法により成膜している。スパッタによっ
て、前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は非平衡状態で成膜され、
成膜されたＸ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、膜中の元素Ｘ′が、
元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、
あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子
点の一部が、元素Ｘ′に置換される。このように、前記
元素Ｘ′が、Ｘ―Ｍｎ合金の格子に侵入型であるいは置
換型で固溶することにより、格子は押し広げられ、反強
磁性層４の格子定数は、元素Ｘ′を添加しない場合に比
べ大きくなる。
【００７３】また本発明では、元素Ｘ′として様々な元
素を使用することが可能であるが、反応性の高いハロゲ
ンやＯ（酸素）等を使用すると、これらがＭｎとのみ選
択的に化学結合してしまい、面心立方晶の結晶構造を保
てなくなると考えられ好ましくない。本発明における具
体的な元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，
Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素（Ｓｃ，Ｙとランタ
ノイド（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，
Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ））
のうち１種または２種以上の元素である。
【００７４】上記に示した様々な元素Ｘ′のいずれを使
用しても、スパッタによって、反強磁性層４の格子定数
を大きくできるが、特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使
用する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎ
ると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３と
の界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。
【００７５】特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性
ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種
または２種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ま
しいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガ
ス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく
影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッ
タガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガス
であり、ガス圧やスパッタ粒子のエネルギーを適正に調
節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることが
できる。
【００７６】なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできることが実験により確認されてい
る。
【００７７】なお本発明では、元素Ｘ′の組成比の範囲
を設定しており、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、
ａｔ％で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ
％で、０．５から５である。またこのとき、元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。元素Ｘ′の組成比と、元素Ｘ
とＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎを、上記範囲内で調整
すれば、成膜段階（熱処理前）における反強磁性層４の
格子定数を大きくでき、しかも熱処理を施すことにより
反強磁性層４と固定磁性層３との界面で発生する交換結
合磁界を、元素Ｘ′を含有しない場合に比べ、大きくす
ることが可能である。
【００７８】さらに本発明では、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金
（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓの
うちいずれか１種または２種以上の元素であり、Ｘ′
は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍ
ｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，
Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素
である）で形成された反強磁性層４が、図１において、
固定磁性層３の上に形成される場合、前記Ｘ−Ｍｎ−
Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７の
範囲内であることが好ましく、より好ましくは、Ｘ−Ｍ
ｎ―Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜５
６の範囲内である。
【００７９】熱処理を施すことによって反強磁性層４と
固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界により、
前記固定磁性層３の磁化は、図１に示すＹ方向に単磁区
化され固定される。なお、反強磁性層４として使用され
るＸ―Ｍｎ―Ｘ′合金の元素Ｘ′が例えばガス系の元素
である場合には、熱処理を施すことにより、前記元素
Ｘ′が膜中から抜け出て、成膜された段階での元素Ｘ′
の組成比よりも、熱処理後の元素Ｘ′の組成比は小さく
なり、あるいは完全に前記Ｘ′が膜中から抜け出してし
まって、組成がＸ―Ｍｎになってしまうことがあるが、
成膜段階（熱処理前）における固定磁性層３と反強磁性
層４との界面構造が非整合状態となっていれば、熱処理
を施すことにより、前記反強磁性層４の結晶構造は、不
規則格子（面心立方格子）から規則格子に適性に変態
し、大きい交換異方性磁界を得ることが可能である。
【００８０】図１において下側に位置する反強磁性層４
は、上側の反強磁性層４と同じ様に、Ｘ−Ｍｎ合金（た
だしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち
いずれか１種または２種以上の元素である）、好ましく
はＰｔＭｎ合金、またはＸ―Ｍｎ―Ｘ′合金（ただし
Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，
Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，
Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素
である）で形成されている。
【００８１】この場合も、固定磁性層３と反強磁性層４
との界面構造は、非整合状態となっており、また界面に
おける前記反強磁性層４の少なくとも一部の結晶構造
は、Ｌ１0型の面心正方格子（以下、規則格子という）
となっている。
【００８２】ところで、反強磁性層４がＸ―Ｍｎ合金
（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓの
うちいずれか１種または２種以上の元素である）で形成
され、下側の反強磁性層４が固定磁性層３の下に形成さ
れる場合、反強磁性層４を構成するＸ−Ｍｎ合金の元素
Ｘの組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲内であること
が好ましい。この範囲内であれば、４００（Ｏｅ）以上
の交換異方性磁界を得ることが可能である。より好まし
くはＸ−Ｍｎ合金の元素Ｘの組成比はａｔ％で、４６〜
５５の範囲内である。この範囲内であれば、６００（Ｏ
ｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能である。
【００８３】このように上述した組成範囲内であると交
換異方性磁界を大きくすることができるのは、熱処理前
における反強磁性層４の格子定数（不規則格子）と、固
定磁性層３の格子定数との差を大きくすることができ、
熱処理前での界面構造を非整合状態とすることができる
からである。
【００８４】従って熱処理を施すことにより、界面にお
ける前記反強磁性層４の少なくとも一部の結晶構造を、
不規則格子から交換異方性磁界を発揮するために必要な
規則格子に変態させることが可能となる。
【００８５】また下側の前記反強磁性層４が、Ｘ―Ｍｎ
―Ｘ′合金（ただしＸ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，
Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種
または２種以上の元素である）で形成される場合、前記
Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、スパッタ法によって形成され、
元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′
が侵入した侵入型固溶体となり、あるいは、元素ＸとＭ
ｎとで構成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′
に置換された置換型固溶体となっている。
【００８６】元素Ｘ′を膜中に含有する反強磁性層４の
格子定数は、前記元素Ｘ′を含有しない反強磁性層４の
格子定数に比べて大きくなり、成膜段階（熱処理前）に
おける反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整
合状態に保つことができる。
【００８７】なお本発明では、膜中に占める元素Ｘ′の
組成比を、ａｔ％で、０．２〜１０の範囲内とし、より
好ましい組成範囲をａｔ％で、０．５〜５の範囲内とし
ている。また元素Ｘ′を前記組成範囲内で形成し、さら
に、元素ＸとＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎを、４：６
〜６：４の範囲内とすれば、より大きい交換結合磁界を
得ることが可能である。
【００８８】また図１に示す下側の反強磁性層４では、
Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金で形成された反強磁性層４が固定磁
性層３の下側に形成される場合、Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金の
Ｘ＋Ｘ′の組成比は、ａｔ％で、４４〜５７の範囲内で
あることが好ましい。より好ましくはＸ−Ｍｎ―Ｘ′合
金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内
である。
【００８９】以上から、図１に示すデュアルスピンバル
ブ型の薄膜素子では、フリー磁性層１よりも下側に形成
されている下側の反強磁性層４は、固定磁性層３の下に
形成されているので、前記反強磁性層４を構成するＸ−
Ｍｎ合金の元素Ｘの組成比はａｔ％で、４４〜５７の範
囲内であることが好ましく、より好ましくはＸ−Ｍｎ合
金の元素Ｘの組成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内で
ある。
【００９０】また、フリー磁性層１よりも上側に形成さ
れている上側の反強磁性層４は、固定磁性層３の上に形
成されているので、前記反強磁性層４を構成するＸ−Ｍ
ｎ合金の元素Ｘの組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲
内であることが好ましく、より好ましくはＸ−Ｍｎ合金
の元素Ｘの組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内であ
る。
【００９１】この組成範囲内であれば、熱処理前におけ
る固定磁性層３の格子定数と反強磁性層４の格子定数と
の差を大きくすることができるので、熱処理前における
界面構造を非整合状態にすることができ、従って熱処理
を施すことにより、界面での前記反強磁性層４の一部の
結晶構造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するの
に必要な規則格子に変態させることが可能である。なお
前記反強磁性層４がＰｔＭｎ合金で形成される場合、熱
処理後における前記反強磁性層４の格子定数ａ，ｃの比
ｃ／ａは、０．９３〜０．９９の範囲内であることが好
ましい。
【００９２】また、反強磁性層４と固定磁性層３との結
晶配向も異なっているので、より界面構造を非整合状態
にすることが可能となっている。
【００９３】上述した組成範囲内でれば、少なくとも４
００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能で
あるが、反強磁性層４を固定磁性層３の下に形成する方
が、固定磁性層３の上に形成するよりも、Ｘ−Ｍｎ合金
の元素Ｘの組成比の範囲を若干広くすることが可能であ
る。
【００９４】また反強磁性層４がＸ―Ｍｎ―Ｘ′合金で
形成される場合は、元素Ｘ′の組成比は、ａｔ％で、
０．２〜１０の範囲内であり、より好ましい組成範囲は
ａｔ％で、０．５〜５の範囲内である。また元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。
【００９５】さらにフリー磁性層１よりも下側に形成さ
れている下側の反強磁性層４の場合、前記反強磁性層４
を構成するＸ―Ｍｎ―Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａ
ｔ％で、４４〜５７の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくはＸ−Ｍｎ―Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比は
ａｔ％で、４６〜５５の範囲内である。
【００９６】また、フリー磁性層１よりも上側に形成さ
れている上側の反強磁性層４の場合、前記反強磁性層４
を構成するＸ−Ｍｎ―Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａ
ｔ％で、４７〜５７の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくはＸ−Ｍｎ―Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比は
ａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
【００９７】上記組成範囲内であれば、熱処理前におけ
る固定磁性層３の格子定数と反強磁性層４の格子定数と
の差を大きくすることができ、熱処理前における界面構
造を非整合状態にすることができ、従って熱処理を施す
ことにより、界面での前記反強磁性層４の一部の結晶構
造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するのに必要
な規則格子に変態させることが可能である。
【００９８】このデュアルスピンバルブ型薄膜素子で
は、固定磁性層３は、交換異方性磁界により、図示Ｙ方
向に単磁区化され固定されており、フリー磁性層１の磁
化は、ハードバイアス層５，５の影響を受けて図示Ｘ方
向に揃えられている。
【００９９】導電層８からフリー磁性層１、非磁性導電
層２および固定磁性層３に定常電流が与えられ、しかも
記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられると、フリー磁性
層１の磁化は図示Ｘ方向からＹ方向に変動し、このとき
非磁性導電層２とフリー磁性層１との界面、および非磁
性導電層２と固定磁性層３との界面でスピンに依存した
伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化
し、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【０１００】なお、シングルスピンバルブ型薄膜素子で
は、スピンに依存した電子の散乱を起こす場所が、非磁
性導電層２とフリー磁性層１との界面、および非磁性導
電層２と固定磁性層３との界面の２箇所であるのに対
し、図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、
伝導電子の散乱が起こる場所が、非磁性導電層２とフリ
ー磁性層１との２箇所の界面と、非磁性導電層２と固定
磁性層３との２箇所の界面の計４箇所であるため、デュ
アルスピンバルブ型薄膜素子の方がシングルスピンバル
ブ型薄膜素子に比べて大きい抵抗変化率を得ることが可
能である。
【０１０１】図２は、図１に示す磁気抵抗効果素子層が
形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向面
側から見た断面図である。
【０１０２】符号２０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形
成された下部シールド層であり、この下部シールド層２
０の上に下部ギャップ層２１が形成されている。また下
部ギャップ層２１の上には、図１に示す磁気抵抗効果素
子層２２が形成されており、さらに前記磁気抵抗効果素
子層２２の上には、上部ギャップ層２３が形成され、前
記上部ギャップ層２３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形
成された上部シールド層２４が形成されている。
【０１０３】前記下部ギャップ層２１及び上部ギャップ
層２３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図２に示すよう
に、下部ギャップ層２１から上部ギャップ層２３までの
長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０１０４】
【実施例】本発明では、まず下記に示す膜構成から成る
多層膜を成膜し、反強磁性層を構成する一元素のＰｔ量
と、前記反強磁性層の格子定数との関係について調べ
た。
【０１０５】膜構成としては、下から Ｓｉ基板／アルミナ／下地層：Ｔａ（１００）／固定磁
性層：ＮｉＦｅ（３００）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（３
００）／Ｔａ（１００） の順で積層した。なお上記括弧中の数値は膜厚を表わし
ており、単位はオングストロームである。
【０１０６】実験は熱処理を施さない段階で、Ｘ線回折
のθ／２θ法により、Ｐｔ量と反強磁性層の格子定数と
の関係を、回折パターンのピーク位置から求めた。
【０１０７】図３に示すように、Ｐｔ量が増加するにつ
れて、反強磁性層（ＰｔＭｎ）の格子定数が大きくなっ
ていることがわかる。また固定磁性層を構成するＮｉＦ
ｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏの格子定数は、図に
示すように、約３．５〜３．６の範囲である。
【０１０８】次に、反強磁性層を固定磁性層の下、ある
いは上に形成した２つの多層膜を、ＤＣマグネトロンス
パッタ法により成膜し、熱処理を施した後におけるＰｔ
量（反強磁性層を構成する一元素）と交換異方性磁界と
の関係について調べた。その実験結果を図４に示す。
【０１０９】反強磁性層が、固定磁性層の下に形成され
ている膜構成としては、下からＳｉ基板／アルミナ／下
地層：Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（３００）
／固定磁性層：Ｃｏ90Ｆｅ10（３０）／保護層：Ｔａ
（１００）の順で積層し、前記反強磁性層が、固定磁性
層の上に形成されている膜構成としては下から、Ｓｉ基
板／アルミナ／Ｔａ（５０）／固定磁性層：Ｃｏ90Ｆｅ
10（３０）／反強磁性層（３００）／保護層：Ｔａ（１
００）の順で積層した。なお、上記括弧中の数値は膜厚
を表わしており、単位はオングストロームである。
【０１１０】また熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に３時間をかけ、次に２４０度の温度状態を３時
間保持し、さらに、降温に３時間をかけた。なお、熱処
理真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ以下とした。
【０１１１】図４に示すように、反強磁性層（ＰｔＭｎ
合金）が、固定磁性層の下側にある場合、および上側に
ある場合共に、Ｐｔ量が約５０ａｔ％まで大きくなるに
したがって、交換異方性磁界は高くなっていき、Ｐｔ量
が約５０ａｔ％以上になると、交換異方性磁界は徐々に
小さくなっているのがわかる。
【０１１２】４００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得
るには、反強磁性層（ＰｔＭｎ）を固定磁性層の下側に
形成した場合、Ｐｔ量を４４〜５７ａｔ％の範囲内で、
反強磁性層（ＰｔＭｎ）を固定磁性層の上側に形成した
場合、Ｐｔ量を４７〜５７ａｔ％の範囲内で適性に調節
すればよいことがわかる。
【０１１３】また６００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界
を得るには、反強磁性層（ＰｔＭｎ）を固定磁性層の下
側に形成した場合、Ｐｔ量を４６〜５５ａｔ％の範囲内
で、反強磁性層（ＰｔＭｎ）を固定磁性層の上側に形成
した場合、Ｐｔ量を５０〜５６ａｔ％の範囲内で適性に
調節すればよいことがわかる。
【０１１４】以上の実験結果から、反強磁性層（ＰｔＭ
ｎ）の組成比を適性に調節した実施例として４種類の多
層膜を成膜し、比較例として１種類の多層膜を成膜し、
各膜の配向性や、交換異方性磁界等について調べた。そ
の実験結果を表１に示す。
【０１１５】
【表１】
【０１１６】実施例〜までの多層膜は、シングルス
ピンバルブ型薄膜素子であり、実施例の多層膜はデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子である。また比較例の多
層膜は、実施例の多層膜と同じ膜構成で、反強磁性層
（ＰｔＭｎ）の組成比のみが異なっている。
【０１１７】また実施例の多層膜には、Ｃｕ（非磁性
導電層）の上に、Ｃｏ−ＦｅとＮｉ−Ｆｅが積層されて
いるが、この２層でフリー磁性層が構成されている。同
じ様に実施例の多層膜には、Ｃｕ（非磁性導電層）の
下に、Ｎｉ−ＦｅとＣｏ−Ｆｅが積層されているが、こ
の２層でフリー磁性層が構成されている。また実施例
の多層膜には、２つのＣｕ（非磁性導電層）の間に、Ｃ
ｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、およびＣｏ−Ｆｅが積層されて
いるが、この３層でフリー磁性層が構成されている。
【０１１８】表１に示すように、実施例〜までの多
層膜では、ＰｔＭｎ（反強磁性層）とＣｏＦｅ（固定磁
性層）との界面での格子整合は「なし」となっているの
に対し、比較例の多層膜では、界面での格子整合は
「有り」となっている。
【０１１９】また「２４０℃熱処理後のＰｔＭｎの規則
化度」の欄を見ると、実施例〜の多層膜では「○」
となっているのに対し、比較例の多層膜では「×」と
なっている。
【０１２０】さらに、「交換異方性磁界」および「抵抗
変化率」の欄を見ると、実施例〜までの多層膜で
は、大きい交換異方性磁界と抵抗変化率を有しているの
に対し、比較例の多層膜の交換異方性磁界および抵抗
変化率は、実施例〜の多層膜に比べて非常に小さく
なっていることがわかる。
【０１２１】以上の実験結果は、ＰｔＭｎ合金の組成比
に関係している。表１に示すように、比較例における
ＰｔＭｎのＰｔ量は４４ａｔ％であるのに対し、実施例
〜までのＰｔＭｎのＰｔ量は、４９〜５１ａｔ％と
なっている。
【０１２２】このため、図３（熱処理前）を参照する
と、比較例のＰｔＭｎの格子定数は、実施例〜ま
でのＰｔＭｎの格子定数よりも小さくなっており、比較
例の方が実施例〜に比べて、ＰｔＭｎ（反強磁性
層）の格子定数と、Ｃｏ−Ｆｅ（固定磁性層）の格子定
数との差が小さくなっていることがわかる。
【０１２３】つまり、熱処理前の段階において、比較例
の多層膜では、ＰｔＭｎとＣｏＦｅとの界面構造が整
合状態になりやすく、一方、実施例〜までの多層膜
では、ＰｔＭｎとＣｏＦｅとの界面構造が非整合状態に
なりやすくなっている。
【０１２４】熱処理前では、実施例〜および比較例
のＰｔＭｎの結晶構造は、不規則格子（面心立方格
子）となっているが、界面構造が整合状態となっている
比較例では熱処理を施しても、ＰｔＭｎの結晶構造は
不規則格子から規則格子に変態できず、規則化は一向に
進まない状態となっている。
【０１２５】これに対し、界面構造が非整合状態となっ
ている実施例〜の多層膜では、熱処理を施すことに
より、ＰｔＭｎの結晶構造が不規則格子から一部が規則
格子（Ｌｌ0型の面心正方格子）に変態し、規則化が充
分に進行したものとなっている。
【０１２６】図５は、熱処理後における実施例のＰｔ
ＭｎとＣｏＦｅとの界面構造を示す高分解能ＴＥＭ写真
である。
【０１２７】図５に示すように、ＰｔＭｎとＣｏＦｅと
の界面では、ＰｔＭｎの原子の並び方向とＣｏＦｅの原
子の並び方向とが一致しておらず、非整合状態となって
いることがわかる。
【０１２８】一方、図６は、熱処理後における比較例
のＰｔＭｎとＣｏＦｅとの界面構造を示す高分解能ＴＥ
Ｍ写真である。
【０１２９】図６に示すように、ＰｔＭｎとＣｏＦｅと
の界面では、ＰｔＭｎの原子の並び方向とＣｏＦｅの原
子の並び方向とが一致しており、整合状態となっている
ことがわかる。
【０１３０】また図７は、実施例の多層膜におけるＰ
ｔＭｎの規則化度を、図８は比較例の多層膜における
ＰｔＭｎの規則化度を測定した熱処理後の実験結果であ
る。
【０１３１】実験は、ＰｔＭｎにおける２つの等価な
｛１１１｝面のなす角度を測定し、そのなす角度から規
則化度を求めた。なお横軸は、ＰｔＭｎとＣｏＦｅとの
界面からＰｔＭｎ側への距離を示している。
【０１３２】図７に示すように、｛１１１｝面のなす角
度の測定値は、約６５°から約７２°の範囲内に散らば
っており、ＰｔＭｎの結晶構造は、熱処理前の不規則格
子の一部が変化して、規則格子となっていることがわか
る。
【０１３３】これに対し、図８では、｛１１１｝面のな
す角度の測定値が、約７０〜約７１の範囲内に収まって
おり、ＰｔＭｎの結晶構造は、熱処理を施しても、熱処
理前の不規則格子の状態を保ったままとなっていること
がわかる。
【０１３４】以上のように、実施例〜の多層膜で
は、ＰｔＭｎのＰｔ量を４９〜５１ａｔ％とすること
で、界面構造を非整合状態とすることができ、従って規
則化を適性に進行させることができるので、図４を見て
もわかるように、ＰｔＭｎとＣｏＦｅとの界面で発生す
る交換異方性磁界は非常に大きい値を有している。
【０１３５】一方、比較例の多層膜では、ＰｔＭｎの
Ｐｔ量が４４ａｔ％と低いので、界面構造は整合状態と
なり、従って規則化が適性に進まず、図４を見てもわか
るように、ＰｔＭｎとＣｏＦｅとの界面で発生する交換
異方性磁界は非常に小さい値となってしまう。
【０１３６】またＰｔＭｎとＣｏＦｅとの界面構造を非
整合状態とするには、ＰｔＭｎの結晶配向と、ＣｏＦｅ
の結晶配向とを異なるようにしておくことが好ましい。
【０１３７】なお、表１に示す｛１１１｝面の配向度の
「強」「中」「弱」は、膜面方向に対する優先配向度を
表わしている。
【０１３８】表１に示すように、比較例のＰｔＭｎの
｛１１１｝面の配向度、およびＣｏＦｅ（固定磁性層）
の｛１１１｝面の配向度は共に「強」となっている。
【０１３９】これは、実施例の膜構成を参照すると、
Ｔａの上に形成されたＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ（フリー磁性
層）、Ｃｕ（非磁性導電層）およびＣｏＦｅ（固定磁性
層）は、下地層としてのＴａの影響を強く受けて、｛１
１１｝面の配向度は強くなり、図３を参照してわかるよ
うに熱処理前におけるＣｏＦｅ（固定磁性層）の格子定
数とＰｔＭｎ（反強磁性層）の格子定数との差が小さい
ために、ＰｔＭｎの｛１１１｝面は、ＣｏＦｅの｛１１
１｝面の配向度の影響を強く受けて、膜面方向に優先配
向してしまう。
【０１４０】これに対し、実施例ではＴａの上に形成
されたＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ（フリー磁性層）、Ｃｕ（非
磁性導電層）およびＣｏＦｅ（固定磁性層）は、下地層
としてのＴａの影響を強く受けて、｛１１１｝面の配向
度は強くなるものの、図３を参照してわかるように熱処
理前におけるＣｏＦｅ（固定磁性層）の格子定数とＰｔ
Ｍｎ（反強磁性層）の格子定数との差は大きいために、
ＰｔＭｎの｛１１１｝面は、ＣｏＦｅの結晶配向の影響
をあまり受けず、膜面方向における配向度は弱くなって
いる。
【０１４１】またＰｔＭｎの上にＣｏＦｅ（固定磁性
層）が積層されている実施例の場合では、ＣｏＦｅ
がＰｔＭｎの上に形成されると、ＣｏＦｅの｛１１１｝
面の配向度は弱くなり、従ってＰｔＭｎとＣｏＦｅとの
結晶配向は、自動的に異なる方向に向けられる。
【０１４２】次に本発明では、反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ
―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合金で形成し、元素Ｘ′量と、Ｐ
ｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金の格子定数との関係について調べ
た。実験に使用した膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミ
ナ／Ｔａ（５０）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３０）／Ｐｔ―Ｍｎ
―Ｘ′（３００）／Ｔａ（１００）である。なお括弧内
の数値は膜厚を表しており、単位はオングストロームで
ある。
【０１４３】反強磁性層の成膜は、スパッタ装置内に、
ＰｔとＭｎとの割合が６：４、５：５、及び４：６とな
る３種類のターゲットを用意し、各ターゲットを用い
て、元素Ｘ′となるＡｒの導入ガス圧を変化させなが
ら、ＤＣマグネトロンスパッタ及びイオンビームスパッ
タによって、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合金膜を
形成した。そして、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合
金膜中に占めるＸ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と、Ｐｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）の格子定数との関係について測定し
た。その実験結果を図９に示す。
【０１４４】図９に示すように、ＰｔとＭｎとの組成比
の割合が、６：４、５：５、及び４：６のいずれかの場
合においても、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量が大きくなる
ことにより、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）の格子定
数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層を構成す
るＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏ の格
子定数は、図９に示すように、約３．５〜３．６の範囲
である。またこの実験では、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量
を４ａｔ％程度までとし、それ以上大きい含有量の場合
について実験を試みていないが、これは、元素Ｘ′とな
るＡｒはガス元素であるために、ガス圧を上げても、膜
中にＡｒを含有しにくいことによるものである。
【０１４５】次に、上述の実験に使用したＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に３時間をかけ、次に２４０度の温度状態を３時
間保持し、さらに、降温に３時間をかけた。なお、熱処
理真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ以下とした。
【０１４６】図１０は、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａ
ｒ）合金膜の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と、前記熱処理
によって、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生した
交換結合磁界の大きさとの関係を示すグラフである。
【０１４７】図１０に示すように、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａ
ｒ）量が大きくなると、交換結合磁界は大きくなってい
ることがわかる。すなわち、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）を
ＰｔＭｎに添加すれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）を添加
しない場合に比べて大きい交換結合磁界を得ることが可
能である。
【０１４８】次に本発明では、別の元素Ｘ′を用いて、
反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金で形
成し、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量と、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′
（Ｘ′＝Ｍｏ）合金膜の格子定数との関係について調べ
た。実験に使用した膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミ
ナ／Ｔａ（５０）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３０）／Ｐｔ―Ｍｎ
―Ｘ′（３００）／Ｔａ（１００）である。なお括弧内
の数値は膜厚を表しており、単位はオングストロームで
ある。
【０１４９】反強磁性層の成膜には、ＰｔＭｎのターゲ
ットに元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）のチップを貼り合わせた
複合型ターゲットを用意し、ターゲットに占めるチップ
の面積比を変化させながら、膜中に占める元素Ｘ′
（Ｘ′＝Ｍｏ）量を変化させて、前記元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）量とＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金の格子
定数との関係について測定した。その実験結果を図１１
に示す。
【０１５０】図１１に示すように、ＰｔとＭｎとの組成
比の割合が６：４、１：１、４：６のいずれかの場合に
おいても、膜中に占める元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の濃度
が大きくなるほど、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の
格子定数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層を
構成するＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏの格
子定数は、図１１に示すように、約３．５〜３．６の範
囲である。
【０１５１】次に、上記実験で使用したＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に３時間をかけ、次に２４０度の温度状態を３時
間保持し、さらに、降温に３時間をかけた。なお、熱処
理真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ以下とした。
【０１５２】図１２は、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍ
ｏ）合金膜の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の濃度と、前記熱
処理によって、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生
した交換結合磁界の大きさとの関係を示すグラフであ
る。
【０１５３】図１２に示すように、ＰｔとＭｎとの組成
比の割合が、６：４、１：１、４：６のいずれの場合で
あっても、膜中の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が約３ａｔ
％以上になれば、交換結合磁界は徐々に低下していくこ
とがわかる。特に、膜中の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が
約１０ａｔ％以上になると、ＰｔとＭｎとの組成比の割
合が１：１の場合であっても、交換結合磁界は非常に小
さくなってしまい好ましくない。
【０１５４】ところで、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の適性
な含有量であるが、少なくとも、前記元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）を含有しない場合、すなわち、元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）量が０ａｔ％のときよりも、交換結合磁界が大き
くなることが好ましい。
【０１５５】Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、６：４の場
合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約１ａｔ％以下で
あれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａｔ％のときよ
りも、交換結合磁界が大きくなる。
【０１５６】また、Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、１：
１の場合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約７ａｔ％
以下であれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａｔ％の
ときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
【０１５７】さらに、Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、
４：６の場合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約１０
ａｔ％以下であれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａ
ｔ％のときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
【０１５８】次に、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の適性な含
有量の下限であるが、Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、
６：４の場合、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約０．５
ａｔ％になると、交換結合磁界が最も大きくなるので、
そこで本発明では、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、０．
５ａｔ％よりも小さい０．２ａｔ％を下限として設定し
た。
【０１５９】以上の実験結果から本発明では、元素Ｘ′
の組成比の好ましい範囲をａｔ％で０．２から１０とし
た。またより好ましい範囲をａｔ％で０．５から５とし
た。
【０１６０】なお上記の元素Ｘ′の好ましい組成範囲
は、Ｐｔ（＝元素Ｘ）とＭｎとを４：６から６：４の範
囲内に設定した場合である。
【０１６１】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、反強磁性
層と強磁性層とを有する磁気抵抗効果素子において、前
記反強磁性層をＸ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以
上の元素である）で形成する場合、反強磁性層を強磁性
層の上側に形成するか、下側に形成するかで前記反強磁
性層の組成比を適性に調節することにより、より大きい
交換異方性磁界を得ることが可能となっている。
【０１６２】あるいは本発明では、元素Ｘ′（ただし
Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，
Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，
Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素
である）を、Ｘ−Ｍｎ合金膜中に含有させたＸ−Ｍｎ−
Ｘ′合金により反強磁性層を形成し、適正に組成比を調
整することによっても、上記と同様の効果を得ることが
可能になっている。
【０１６３】以上のように、Ｘ−Ｍｎ合金、あるいはＸ
−Ｍｎ−Ｘ′合金から成る反強磁性層を、固定磁性層の
上側に形成するか、下側に形成するかで適正に組成比を
調整することにより、前記磁気抵抗効果素子層の抵抗変
化率を高めることができ、再生特性を向上させることが
可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構
造をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図２】本発明における薄膜磁気ヘッドを記録媒体との
対向面側から見た断面図、
【図３】反強磁性層をＰｔＭｎで形成した場合におけ
る、熱処理前でのＰｔ量と前記反強磁性層の格子定数と
の関係を示すグラフ、
【図４】反強磁性層をＰｔＭｎで形成した場合における
Ｐｔ量と交換異方性磁界との関係を示すグラフ、
【図５】表１に示す実施例の多層膜の高分解能ＴＥＭ
写真、
【図６】表１に示す比較例の多層膜の高分解能ＴＥＭ
写真、
【図７】表１に示す実施例の多層膜におけるＰｔＭｎ
（反強磁性層）の規則化度を示すグラフ、
【図８】表１に示す実施例の多層膜におけるＰｔＭｎ
（反強磁性層）の規則化度を示すグラフ、
【図９】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と前
記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
【図１０】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａ
ｒ）で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量
と交換結合磁界との関係を示すグラフ、
【図１１】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍ
ｏ）で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量
と前記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
【図１２】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍ
ｏ）で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量
と交換結合磁界との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
１ フリー磁性層 ２ 非磁性導電層 ３ 固定磁性層 ４ 反強磁性層 ５ ハードバイアス層 ６ 下地層 ７ 保護層 ８ 導電層 ９ エクスチェンジバイアス層 １０ 軟磁性層（ＳＡＬ層） １１ 非磁性層（ＳＨＵＮＴ層） １２ 磁気抵抗層（ＭＲ層） ２０ 下部シールド層 ２１ 下部ギャップ層 ２２ 磁気抵抗効果素子層 ２３ 上部ギャップ層 ２４ 上部シールド層
フロントページの続き (72)発明者 大湊 和也 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アル プス電気株式会社内 (72)発明者 牧野 彰宏 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アル プス電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−91921（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−81915（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−249616（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−314617（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−35212（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−148132（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G11B 5/39 H01F 10/30

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スライダのトレーリング側端部に設けら
    れたデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子におい
    て、 前記トレーリング側端部から磁気記録媒体の移動方向に
    向う方向を上側としたときに、下側から下側反強磁性
    層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、非磁性
    導電層、固定磁性層、上側反強磁性層の順に連続して接
    するように積層成膜されたもので、且つ 前記フリー磁性
    層の磁化方向を前記下側と上側の固定磁性層の磁化方向
    と交叉する方向へ揃えるバイアス層が設けられており、 前記上側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし、
    Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいず
    れか１種または２種以上の元素であり、Ｘ′は、Ｎｅ，
    Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓ
    ｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚ
    ｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉ
    ｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希
    土類元素のうち１種または２種以上の元素である）で構
    成され、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比が
    ａｔ％で、４７〜５７の範囲内であり、 前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種
    または２種以上の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍ
    ｎ合金のＸの組成比がａｔ％で、４４〜５７の範囲内で
    ある ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 スライダのトレーリング側端部に設けら
    れたデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子におい
    て、 前記トレーリング側端部から磁気記録媒体の移動方向に
    向う方向を上側としたときに、下側から下側反強磁性
    層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、非磁性
    導電層、固定磁性層、上側反強磁性層の順に連続して接
    するように積層成膜されたもので、且つ 前記フリー磁性
    層の磁化方向を前記下側と上側の固定磁性層の磁化方向
    と交叉する方向へ揃えるバイアス層が設けられており、 前記上側反強磁性層が 、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種
    または２種以上の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍ
    ｎ合金のＸの組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内で
    あり、前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし、
    Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいず
    れか１種または２種以上の元素であり、Ｘ′は、Ｎｅ，
    Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓ
    ｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚ
    ｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉ
    ｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希
    土類元素のうち１種または２種以上の元素である）で構
    成され、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の 組成比は
    ａｔ％で、４４〜５７の範囲内であることを特徴とする
    磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】 スライダのトレーリング側端部に設けら
    れたデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子におい
    て、 前記トレーリング側端部から磁気記録媒体の移動方向に
    向う方向を上側としたときに、下側から下側反強磁性
    層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、非磁性
    導電層、固定磁性層、上側反強磁性層の順に連続して接
    するように積層成膜されたもので、且つ 前記フリー磁性
    層の磁化方向を前記下側と上側の固定磁性層の磁化方向
    と交叉する方向へ揃えるバイアス層が設けられており、 前記上側反強磁性層が 、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種
    の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍｎ合金のＸの組
    成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であり、前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種
    以上の元素である）で構成され、前記 Ｘ−Ｍｎ合金のＸ
    の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲内であることを
    特徴とする磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】 スライダのトレーリング側端部に設け
    られたデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子にお
    いて、 前記トレーリング側端部から磁気記録媒体の移動方向に
    向う方向を上側としたときに、下側から下側反強磁性
    層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、 非磁性
    導電層、固定磁性層、上側反強磁性層の順に連続して接
    するように積層成膜されたもので、且つ 前記フリー磁性
    層の磁化方向を前記下側と上側の固定磁性層の磁化方向
    と交叉する方向へ揃えるバイアス層が設けられており、 前記上側反強磁性層が、 Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種
    以上の元素である）で構成され、前記Ｘ−Ｍｎ合金のＸ
    の組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であり、前記下側反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種
    の元素である）で構成され、前記 Ｘ−Ｍｎ合金のＸの組
    成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲内であることを特徴
    とする磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】 前記上部反強磁性層が、前記Ｘ−Ｍｎ合
    金に代えて、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし、Ｘは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種
    または２種以上の元素であり、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
    ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
    Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
    ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
    ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
    素のうち１種または２種以上の元素である）で形成さ
    れ、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ
    ％で、４７〜５７の範囲内である請求項３または４記載
    の磁気抵抗効果素子。
  6. 【請求項６】 前記下側反強磁性層が、前記Ｘ−Ｍｎ合
    金に代えて、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし、Ｘは、Ｐ
    ｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種
    または２種以上の元素であり、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
    ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
    Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
    ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
    ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
    素のうち１種または２種以上の元素である）で形成さ
    れ、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ
    ％で、４４〜５７の範囲内である請求項３または４記載
    の磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】 前記上側反強磁性層のＸ−Ｍｎ合金のＸ
    の組成比、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組
    成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である請求項１な
    いし６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】 前記下側反強磁性層のＸ−Ｍｎ合金のＸ
    の組成比、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組
    成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内である請求項１な
    いし７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
  9. 【請求項９】 前記Ｘ―Ｍｎ合金の元素Ｘは、Ｐｔであ
    る請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素
    子。
  10. 【請求項１０】 前記反強磁性層の格子定数ａ，ｃの比
    ｃ／ａは、０．９３〜０．９９の範囲内である請求項９
    記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 【請求項１１】 前記反強磁性層となるＸ―Ｍｎ―Ｘ′
    合金の元素ＸはＰｔである請求項１、２、５、６、７、
    ８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
  12. 【請求項１２】 前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
    Ｘｅのうち１種または２種以上の元素である請求項１、
    ２、５、６、７、８、１１のうちのいずれかに記載の磁
    気抵抗効果素子。
  13. 【請求項１３】 前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、
    ０．２〜１０の範囲内である請求項１、２、５、６、
    ７、８、１１、１２のいずれかに記載の磁気抵抗効果素
    子。
  14. 【請求項１４】 前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、
    ０．５〜５の範囲内である請求項１３記載の磁気抵抗効
    果素子。
  15. 【請求項１５】 前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の元素ＸとＭ
    ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
    内である請求項１、２、５、６、７、８、１１、１２、
    １３、１４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
  16. 【請求項１６】 前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、スパッタ
    法により形成される請求項１、２、５、６、７、８、１
    １、１２、１３、１４、１５のいずれかに記載の磁気抵
    抗効果素子。
  17. 【請求項１７】 前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、元素Ｘと
    Ｍｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が浸入し
    た浸入型固溶体であり、あるいは元素ＸとＭｎとで構成
    される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換され
    た置換型固溶体である請求項１、２、５、６、７、８、
    １１、１２、１３、１４、１５、１６のいずれかに記載
    の磁気抵抗効果素子。
  18. 【請求項１８】 前記反強磁性層の少なくとも一部の結
    晶構造が、Ｌ１ 0 型 の面心正方規則格子となっている請
    求項１ないし１７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素
    子。
  19. 【請求項１９】 前記下側反強磁性層は、下地膜の上に
    接して形成されている請求項１ないし１８のいずれかに
    記載の磁気抵抗効果素子。
  20. 【請求項２０】 前記下地膜はＴａからなる請求項１９
    記載の磁気抵抗効果素子。
  21. 【請求項２１】 請求項１ないし２０のいずれかに記載
    された磁気抵抗効果素子の上下にギャップ層を介してシ
    ールド層が形成されていることを特徴とする薄膜磁気ヘ
    ッド。
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