JP3384494B2 - 磁気抵抗材料およびこれを用いた磁界センサ - Google Patents

磁気抵抗材料およびこれを用いた磁界センサ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁界センサに使用される
磁気抵抗材料にかかわり、特に磁気記録において再生ヘ
ッドとして使用される磁気抵抗効果型ヘッド(MRヘッ
ド)の磁気抵抗材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年磁気記録技術の進歩は著しく、家庭
用VTRの分野では小型、計量化のために、また磁気デ
ィスク装置の分野では小型、大容量化のために記録密度
の高密度化が進められている。特に磁気ディスク装置を
例にとると、記録密度を向上させるため記録再生分離型
ヘッドの開発が活発である。これらの記録再生分離型ヘ
ッドの再生ヘッドとしては通常MRヘッドが使用されて
いる。磁気ディスク装置の小型化のために媒体とヘッド
との相対速度が低下すると従来のインダクティブヘッド
では出力が低下するという欠点を有しているが、MRヘ
ッドは出力が相対速度に依存せず一定であるという特徴
を有するからである。このMRヘッドの感磁部には通常
パーマロイ単層膜が使用されている。パーマロイ単層膜
の磁気抵抗変化率は高々3%と決して大きくはないが、
異方性磁界が小さく高感度であるという理由による。そ
のためパーマロイ単層膜を感磁部に用いたMRヘッドは
再生出力が必ずしも充分でないという欠点がある。一
方、厚さ0.8nmから4nmの強磁性層と厚さ0.5
nmから2.5nmの常磁性層が交互に積層されている
磁気抵抗材料が10〜65%と巨大な磁気抵抗変化率を
示すことは、Moscaらによる、ジャーナル・オブ・マグ
ネティズム・アンド・マグネティック・マテリアルズ(J
ournal of Magnetism and Magnetic Materials)、第94
巻、L1〜L5ページに記載の「Co/Cu多層膜における振動
的な中間層結合および巨大磁気抵抗」(Oscillatory in
terlayer coupling and giant magnetoresistance in C
o/Cu multilayers)から公知である。該磁気抵抗材料を
感磁部に用いたMRヘッドは大きな再生出力の向上が期
待できる。しかし、Coのように保磁力が大きい合金を
強磁性層として用いた場合、該磁気抵抗材料は磁気抵抗
曲線に大きなヒステリシスを生じ、MRヘッドへの応用
が困難になるといった問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、厚さ0.8nmから4nmの強磁性層と厚さ0.
5nmから2.5nmの常磁性層が交互に積層されてい
る磁気抵抗材料をよりMRヘッドの応用が容易な磁気抵
抗材料にするため、磁気抵抗曲線に生ずるヒステリシス
を最小に抑えようというものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題は厚さ0.8n
mから4nmの強磁性層と厚さ0.5nmから2.5n
mの常磁性層が交互に積層されている磁気抵抗材料にお
いて、強磁性層が原子%で示してxat%Ni−yat
%Fe−zat%Coで示される組成を有しその組成範
囲が 76<x<85 15<y<24 0<z<5 であることによって解決される。
【0005】
【作用】本発明による考えは、厚さ0.8nmから4n
mの強磁性層と厚さ0.5nmから2.5nmの常磁性
層が交互に積層されている磁気抵抗材料において、強磁
性層の組成を適当な組成のFe、Ni、Co合金とした
場合の実験事実より導かれた。該実験により、単層合金
状態で保磁力が大きい合金を強磁性層に使用した場合ほ
ど、厚さ0.8nmから4nmの強磁性層と厚さ0.5
nmから2.5nmの常磁性層が交互に積層されている
磁気抵抗材料は磁気抵抗曲線に大きなヒステリシスを生
じた。原子%で示してxat%Ni−yat%Fe−z
at%Coで示される組成を有しその組成範囲が 76<x<85 15<y<24 0<z<5 である合金を強磁性層に使用した場合に、上記の磁気抵
抗材料は磁気抵抗曲線に生ずるヒステリシスを最小に抑
えることができた。これは、該合金の単層状態における
小さな保磁力が、本発明の磁気抵抗材料においても保た
れているからである。本発明の磁気抵抗材料をMRヘッ
ドの感磁部に用いると、大幅に再生出力の向上が達成さ
れると同時に、歪の少ない再生波形を得ることが出来
る。再生波形に歪が少なくなる理由は、磁気抵抗曲線に
生ずるヒステリシスを小さく抑えることができるからで
ある。
【0006】
【実施例】厚さ0.8nmから4nmの強磁性層と厚さ
0.5nmから2.5nmの常磁性層が交互に積層され
ている磁気抵抗材料では、強磁性層としてFe、Ni、
Coおよびこれらの合金が一般的に使われている。図1
に上記合金の厚さ40nmの単層薄膜状態における磁化
困難軸方向の保磁力を示す。図1より、上記合金におけ
る磁化困難軸方向の保磁力は、xat%Ni−yat%
Fe−zat%Coで示される組成を有しその組成範囲
が 76<x<85 15<y<24 0<z<5 であるときに40A/m以下の小さな値を示すことが分
かる。以下に上記組成の合金を代表して、80at%N
i−20at%Feを強磁性層として用いた本発明の磁
気抵抗材料について詳細に説明する。
【0007】図2は本発明の磁気抵抗材料の断面の構造
を示す模式図である。Si基板1の(100)面上にS
iO2からなる自然酸化膜2が1.5nm形成されたも
のを基板として用いた。該基板上にFeからなる下地層
3を設けた。この下地層は高い磁気抵抗変化率を得るた
めに必要なものである。図3に磁気抵抗変化率の下地層
の厚さ依存性を示す。図より、15%以上の高い磁気抵
抗変化率を得るには4nmから10nmのFe下地層が
必要とされることが分かる。また、Feの他に同程度の
厚さのNi−Fe合金を用いても、ほぼ同等の効果が得
られることが分かる。該下地層3の上に厚さ1nmの8
0at%Ni−20at%Feからなる強磁性層5と常
磁性層4を交互に合計39層積層した。常磁性層4の材
料は、強磁性層との格子ミスマッチが少なく比抵抗の低
い材料が望ましい。このようなことから本発明の磁気抵
抗材料においては常磁性層としてCuを使用するのが望
ましい。それぞれの層は、3枚のターゲットを同一のチ
ャンバ内に設置したイオンビーム・スパッタリング装置
内で連続的に形成、積層した。作製条件は表1の通りと
した。
【表1】
【0008】図4は上記のようにして作製した本発明の
磁気抵抗材料の典型的な磁気抵抗曲線である。本発明の
磁気抵抗材料は約19%の磁気抵抗変化率を示し、パー
マロイ単層膜の磁気抵抗変化率3%の6倍以上の値を有
している。磁気抵抗曲線に生じているヒステリシスは、
磁気抵抗変化率がピークを示す印加磁界の値でほぼ定量
的に示される。本実施例において、磁気抵抗変化率がピ
ークを示す印加磁界の値は0.59kA/mという小さ
な値であった。
【0009】図5は本発明の磁気抵抗材料とは強磁性層
の合金組成が異なる場合における磁気抵抗変化率を示し
た状態図である。また、図6は本発明の磁気抵抗材料と
は強磁性層の合金組成が異なる場合における、磁気抵抗
変化率がピークを示す磁界の値を示した状態図である。
図を見ると、磁気抵抗変化率を高めるには強磁性層の合
金のCoの含有量を増加させることが好ましいことが分
かる。しかし、Coの含有量を増加させた場合、図6に
示されているように、磁気抵抗変化率がピークを示す磁
界に小さな値は期待できないことが分かる。例えば25
%以上の磁気抵抗変化率を得ようとすれば、磁気抵抗変
化率がピークを示す磁界は3000A/mを越えてしま
い、30%以上の磁気抵抗変化率を得ようとすれば磁気
抵抗変化率がピークを示す磁界は30000A/m以上
になってしまう。すなわち磁気抵抗曲線に生ずるヒステ
リシスが大きくなってしまう。このためMRヘッドへの
応用がより困難になるといった問題を生ずるようにな
る。
【0010】図7は本発明の磁気抵抗材料とは強磁性層
の合金組成が異なり、強磁性層が保磁力の大きな70a
t%Ni−5at%Fe−25at%Coである場合に
おける磁気抵抗曲線の一例である。磁気抵抗変化率は非
常に高い値を示しているが、磁気抵抗変化率がピークを
示す印加磁界の値は30000A/mであり、また磁気
抵抗曲線の形状を見ても磁気抵抗曲線には大きなヒステ
リシスが生じていることが分かる。このような磁気抵抗
材料をMRヘッドの感磁部に用いると、再生波形は歪の
大きなものとなり、媒体情報の正確な再生が困難とな
る。
【0011】図8は本発明の磁気抵抗材料を感磁部に用
いた磁界センサの一例で、おもに磁気ディスク装置の再
生ヘッドとして使用可能なMRヘッドの図である。該M
Rヘッドは、本発明の磁気抵抗材料6および電流を流し
て出力電圧を検出するための導体層7から構成されてい
る。導体層7の材料としては、例えばCuが使用され
る。図7の感磁デバイスを用いて磁気ディスクから発す
る磁界を検出すると、パーマロイ単層膜を感磁部に用い
たMRヘッドで検出する場合に比べ、6倍以上の出力電
圧を得ることが出来る。しかも本発明の磁気抵抗材料が
ヒステリシスのきわめて小さい磁気抵抗曲線を有するた
め、パーマロイ単層膜を感磁部に用いたMRヘッドと同
等に歪の少ない再生波形を得ることが出来る。
【0012】
【発明の効果】本発明の磁気抵抗材料を磁界センサの感
磁部に用いると、大幅に再生出力の向上が達成されると
同時に、歪の少ない再生波形を得ることが出来る。再生
波形に歪が少なくなる理由は、磁気抵抗曲線に生ずるヒ
ステリシスを小さく抑えることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ni−Fe−Co合金の厚さ40nmの単層薄
膜状態における磁化困難軸方向の保磁力を示す状態図。
【図2】本発明の磁気抵抗材料の断面の構造を示す模式
図。
【図3】本発明の磁気抵抗材料において、磁気抵抗変化
率の下地層の厚さ依存性を示した図。
【図4】本発明の磁気抵抗材料の典型的な磁気抵抗曲
線。
【図5】本発明の磁気抵抗材料とは強磁性層の合金組成
が異なる場合における、磁気抵抗変化率を示した状態
図。
【図6】本発明の磁気抵抗材料とは強磁性層の合金組成
が異なる場合における、磁気抵抗変化率がピークを示す
磁界の値を示した状態図。
【図7】本発明の磁気抵抗材料とは強磁性層の合金組成
が異なる場合における、磁気抵抗曲線の一例。
【図8】本発明の磁気抵抗材料を用いた磁界センサの構
造を示す模式図。
【符号の説明】 1 Si基板 2 厚さ1.5nmのSiO2からなる自然酸化層 3 厚さ5nmのFeからなる下地層 4 厚さ1nmのCuからなる常磁性層 5 厚さ1nmのNi−20at%Feからなる強磁性
層 6 本発明の磁気抵抗材料 7 Cuからなる導体層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−90026(JP,A) 特開 平1−109506(JP,A) 特開 平1−238106(JP,A) 特開 昭61−218121(JP,A) 特開 平2−295104(JP,A) 特開 平4−48708(JP,A) 特開 平5−327061(JP,A) 特開 平5−166629(JP,A) 特開 平4−280483(JP,A) 特開 平5−242436(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 10/00 - 10/32 G11B 5/39 H01L 43/08 H01L 43/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 厚さ0.8nmから4nmの強磁性層と
    厚さ0.5nmから2.5nmの常磁性層が交互に積層
    されている磁気抵抗材料において、強磁性層が原子%で
    示してxat%Ni−yat%Fe−zat%Coで示
    される組成を有する合金であり、その組成範囲が、 76<x<85 15<y<24 0<z<5 であり、前記合金の保持力は40A/m以下であること
    を特徴とする磁気抵抗材料。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の磁気抵抗材料の直下
    に、厚さ4nmから10nmのFe層またはNi−Fe
    合金層が接していることを特徴とする磁気抵抗材料。
  3. 【請求項3】 請求項1乃至2のいずれかに記載の磁気
    抵抗材料を感磁部に用いた磁界センサ。
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