JP3497430B2 - Spin valve thin film element and thin film magnetic head using the spin valve thin film element - Google Patents

Spin valve thin film element and thin film magnetic head using the spin valve thin film element

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JP3497430B2 JP35030899A JP35030899A JP3497430B2 JP 3497430 B2 JP3497430 B2 JP 3497430B2 JP 35030899 A JP35030899 A JP 35030899A JP 35030899 A JP35030899 A JP 35030899A JP 3497430 B2 JP3497430 B2 JP 3497430B2
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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
膜素子に係り、特に、固定磁性層を2層に分断し、前記
2層の固定磁性層の磁化(フェリ状態)を熱的に安定し
た状態に保つことができるスピンバルブ型薄膜素子及び
このスピンバルブ型薄膜素子を用い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 whose electric resistance changes depending on the relationship between the fixed magnetization direction of a fixed magnetic layer and the magnetization direction of a free magnetic layer affected by an external magnetic field. , A spin-valve thin-film element capable of dividing a pinned magnetic layer into two layers and keeping the magnetization (ferri state) of the two pinned magnetic layers in a thermally stable state, and the spin-valve thin-film element The thin film magnetic head.

【0002】[0002]

【従来の技術】図28は従来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す断面
図である。
2. Description of the Related Art FIG. 28 is a sectional view showing the structure of a conventional spin-valve type thin film element as viewed from the side facing a recording medium.

【0003】符号1は例えばTa(タンタル)などで形
成された下地層であり、この下地層1の上に反強磁性層
2が形成され、さらに前記反強磁性層2の上に固定磁性
層3が形成されている。
Reference numeral 1 is an underlayer formed of, for example, Ta (tantalum), an antiferromagnetic layer 2 is formed on the underlayer 1, and a pinned magnetic layer is further formed on the antiferromagnetic layer 2. 3 is formed.

【0004】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、前記固定磁性層の磁化は、例えば図示Y方向に
固定される。
Since the pinned magnetic layer 3 is formed in contact with the antiferromagnetic layer 2, an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is formed at the interface between the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2. Occurs, and the magnetization of the pinned magnetic layer is pinned, for example, in the Y direction in the figure.

【0005】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―Pt(コ
バルト―白金)合金で形成されたハードバイアス層6,
6が形成されており、前記ハードバイアス層6,6が図
示X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X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。なお符号7は、T
aなどで形成された保護層、符号8は、Cuなどで形成
された導電層である。
A non-magnetic conductive layer 4 made of Cu or the like is formed on the fixed magnetic layer 3, and a free magnetic layer 5 is further formed on the non-magnetic conductive layer 4.
On both sides of the free magnetic layer 5, hard bias layers 6 made of, for example, a Co—Pt (cobalt-platinum) alloy are formed.
6 is formed, and the hard bias layers 6 and 6 are magnetized in the X direction in the figure, so that the free magnetic layer 5 is formed.
Are aligned in the X direction in the figure. As a result, the variable magnetization of the free magnetic layer 5 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 3 cross each other. The reference numeral 7 is T
A protective layer formed of a or the like, reference numeral 8 is a conductive layer formed of Cu or the like.

【0006】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
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の固定磁化と
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 X in the drawing.
When the magnetization of the free magnetic layer 5 aligned in the direction changes, the electric resistance changes in relation to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 3 fixed in the Y direction shown in the drawing, and the voltage changes based on the change in the electric resistance value. Thus, the leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで従来では、前
記反強磁性層2として、NiMn合金、FeMn合金、
あるいはNiOなどの反強磁性材料が使用されている。
By the way, conventionally, as the antiferromagnetic layer 2, a NiMn alloy, a FeMn alloy,
Alternatively, an antiferromagnetic material such as NiO is used.

【0008】しかしこれらの材料のうち特に、FeMn
合金やNiO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。特に近年で
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、装置内の環境温度が例え
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、ΔMR(抵抗
変化率)の低下を招く。
However, among these materials, FeMn
Alloys and NiO alloys have a blocking temperature of about 200 ° C. or lower and are materials lacking thermal stability. Particularly in recent years, the environmental temperature in the apparatus becomes high, for example, 200 ° C. or higher due to the number of rotations of the recording medium or the increase in 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 type thin film element, an exchange coupling magnetic field (exchange different magnetic field) generated at the interface between the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3 is used. The magnetic field of the fixed magnetic layer 3 cannot be properly fixed in the Y direction in the figure, and the ΔMR (rate of change in resistance) is lowered.

【0009】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。
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. Can not.

【0010】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、装置内温度は200度近く、あるいはそれ以上の環
境温度になると、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は小さくなり、あるいは0にな
り、ΔMRを得ることが全くできなくなる。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-16920 discloses that
The invention is described in which the structure of the pinned magnetic layer can be improved to enhance the exchange coupling magnetic field. But,
In this invention, since NiO is used as the antiferromagnetic layer, the blocking temperature is about 200 degrees, and even if the exchange coupling magnetic field at room temperature can be increased, the temperature inside the device is close to 200 degrees, Alternatively, when the ambient temperature is higher than that, the exchange coupling magnetic field of the spin-valve type thin film element during traveling of the recording medium becomes small or becomes 0, and ΔMR cannot be obtained at all.

【0011】これに対し、NiMn合金は、NiOやF
eMn合金に対しブロッキング温度が高いが、耐食性な
どの特性が悪いために、反強磁性層として使用される反
強磁性材料には、さらにブロッキング温度が高く、しか
も耐食性などの特性に優れた反強磁性材料が求められ
る。
On the other hand, NiMn alloys have NiO and F
Although the blocking temperature is higher than that of the eMn alloy, the antiferromagnetic material used as the antiferromagnetic layer has an even higher blocking temperature because of its poor corrosion resistance and other properties, and it also has excellent anticorrosion properties such as corrosion resistance. Magnetic materials are required.

【0012】本発明は上記従来の問題点を解決するため
のものであり、特に固定磁性層の構造、及び反強磁性層
の材質を改良し、しかも前記固定磁性層の膜厚などを適
性に調節することで、交換結合磁界を大きくすることが
でき、熱的安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子及び
このスピンバルブ型薄膜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。
The present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems, in particular, the structure of the pinned magnetic layer and the material of the antiferromagnetic layer are improved, and the pinned magnetic layer has a proper thickness. An object of the present invention is to provide a spin-valve thin-film element having excellent thermal stability and a thin-film magnetic head using the spin-valve thin-film element, which can be adjusted to increase the exchange coupling magnetic field.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、反強磁性層
と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層
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
層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成さ
れ、前記固定磁性層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とを有するシングルスピンバル
ブ型薄膜素子において、前記固定磁性層は、反強磁性層
に接する第1の固定磁性層と、前記第1の固定磁性層と
非磁性中間層を介して重ねられる第2の固定磁性層の2
層で形成されて、前記第1の固定磁性層と前記第2の固
定磁性層の磁気モーメントの方向が反平行となるよう
に、前記第1の固定磁性層の磁気モーメント(飽和磁化
Ms・膜厚t)が、前記第2の固定磁性層の磁気モーメ
ントと異なっており、前記フリー磁性層は、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層で形成され、前記第1のフリー磁性層の磁気モーメ
ントと第2のフリー磁性層の磁気モーメントとの合成磁
気モーメントの絶対値が、前記第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との合
成磁気モーメントの絶対値よりも大きいことを特徴とす
るものである。
The present invention is directed to an antiferromagnetic layer and a pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer and having a magnetization direction fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer. And a free magnetic layer formed on the pinned magnetic layer via a non-magnetic conductive layer and having a magnetization aligned in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer. layers of antiferromagnetic and the first pinned magnetic layer in contact with the layer, the first pinned magnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer through the second fixed magnetic layer to be overlaid 2
A first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer.
The direction of the magnetic moment of the constant magnetic layer should be anti-parallel.
The magnetic moment of the first pinned magnetic layer (saturation magnetization Ms · thickness t) is, is different from the magnetic moment of the second pinned magnetic layer, the free magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer Is formed of two layers of a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, and the absolute value of the combined magnetic moment of the magnetic moment of the first free magnetic layer and the magnetic moment of the second free magnetic layer is The absolute value of the combined magnetic moment of the magnetic moment of the first pinned magnetic layer and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer is larger than the absolute value.

【0014】また本発明は、フリー磁性層の上下に積層
された非磁性導電層と、一方の前記非磁性導電層の上に
形成された上側固定磁性層と、他方の非磁性導電層の下
に形成された下側固定磁性層と、上側固定磁性層の上、
及び下側固定磁性層の下に形成された反強磁性層とを有
し、前記上側及び下側の固定磁性層と、フリー磁性層と
が交叉する方向に磁化されて成るデュアルスピンバルブ
型薄膜素子において、前記各固定磁性層は、反強磁性層
に接する第1の固定磁性層と、前記第1の固定磁性層と
非磁性中間層を介して重ねられる第2の固定磁性層の2
層で形成されて、前記第1の固定磁性層と前記第2の固
定磁性層の磁気モーメントの方向が反平行となるよう
に、前記第1の固定磁性層の磁気モーメント(飽和磁化
Ms・膜厚t)が、前記第2の固定磁性層の磁気モーメ
ントと異なっており、前記フリー磁性層は、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層で形成され、第1のフリー磁性層の磁気モーメント
と第2のフリー磁性層の磁気モーメントを足し合わせた
合成磁気モーメントの絶対値は、上側固定磁性層におけ
る第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た合成磁気モーメント
の絶対値よりも大きく、且つ、下側固定磁性層における
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た合成磁気モーメントの
絶対値よりも大きいことを特徴とするものである。
Further, according to the present invention, the nonmagnetic conductive layers stacked above and below the free magnetic layer, the upper fixed magnetic layer formed on one of the nonmagnetic conductive layers, and the other nonmagnetic conductive layer below. On the lower fixed magnetic layer and the upper fixed magnetic layer formed in
And a lower pinned magnetic layer and an antiferromagnetic layer formed below the pinned magnetic layer, wherein the upper and lower pinned magnetic layers and the free magnetic layer are magnetized in a direction intersecting each other. in the device, each of the fixed magnetic layer, a first pinned magnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer, the first pinned magnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer through the second fixed magnetic layer to be overlaid 2
A first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer.
The direction of the magnetic moment of the constant magnetic layer should be anti-parallel.
The magnetic moment of the first pinned magnetic layer (saturation magnetization Ms · thickness t) is, is different from the magnetic moment of the second pinned magnetic layer, the free magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer Absolute value of a synthetic magnetic moment formed by adding the magnetic moment of the first free magnetic layer and the magnetic moment of the second free magnetic layer, which is formed by two layers of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. It is greater than the first absolute value of the magnetic moment and the synthesized magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the second pinned magnetic layer of the fixed magnetic layer in the upper fixed magnetic layer, and, first in the lower fixed magnetic layer 1 Is larger than the absolute value of the combined magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the pinned magnetic layer and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer.

【0015】本発明では、前記(第1のフリー磁性層の
磁気的膜厚/第2のフリー磁性層の磁気的膜厚)は、
0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内で
あることが好ましい。
In the present invention, the above (magnetic thickness of first free magnetic layer / magnetic thickness of second free magnetic layer) is
It is preferably within the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5.

【0016】また本発明では、前記(第1のフリー磁性
層の磁気的膜厚/第2のフリー磁性層の磁気的膜厚)
は、0.61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の
範囲内であることがより好ましい。
In the present invention, the above (magnetic thickness of the first free magnetic layer / magnetic thickness of the second free magnetic layer)
Is more preferably within the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1.

【0017】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間に介在する非磁性中間層の膜厚
は、5.5〜10.0オングストロームの範囲内である
ことが好ましい。
Further, in the present invention, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is in the range of 5.5 to 10.0 angstroms. Is preferred.

【0018】また本発明では、前記非磁性中間層の膜厚
は、5.9〜9.4オングストロームの範囲内であるこ
とがより好ましい。
In the present invention, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer is more preferably in the range of 5.9 to 9.4 angstrom.

【0019】さらに本発明における薄膜磁気ヘッドは、
前述したスピンバルブ型薄膜素子の上下に、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。
Further, the thin film magnetic head according to the present invention is
A shield layer is formed above and below the spin-valve type thin film element with a gap layer interposed therebetween.

【0020】本発明では、スピンバルブ型薄膜素子を構
成する固定磁性層が、2層に分断されており、2層に分
断された固定磁性層の間に非磁性中間層が形成されてい
る。
In the present invention, the pinned magnetic layer constituting the spin-valve thin film element is divided into two layers, and the non-magnetic intermediate layer is formed between the two pinned magnetic layers.

【0021】この分断された2層の固定磁性層の磁化
は、反平行状態に磁化されており、しかも一方の固定磁
性層の磁気モーメント(磁気的膜厚)の大きさと、他方
の固定磁性層の磁気モーメントの大きさとが異なる、い
わゆるフェリ状態となっている。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)は、100
0(Oe)から5000(Oe)と非常に大きいため、
2層の固定磁性層は非常に安定した状態で反平行に磁化
された状態となっている。
The magnetizations of the two separated pinned magnetic layers are antiparallel to each other, and the magnitude of the magnetic moment (magnetic film thickness) of one pinned magnetic layer and the other pinned magnetic layer are the same. It is in a so-called ferri state in which the magnitude of the magnetic moment is different. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two fixed magnetic layers is 100
Since it is very large from 0 (Oe) to 5000 (Oe),
The two pinned magnetic layers are magnetized antiparallel in a very stable state.

【0022】ところで反平行(フェリ状態)に磁化され
た一方の固定磁性層は、反強磁性層に接して形成されて
おり、この反強磁性層に接する側の固定磁性層(以下、
第1の固定磁性層と称す)は、前記反強磁性層との界面
で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によって、
例えば記録媒体との対向面から離れる方向(ハイト方
向)に磁化が固定される。これにより、前記第1の固定
磁性層と非磁性中間層を介して対向する固定磁性層(以
下、第2の固定磁性層と称す)の磁化は、前記第1の固
定磁性層の磁化と反平行の状態で固定される。
By the way, the one pinned magnetic layer magnetized antiparallel (ferri state) is formed in contact with the antiferromagnetic layer, and the pinned magnetic layer on the side in contact with this antiferromagnetic layer (hereinafter,
The first pinned magnetic layer) is formed by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer.
For example, the magnetization is fixed in the direction away from the surface facing the recording medium (height direction). As a result, the magnetization of the pinned magnetic layer (hereinafter, referred to as the second pinned magnetic layer) that faces the first pinned magnetic layer with the nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween is opposite to the magnetization of the first pinned magnetic layer. It is fixed in a parallel state.

【0023】従来では、反強磁性層と固定磁性層との2
層で形成していた部分を、本発明では、反強磁性層/第
1の固定磁性層/非磁性中間層/第2の固定磁性層の4
層で形成することによって、第1の固定磁性層と第2の
固定磁性層の磁化状態を外部磁界に対し非常に安定した
状態に保つことが可能となるが、より前記第1の固定磁
性層と第2の固定磁性層の磁化の安定性を向上させるに
は、様々な条件を必要とする。
Conventionally, two layers, an antiferromagnetic layer and a pinned magnetic layer, are used.
In the present invention, the portion formed by the layer is divided into four layers of antiferromagnetic layer / first pinned magnetic layer / nonmagnetic intermediate layer / second pinned magnetic layer.
When the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are formed of layers, the magnetization states of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be kept very stable against an external magnetic field. In order to improve the magnetization stability of the second pinned magnetic layer, various conditions are required.

【0024】まず第1に反強磁性層と第1の固定磁性層
との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)を
大きくすることである。前述したように反強磁性層との
界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て第1の固定磁性層の磁化は、ある一定方向に固定され
るが、この交換結合磁界が弱いと、第1の固定磁性層の
固定磁化が安定せず、外部磁界などにより変動しやすく
なってしまう。このため反強磁性層との界面で発生する
交換結合磁界(交換異方性磁界)は大きいことが好まし
く、本発明では、第1の固定磁性層との界面で大きい交
換結合磁界を得ることができる反強磁性層としてPtM
n合金を提示することができる。またPtMn合金に代
えて、X―Mn(XはPd,Ir,Rh,Ru)合金や
Pt―Mn―X′(X′は、Pd,Ir,Rh,Ru,
Au,Ag)合金を使用してもよい。
First, it is necessary to increase the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the first pinned magnetic layer. As described above, the magnetization of the first pinned magnetic layer is fixed in a certain direction by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer, but this exchange coupling magnetic field is weak. Then, the pinned magnetization of the first pinned magnetic layer is not stable and is likely to change due to an external magnetic field or the like. Therefore, it is preferable that the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer is large, and in the present invention, a large exchange coupling magnetic field can be obtained at the interface with the first pinned magnetic layer. PtM as a possible antiferromagnetic layer
n alloys can be presented. Further, instead of the PtMn alloy, an X—Mn (X is Pd, Ir, Rh, Ru) alloy or Pt—Mn—X ′ (X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru,
Au, Ag) alloys may be used.

【0025】これら反強磁性材料は、従来から反強磁性
材料として使用されているNiO、FeMn合金やNi
Mn合金などに比べて、交換結合磁界が大きく、またブ
ロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているな
ど、反強磁性材料として優れた特性を有している。
These antiferromagnetic materials are NiO, FeMn alloys and Ni which have been conventionally used as antiferromagnetic materials.
It has excellent properties as an antiferromagnetic material, such as a large exchange coupling magnetic field, a high blocking temperature, and excellent corrosion resistance as compared with Mn alloys and the like.

【0026】図26は、反強磁性層にPtMn合金を使
用し、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の固定磁性層の2層に分断した本発明におけ
るスピンバルブ型薄膜素子と、固定磁性層を単層で形成
した従来におけるスピンバルブ型薄膜素子とのR―H曲
線である。
FIG. 26 shows the present invention in which a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer, and the pinned magnetic layer is divided into two layers, a first pinned magnetic layer and a second pinned magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer. 3 is an RH curve of the spin-valve thin-film element in 1) and the conventional spin-valve thin-film element in which the fixed magnetic layer is formed of a single layer.

【0027】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子の
膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(30)
/反強磁性層;PtMn(200)/第1の固定磁性
層;Co(25)/非磁性中間層;Ru(7)/第2の
固定磁性層;Co(20)/Cu(20)/Co(1
0)/NiFe(40)/Ta(30)であり、従来に
おけるスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、S
i基板/アルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtM
n(300)/固定磁性層;Co(25)/Cu(2
0)/Co(10)/NiFe(40)/Ta(30)
である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位は
オングストロームである。
The film structure of the spin-valve type thin film element in the present invention is as follows from the bottom: Si substrate / alumina / Ta (30).
/ Antiferromagnetic layer; PtMn (200) / First pinned magnetic layer; Co (25) / Nonmagnetic intermediate layer; Ru (7) / Second pinned magnetic layer; Co (20) / Cu (20) / Co (1
0) / NiFe (40) / Ta (30), and the film structure of the conventional spin-valve type thin film element is S from the bottom.
i substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtM
n (300) / fixed magnetic layer; Co (25) / Cu (2
0) / Co (10) / NiFe (40) / Ta (30)
Is. The numerical value in parentheses indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0028】なお本発明及び従来におけるスピンバルブ
型薄膜素子共に、成膜後、200(Oe)の磁場を印加
しながら、260℃で4時間の熱処理を施した。
In both the present invention and the conventional spin-valve type thin film element, after film formation, heat treatment was performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe).

【0029】図26に示すように、本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子のΔMR(抵抗変化率)は、最大値
で7〜8%の間であり、負の外部磁界を与えることによ
り、前記ΔMRは低下していくが、従来におけるスピン
バルブ型薄膜素子のΔMRの落ち方に比べて、本発明に
おけるΔMRの落ち方は緩やかであることがわかる。
As shown in FIG. 26, the ΔMR (rate of change in resistance) of the spin-valve type thin film element in the present invention is between 7 and 8% at the maximum value, and by applying a negative external magnetic field, the aforementioned ΔMR is obtained. However, it can be seen that the decrease in ΔMR in the present invention is gentler than the decrease in ΔMR in the conventional spin-valve type thin film element.

【0030】ここで本発明では、ΔMRの最大値の半分
の値になる時の外部磁界の大きさをスピンバルブ型薄膜
素子が発生する交換結合磁界(Hex)と定める。
In the present invention, the magnitude of the external magnetic field when the value of ΔMR is half the maximum value is defined as the exchange coupling magnetic field (Hex) generated by the spin valve thin film element.

【0031】図26に示すように、従来におけるスピン
バルブ型薄膜素子では、最大ΔMRが、約8%であり、
前記ΔMRが半分になるときの外部磁界(交換結合磁界
(Hex))は、絶対値で約900(Oe)であること
がわかる。
As shown in FIG. 26, in the conventional spin valve thin film element, the maximum ΔMR is about 8%,
It can be seen that the external magnetic field (exchange coupling magnetic field (Hex)) when the ΔMR becomes half is about 900 (Oe) in absolute value.

【0032】これに対し、本発明におけるスピンバルブ
型薄膜素子では、最大ΔMRが、約7.5%であり、従
来に比べて若干低下するものの、前記ΔMRが半分にな
るときの外部磁界(交換結合磁界(Hex))は、絶対
値で約2800(Oe)であり、従来に比べて非常に大
きくなることがわかる。
On the other hand, in the spin-valve type thin film element according to the present invention, the maximum ΔMR is about 7.5%, which is slightly lower than the conventional value, but the external magnetic field (exchange) when the ΔMR becomes half is exchanged. It can be seen that the coupling magnetic field (Hex) is approximately 2800 (Oe) in absolute value, which is much larger than the conventional value.

【0033】このように、固定磁性層を2層に分断した
本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子にあっては、固
定磁性層を1層で形成した従来のスピンバルブ型薄膜素
子に比べて、交換結合磁界(Hex)を飛躍的に大きく
でき、固定磁性層の磁化の安定性を従来に比べて向上で
きることがわかる。またΔMRについても本発明では従
来に比べてあまり低下せず、高いΔMRを保つことがで
きることがわかる。
As described above, in the spin valve thin film element of the present invention in which the pinned magnetic layer is divided into two layers, the spin valve thin film element in which the pinned magnetic layer is formed of one layer is replaced. It can be seen that the coupling magnetic field (Hex) can be dramatically increased and the magnetization stability of the pinned magnetic layer can be improved as compared with the conventional one. Further, it can be seen that the ΔMR does not decrease so much in the present invention as compared with the conventional one, and a high ΔMR can be maintained.

【0034】次に図27は、4種類のスピンバルブ型薄
膜素子を使用して、環境温度と交換結合磁界との関係を
示すグラフである。
Next, FIG. 27 is a graph showing the relationship between the ambient temperature and the exchange coupling magnetic field using four types of spin valve thin film elements.

【0035】まず使用する1種目のスピンバルブ型薄膜
素子は、反強磁性層にPtMn合金を用い、固定磁性層
を2層に分断した本発明におけるスピンバルブ型薄膜素
子であり、膜構成としては、下から、Si基板/アルミ
ナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn(200)/
第1の固定磁性層;Co(25)/非磁性中間層;Ru
(7)/第2の固定磁性層;Co(20)/Cu(2
0)/Co(10)/NiFe(70)/Ta(30)
である。
The first type of spin valve thin film element used is the spin valve thin film element of the present invention in which the PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is divided into two layers. , From the bottom, Si substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (200) /
First pinned magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic intermediate layer; Ru
(7) / second pinned magnetic layer; Co (20) / Cu (2
0) / Co (10) / NiFe (70) / Ta (30)
Is.

【0036】2種類目は、反強磁性層にPtMn合金を
使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例1であり、
膜構成としては、下から、Si基板/アルミナ/Ta
(30)/反強磁性層;PtMn(300)/固定磁性
層;Co(25)/Cu(25)/Co(10)/Ni
Fe(70)/Ta(30)である。
The second type is a conventional example 1 in which a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is formed as a single layer.
From the bottom, the film structure is Si substrate / alumina / Ta.
(30) / antiferromagnetic layer; PtMn (300) / fixed magnetic layer; Co (25) / Cu (25) / Co (10) / Ni
It is Fe (70) / Ta (30).

【0037】3種類目は、反強磁性層にNiOを使用
し、固定磁性層を単層で形成した従来例2であり、膜構
成としては、下から、Si基板/アルミナ/反強磁性
層;NiO(500)/固定磁性層;Co(25)/C
u(25)/Co(10)/NiFe(70)/Ta
(30)である。
The third type is Conventional Example 2 in which NiO is used for the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is formed as a single layer. The film structure is as follows: Si substrate / alumina / antiferromagnetic layer. NiO (500) / fixed magnetic layer; Co (25) / C
u (25) / Co (10) / NiFe (70) / Ta
(30).

【0038】4種類目は、反強磁性層にFeMn合金を
使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例3であり、
膜構成としては、下から、Si基板/アルミナ/Ta
(30)/NiFe(70)/Co(10)/Cu(2
5)/固定磁性層;Co(25)/反強磁性層;FeM
n(150)/Ta(30)である。なお、上述した4
種類全ての膜構成の括弧内の数値は膜厚を示しており、
単位はオングストロームである。
The fourth type is a conventional example 3 in which a fixed magnetic layer is formed of a single layer by using a FeMn alloy for the antiferromagnetic layer,
From the bottom, the film structure is Si substrate / alumina / Ta.
(30) / NiFe (70) / Co (10) / Cu (2
5) / fixed magnetic layer; Co (25) / antiferromagnetic layer; FeM
n (150) / Ta (30). In addition, 4 mentioned above
The numbers in parentheses for all types of film structure indicate the film thickness,
The unit is Angstrom.

【0039】また反強磁性層にPtMnを用いた本発明
及び従来例1では、成膜後、200(Oe)の磁場を印
加しながら260℃で4時間の熱処理を施している。ま
た、反強磁性層にNiO、FeMnを使用した従来例
2,3では成膜後、熱処理を施していない。
In the present invention and the conventional example 1 in which PtMn is used for the antiferromagnetic layer, after film formation, heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe). Further, in Conventional Examples 2 and 3 in which NiO and FeMn are used for the antiferromagnetic layer, heat treatment is not performed after the film formation.

【0040】図27に示すように本発明におけるスピン
バルブ型薄膜素子では、環境温度が約20℃のとき交換
結合磁界(Hex)は約2500(Oe)と非常に高く
なっていることがわかる。
As shown in FIG. 27, in the spin valve thin film element of the present invention, the exchange coupling magnetic field (Hex) is about 2500 (Oe), which is very high when the ambient temperature is about 20 ° C.

【0041】これに対し、反強磁性層にNiOを用いた
従来例2、及び反強磁性層にFeMnを用いた従来例3
では、環境温度が約20℃でも交換結合磁界(Hex)
が約500(Oe)以下と低くなっている。また反強磁
性層にPtMnを用い、固定磁性層を単層で形成した従
来例1にあっては、環境温度が約20℃で1000(O
e)程度の交換結合磁界を発生しており、反強磁性層に
NiO(従来例2)、FeMn(従来例3)を用いるよ
りも、より大きな交換結合磁界を得られることがわか
る。
On the other hand, Conventional Example 2 using NiO for the antiferromagnetic layer and Conventional Example 3 using FeMn for the antiferromagnetic layer.
Then, even if the ambient temperature is about 20 ° C, the exchange coupling magnetic field (Hex)
Is as low as about 500 (Oe) or less. Further, in Conventional Example 1 in which PtMn is used for the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is formed as a single layer, 1000 (O 2
It can be seen that an exchange coupling magnetic field of about e) is generated, and a larger exchange coupling magnetic field can be obtained than when NiO (conventional example 2) or FeMn (conventional example 3) is used for the antiferromagnetic layer.

【0042】特開平9―16920号公報では、反強磁
性層にNiOを使用し、固定磁性層を非磁性中間層を介
して2層で形成したスピンバルブ型薄膜素子のR―H曲
線が図8に示されている。公報の図8によれば、600
(Oe)の交換結合磁界(Hex)を得られるとしてい
るが、この数値は、反強磁性層にPtMnを使用し、固
定磁性層を単層で形成した場合の交換結合磁界(約10
00(Oe);従来例1)に比べて低いことがわかる。
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-16920, an RH curve of a spin valve thin film element in which NiO is used for an antiferromagnetic layer and a pinned magnetic layer is formed of two layers with a non-magnetic intermediate layer interposed therebetween is shown in FIG. 8 is shown. According to FIG. 8 of the publication, 600
Although it is said that an exchange coupling magnetic field (Hex) of (Oe) can be obtained, this numerical value shows the exchange coupling magnetic field (about 10%) when PtMn is used for the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is formed as a single layer.
00 (Oe); lower than that of Conventional Example 1).

【0043】すなわち、反強磁性層にNiOを使用した
場合にあっては、固定磁性層を2層に分断し、前記2層
の固定磁性層の磁化をフェリ状態にしても、反強磁性層
にPtMnを使用し、且つ固定磁性層を単層で形成する
場合よりも、交換結合磁界は低くなってしまうため、反
強磁性層にPtMn合金を使用することが、より大きい
交換結合磁界を得ることができる点で好ましいとわか
る。
That is, when NiO is used for the antiferromagnetic layer, even if the pinned magnetic layer is divided into two layers and the magnetizations of the two pinned magnetic layers are made into a ferri state, the antiferromagnetic layer is formed. Since the exchange coupling magnetic field is lower than in the case where PtMn is used as the material and the pinned magnetic layer is formed as a single layer, the use of PtMn alloy in the antiferromagnetic layer provides a larger exchange coupling magnetic field. It can be seen that it is preferable in that it can be achieved.

【0044】また図27に示すように、反強磁性層にN
iOあるいはFeMn合金を使用した場合、環境温度が
約200℃になると、交換結合磁界は0(Oe)になっ
てしまうことがわかる。これは、前記NiO及びFeM
nのブロッキング温度が約200℃程度と低いためであ
る。
As shown in FIG. 27, the antiferromagnetic layer has N
It can be seen that when the iO or FeMn alloy is used, the exchange coupling magnetic field becomes 0 (Oe) when the environmental temperature reaches about 200 ° C. This is the NiO and FeM
This is because the blocking temperature of n is as low as about 200 ° C.

【0045】これに対し反強磁性層にPtMn合金を使
用した従来例1では、環境温度が約400℃になって、
交換結合磁界が0(Oe)になっており、前記PtMn
合金を使用すると、固定磁性層の磁化状態を熱的に非常
に安定した状態に保てることがわかる。
On the other hand, in the conventional example 1 in which the PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer, the environmental temperature is about 400 ° C.,
The exchange coupling magnetic field is 0 (Oe), and the PtMn is
It is understood that the use of the alloy can keep the magnetization state of the pinned magnetic layer in a thermally very stable state.

【0046】ブロッキング温度は反強磁性層として使用
される材質に支配されるので、図27に示す本発明にお
けるスピンバルブ型薄膜素子においても、約400℃に
なると、交換結合磁界は0(Oe)になると考えられる
が、本発明のように反強磁性層にPtMn合金を使用し
た場合では、NiOなどに比べ高いブロッキング温度を
得ることが可能であり、しかも固定磁性層を2層に分断
して前記2層の固定磁性層の磁化をフェリ状態にすれ
ば、ブロッキング温度に到達するまでの間に非常に大き
い交換結合磁界を得ることができ、前記2層の固定磁性
層の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことが可能と
なる。
Since the blocking temperature is governed by the material used for the antiferromagnetic layer, even in the spin valve thin film element according to the present invention shown in FIG. 27, the exchange coupling magnetic field is 0 (Oe) at about 400 ° C. However, when a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer as in the present invention, it is possible to obtain a higher blocking temperature than NiO and the pinned magnetic layer is divided into two layers. If the magnetizations of the two pinned magnetic layers are changed to the ferri state, a very large exchange coupling magnetic field can be obtained before the blocking temperature is reached, and the magnetization state of the two pinned magnetic layers is thermally changed. It is possible to maintain a stable state.

【0047】また本発明では第1の固定磁性層と第2の
固定磁性層との間に形成されている非磁性中間層とし
て、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あ
るいは2種以上を使用し、前記非磁性中間層の膜厚を、
反強磁性層がフリー磁性層よりも下側に形成される場合
と、上側に形成される場合とで変えており、適正な範囲
内の膜厚で前記非磁性中間層を形成することにより、交
換結合磁界(Hex)を大きくすることができる。なお
前記非磁性中間層の適切な膜厚値については、後でグラ
フを参照しながら詳述する。
In the present invention, the nonmagnetic intermediate layer formed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is one of Ru, Rh, Ir, Cr, Re and Cu, or Using two or more types, the thickness of the non-magnetic intermediate layer is
By changing the case where the antiferromagnetic layer is formed below the free magnetic layer and the case where it is formed above the free magnetic layer, by forming the nonmagnetic intermediate layer with a film thickness within an appropriate range, The exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased. The appropriate film thickness value of the non-magnetic intermediate layer will be described later in detail with reference to the graph.

【0048】さらに本発明によれば、固定磁性層を2層
に分断して形成すれば、PtMn合金などで形成される
反強磁性層の膜厚を薄くしても大きい交換結合磁界(H
ex)を得ることが可能であり、スピンバルブ型薄膜素
子の膜構成の中で最も厚い膜厚を有していた反強磁性層
を薄くできることで、前記スピンバルブ型薄膜素子全体
の総合膜厚を薄くできる。反強磁性層を薄く形成できる
ことで、前記スピンバルブ型薄膜素子の上下に形成され
るギャップ層の膜厚を、絶縁性を充分に保つことができ
る程度に厚くしても、スピンバルブ型薄膜素子の下側に
形成されたギャップ層から、スピンバルブ型薄膜素子の
上側に形成されたギャップ層までの距離、すなわちギャ
ップ長を短くでき、狭ギャップ化に対応することが可能
となっている。
Further, according to the present invention, if the pinned magnetic layer is divided into two layers, a large exchange coupling magnetic field (H) can be obtained even if the thickness of the antiferromagnetic layer formed of PtMn alloy or the like is reduced.
ex) can be obtained, and the antiferromagnetic layer, which had the thickest film thickness in the spin-valve type thin film element, can be thinned, so that the total film thickness of the spin-valve type thin film element as a whole can be reduced. Can be thin. Since the antiferromagnetic layer can be formed thin, even if the gap layers formed above and below the spin-valve thin-film element are thick enough to maintain sufficient insulation, the spin-valve thin-film element The distance from the gap layer formed on the lower side to the gap layer formed on the upper side of the spin-valve type thin film element, that is, the gap length can be shortened, and it is possible to cope with the narrowing of the gap.

【0049】ところで本発明のように、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
性層の2層に分断した場合、前記第1の固定磁性層と第
2の固定磁性層の膜厚を同じ値で形成すると、交換結合
磁界(Hex)、及びΔMR(抵抗変化率)が極端に低
下することが実験によりわかった。第1の固定磁性層と
第2の固定磁性層との膜厚を同じ膜厚で形成すると、前
記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層との磁化状態が
反平行(フェリ状態)になり難くなるためであると推測
され、前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の磁化
状態が反平行状態でないために、フリー磁性層の変動磁
化との相対角度を適正に制御できなくなってしまう。
By the way, as in the present invention, the pinned magnetic layer is
When the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are divided into two layers via the non-magnetic intermediate layer, the film thicknesses of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are formed to have the same value. Then, it was found from an experiment that the exchange coupling magnetic field (Hex) and ΔMR (rate of change in resistance) are extremely lowered. When the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are formed to have the same film thickness, the magnetization states of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are antiparallel (ferry state). It is presumed that this is because the magnetization states of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are not antiparallel to each other, so that the relative angle with the variable magnetization of the free magnetic layer is appropriately controlled. I can not do it.

【0050】そこで本発明では、前記第1の固定磁性層
と第2の固定磁性層とを同じ膜厚で形成せず、異なる膜
厚で形成することによって、大きい交換結合磁界が得ら
れ、同時にΔMRを従来と同程度まで高くすることが可
能となっている。なお第1の固定磁性層と第2の固定磁
性層の膜厚比については、後でグラフを参照して詳述す
る。
Therefore, in the present invention, by forming the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer not to have the same film thickness but to have different film thicknesses, a large exchange coupling magnetic field can be obtained and at the same time. It is possible to make ΔMR as high as the conventional one. The film thickness ratio between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer will be described later in detail with reference to the graph.

【0051】以上のように本発明では、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
層の2層に分断し、さらに反強磁性層としてPtMn合
金など、前記第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)を発揮する反強磁性材料を使
用することによって、スピンバルブ型薄膜素子全体の交
換結合磁界(Hex)を大きくすることができ、第1の
固定磁性層と、第2の固定磁性層の磁化を熱的に安定し
た反平行状態(フェリ状態)に保つことが可能となって
いる。
As described above, in the present invention, the pinned magnetic layer is divided into the two layers of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer, and the PtMn alloy is further used as the antiferromagnetic layer. By using an antiferromagnetic material that exhibits a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer, the exchange coupling magnetic field (Hex) of the entire spin-valve thin film element Can be increased, and the magnetizations of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be maintained in a thermally stable antiparallel state (ferri state).

【0052】本発明では、2層に分断された第1の固定
磁性層と第2の固定磁性層の膜厚比、非磁性中間層の材
質、及びその膜厚、または反強磁性層の膜厚などを適正
化することによって、よりスピンバルブ型薄膜素子全体
の交換結合磁界を大きくでき、且つ高いΔMRを得られ
るようにしている。
In the present invention, the film thickness ratio of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer divided into two layers, the material of the non-magnetic intermediate layer, and the film thickness thereof, or the film of the antiferromagnetic layer. By optimizing the thickness and the like, the exchange coupling magnetic field of the entire spin-valve thin film element can be increased and a high ΔMR can be obtained.

【0053】本発明を適用できる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1層ずつ形成された、いわゆるシングルス
ピンバルブ型薄膜素子であってもよいし、あるいは、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ってもよい。
The spin valve thin film element to which the present invention can be applied is a so-called 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. Alternatively, it may be a so-called dual spin valve thin film element in which a non-magnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed above and below the free magnetic layer as a center.

【0054】さらに本発明では、フリー磁性層が、固定
磁性層と同様に、非磁性中間層を介して2層に分断され
て形成されていてもよい。非磁性中間層を介して形成さ
れた第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の磁化
は、前記第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層間に
発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
反平行に磁化され、しかも固定磁性層(第1の固定磁性
層及び第2の固定磁性層)の磁化に対して交叉する方向
に揃えられている。
Further, in the present invention, the free magnetic layer may be divided into two layers with the nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween, like the fixed magnetic layer. The magnetization of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer formed via the non-magnetic intermediate layer is determined by the exchange coupling magnetic field (RKKY mutual) generated between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. Action)
The magnetizations are antiparallel and are aligned in a direction intersecting with the magnetizations of the pinned magnetic layers (first pinned magnetic layer and second pinned magnetic layer).

【0055】固定磁性層(第1の固定磁性層及び第2の
固定磁性層)の場合は、反強磁性層との交換結合磁界
(交換異方性磁界)によってある一定方向に磁化が固定
された状態となっているが、フリー磁性層の磁化は、外
部磁界によって自由に変動するようになっており、フリ
ー磁性層の磁化の変動が、前記固定磁性層の固定磁化の
方向との関係により電気抵抗が変化し、外部磁界の信号
を検出できるようになっている。
In the case of the pinned magnetic layers (first pinned magnetic layer and second pinned magnetic layer), the magnetization is pinned in a certain direction by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) with the antiferromagnetic layer. However, the magnetization of the free magnetic layer is set to freely change by an external magnetic field, and the variation of the magnetization of the free magnetic layer depends on the relationship with the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer. The electric resistance changes, and the signal of the external magnetic field can be detected.

【0056】本発明では、非磁性中間層を介して分断さ
れた第1のフリー磁性層の膜厚と第2のフリー磁性層の
膜厚との比、及び前記非磁性中間層の膜厚を適正化する
ことによって、第1の固定磁性層と第2の固定磁性層と
の反平行状態(フェリ状態)を熱的にも安定した状態に
保ち、従来と同程度の高いΔMRを得られるようにして
いる。なお前記第1のフリー磁性層及び第2のフリー磁
性層の膜厚比、及び非磁性中間層の膜厚値については、
後でグラフを参照しながら詳述する。
In the present invention, the ratio of the film thickness of the first free magnetic layer and the film thickness of the second free magnetic layer divided by the nonmagnetic intermediate layer and the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer are By optimizing, the anti-parallel state (ferri state) between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be maintained in a thermally stable state, and a high ΔMR comparable to the conventional one can be obtained. I have to. Regarding the film thickness ratio of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer and the film thickness value of the non-magnetic intermediate layer,
The details will be described later with reference to the graph.

【0057】[0057]

【発明の実施の形態】図1は本発明における第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、図2は図1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断面図である。
1 is a cross-sectional view schematically showing a spin valve thin film element according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the spin valve thin film element of FIG. 1 as a recording medium. 3 is a cross-sectional view seen from the facing surface side of FIG.

【0058】このスピンバルブ型薄膜素子の上下には、
ギャップ層を介してシールド層が形成されており、前記
スピンバルブ型薄膜素子、ギャップ層、及びシールド層
で、再生用の薄膜磁気ヘッド(MRヘッド)が構成され
ている。なお前記再生用の薄膜磁気ヘッドの上に、記録
用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
Above and below this spin valve thin film element,
A shield layer is formed via a gap layer, and the spin valve thin film element, the gap layer, and the shield layer constitute a thin film magnetic head (MR head) for reproduction. A recording inductive head may be laminated on the reproducing thin film magnetic head.

【0059】前記薄膜磁気ヘッドは、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。
The thin-film magnetic head is provided at the trailing side end of the floating slider provided in the hard disk device and detects the recording magnetic field of the hard disk. 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.

【0060】図1,2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、いわゆるシングルスピ
ンバルブ型薄膜素子であり、最も下に形成された層は、
Taなどの非磁性材料で形成された下地層10である。
図1,2では前記下地層10の上に、反強磁性層11が
形成され、前記反強磁性層11の上に、第1の固定磁性
層12が形成されている。そして図1に示すように前記
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、さらに前記非磁性中間層13の上に第2の固定磁
性層14が形成されている。
The spin valve thin film element shown in FIGS. 1 and 2 is a so-called single spin valve thin film element in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a non-magnetic conductive layer and a free magnetic layer are formed one by one. , The bottom layer is
The underlayer 10 is made of a nonmagnetic material such as Ta.
In FIGS. 1 and 2, an antiferromagnetic layer 11 is formed on the underlayer 10, and a first pinned magnetic layer 12 is formed on the antiferromagnetic layer 11. As shown in FIG. 1, a nonmagnetic intermediate layer 13 is formed on the first pinned magnetic layer 12, and a second pinned magnetic layer 14 is further formed on the nonmagnetic intermediate layer 13. .

【0061】前記第1の固定磁性層12及び第2の固定
磁性層14は、例えばCo膜、NiFe合金、CoNi
Fe合金、CoFe合金などで形成されている。
The first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are, for example, Co film, NiFe alloy, CoNi.
It is formed of an Fe alloy, a CoFe alloy, or the like.

【0062】また本発明では、前記反強磁性層11は、
PtMn合金で形成されていることが好ましい。PtM
n合金は、従来から反強磁性層として使用されているN
iMn合金やFeMn合金などに比べて耐食性に優れ、
しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界(交換異
方性磁界)も大きい。また本発明では、前記PtMn合
金に代えて、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,R
h,Ruのいずれか1種または2種以上の元素である)
合金、あるいは、Pt―Mn―X′(ただしX′は、P
d,Ir,Rh,Ru,Au,Agのいずれか1種また
は2種以上の元素である)合金で形成されていてもよ
い。
In the present invention, the antiferromagnetic layer 11 is
It is preferably formed of a PtMn alloy. PtM
The n alloy is an N alloy that has been conventionally used as an antiferromagnetic layer.
Excellent corrosion resistance compared to iMn alloy and FeMn alloy,
Moreover, the blocking temperature is high and the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is large. In the present invention, instead of the PtMn alloy, X-Mn (where X is Pd, Ir, R
h or Ru, which is one or more elements)
Alloy or Pt-Mn-X '(where X'is P
d, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, which is one kind or two or more kinds of elements).

【0063】ところで図1に示す第1の固定磁性層12
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(Ms)
と膜厚(t)とをかけた値で決定される。
By the way, the first pinned magnetic layer 12 shown in FIG.
Arrows shown on the second pinned magnetic layer 14 and the second pinned magnetic layer 14 indicate the magnitudes and directions of the respective magnetic moments, and the magnitudes of the magnetic moments are the saturation magnetization (Ms).
And the film thickness (t).

【0064】図1に示す第1の固定磁性層12と第2の
固定磁性層14とは同じ材質、例えばCo膜で形成さ
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。なお、
本発明では、第1の固定磁性層12及び第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を必要とし
ており、従って、第1の固定磁性層12の膜厚t P1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。
The first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 12 shown in FIG.
It is formed of the same material as the pinned magnetic layer 14, for example, a Co film.
In addition, the film thickness t of the second pinned magnetic layer 14P2But the first
The thickness t of the pinned magnetic layer 12P1Is formed larger than
For this reason, the second pinned magnetic layer 14 is better than the first pinned magnetic layer.
The magnetic moment is larger than that of No. 12. In addition,
In the present invention, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 12
Requires that the layers 14 have different magnetic moments
Therefore, the film thickness t of the first pinned magnetic layer 12 is therefore P1Is the first
The thickness t of the pinned magnetic layer 14 of No. 2P2Formed thicker
Good.

【0065】図1に示すように第1の固定磁性層12は
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に磁化されている。
As shown in FIG. 1, the first pinned magnetic layer 12 is magnetized in the Y direction shown in the drawing, that is, in the direction away from the recording medium (height direction), and is opposed to the second magnetic layer 13 with the nonmagnetic intermediate layer 13 interposed therebetween. The magnetization of the pinned magnetic layer 14 is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 12.

【0066】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(交換異方性磁界)が発生
し、例えば図1に示すように、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。前記第1の固定
磁性層12の磁化が、図示Y方向に固定されると、非磁
性中間層12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 antiferromagnetic layer 11
The first pinned magnetic layer 12 and the antiferromagnetic layer 11 by being annealed (heat treatment) in a magnetic field.
An exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is generated at the interface between the first pinned magnetic layer 1 and the first pinned magnetic layer 1 as shown in FIG.
The magnetization of 2 is fixed in the Y direction shown. When the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is pinned in the Y direction in the drawing, the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 that faces the non-magnetic intermediate layer 12 is the same as that of the first pinned magnetic layer 12. It is fixed in a state antiparallel to the magnetization.

【0067】本発明では、前記第1の固定磁性層12の
膜厚tP1と、第2の固定磁性層14の膜厚比tP2を適正
化しており、(第1の固定磁性層の膜厚tP1)/(第2
の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内であることが好ましい。こ
の範囲内であれば交換結合磁界を大きくできるが、上記
範囲内においても第1の固定磁性層12と第2の固定磁
性層14との膜厚自体が厚くなると、交換結合磁界は低
下する傾向にあるため、本発明では、第1の固定磁性層
12と第2の固定磁性層14の膜厚を適正化している。
In the present invention, the film thickness ratio t P1 of the first pinned magnetic layer 12 and the film thickness ratio t P2 of the second pinned magnetic layer 14 are optimized so that (the film thickness of the first pinned magnetic layer). Thickness t P1 ) / (Second
The thickness t P2 of the pinned magnetic layer is preferably 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4. The exchange coupling magnetic field can be increased within this range, but even within the above range, the exchange coupling magnetic field tends to decrease as the film thickness of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 itself increases. Therefore, in the present invention, the film thicknesses of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are optimized.

【0068】本発明では、第1の固定磁性層12の膜厚
P1及び第2の固定磁性層14の膜厚tP2が10〜70
オングストロームの範囲内で、且つ第1の固定磁性層1
2の膜厚tP1から第2の固定磁性層14の膜厚tP2を引
いた絶対値が2オングストローム以上であることが好ま
しい。
[0068] In the present invention, the thickness t P2 of the first thickness of the pinned magnetic layer 12 t P1 and the second fixed magnetic layer 14 is 10 to 70
Within the range of angstrom, and the first pinned magnetic layer 1
The absolute value obtained by subtracting the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 from the film thickness t P1 of 2 is preferably 2 angstroms or more.

【0069】上記範囲内で適正に膜厚比、及び膜厚を調
節すれば、少なくとも500(Oe)以上の交換結合磁
界(Hex)を得ることが可能である。ここで交換結合
磁界とは、最大ΔMR(抵抗変化率)の半分のΔMRと
なるときの外部磁界の大きさのことであり、前記交換結
合磁界(Hex)は、反強磁性層11と第1の固定磁性
層12との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁
界)や第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14と
の間で発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)など
のすべての磁界を含めた総合的なものである。
By properly adjusting the film thickness ratio and film thickness within the above range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field (Hex) of at least 500 (Oe) or more. Here, the exchange coupling magnetic field is the magnitude of the external magnetic field when the maximum ΔMR (resistance change rate) is ΔMR, and the exchange coupling magnetic field (Hex) is the same as that of the antiferromagnetic layer 11 and the first magnetic field. Exchange magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the pinned magnetic layer 12 and the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14. ) Is a comprehensive one including all magnetic fields.

【0070】また本発明では、前記(第1の固定磁性層
の膜厚tP1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、
0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲
内であることがより好ましい。また上記範囲内であっ
て、第1の固定磁性層12の膜厚tP1と第2の固定磁性
層14の膜厚tP2は共に10〜50オングストロームの
範囲内であり、しかも第1の固定磁性層12の膜厚tP1
から第2の固定磁性層14の膜厚tP2を引いた絶対値は
2オングストローム以上であることが好ましい。上記範
囲内で、第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14
の膜厚比、及び第1の固定磁性層12の膜厚tP1と第2
の固定磁性層14の膜厚tP2を適正に調節すれば、少な
くとも1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。
Further, in the present invention, the above (film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer) / (film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer) is
More preferably, it is within the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. The A in the above range, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 12 has a thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 are both within the range of 10 to 50 angstroms, yet the first fixed Thickness of magnetic layer 12 t P1
The absolute value obtained by subtracting the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 from is preferably 2 angstroms or more. Within the above range, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14
Of the first pinned magnetic layer 12 and the film thickness ratio t P1 of the first pinned magnetic layer 12
By properly adjusting the film thickness t P2 of the pinned magnetic layer 14, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) or more.

【0071】また上記範囲内の、膜厚比及び膜厚であれ
ば交換結合磁界(Hex)を大きくできると同時に、Δ
MR(抵抗変化率)も従来と同程度に高くすることが可
能である。
If the film thickness ratio and film thickness are within the above range, the exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased, and at the same time, Δ
The MR (rate of change in resistance) can be increased to the same level as the conventional one.

【0072】交換結合磁界が大きいほど、第1の固定磁
性層12の磁化と第2の固定磁性層14の磁化を安定し
て反平行状態に保つことが可能であり、特に本発明では
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
(交換異方性磁界)を発生させるPtMn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。
The larger the exchange coupling magnetic field, the more stable the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 can be kept in antiparallel state. By using a PtMn alloy that has a high blocking temperature and generates a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer 12 as the magnetic layer 11, the first pinned magnetic layer is formed. The magnetization states of 12 and the second pinned magnetic layer 14 can be maintained thermally stable.

【0073】ところで、第1の固定磁性層12と第2の
固定磁性層14とが同じ材質で形成され、しかも前記第
1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14との膜厚が
同じ値であると、交換結合磁界(Hex)及びΔMRは
極端に低下することが実験により確認されている。
By the way, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are formed of the same material, and the film thickness of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 is different. It has been confirmed by experiments that the exchange coupling magnetic field (Hex) and ΔMR are extremely lowered when the values are the same.

【0074】これは、第1の固定磁性層12のMs・t
P1(磁気モーメント)と、第2の固定磁性層14のMs
・tP2(磁気モーメント)とが同じ値である場合、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
磁化とが反平行状態にならず、前記磁化の方向分散量
(様々な方向に向いている磁気モーメント量)が多くな
ることにより、後述するフリー磁性層16の磁化との相
対角度を適正に制御できないからである。
This is Ms · t of the first pinned magnetic layer 12.
P1 (magnetic moment) and Ms of the second pinned magnetic layer 14
When t P2 (magnetic moment) has the same value, the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 do not become antiparallel, and the direction dispersion amount of the magnetization is This is because the relative angle with respect to the magnetization of the free magnetic layer 16, which will be described later, cannot be properly controlled due to the increase in (the amount of magnetic moments oriented in various directions).

【0075】こうした問題を解決するためには、第1に
第1の固定磁性層12と、第2の固定磁性層14のMs
・tを異なる値にすること、すなわち第1の固定磁性層
12と第2の固定磁性層14とが同じ材質で形成される
場合には、前記第1の固定磁性層12と第2の固定磁性
層14を異なる膜厚で形成する必要がある。
In order to solve such a problem, first, Ms of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 is set.
When the values of t are different, that is, when the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are formed of the same material, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer It is necessary to form the magnetic layers 14 with different film thicknesses.

【0076】本発明では、前述したように、第1の固定
磁性層12と、第2の固定磁性層14の膜厚比を適正化
しているが、その膜厚比の中で、前記第1の固定磁性層
12の膜厚tP1と第2の固定磁性層14の膜厚tP2とが
ほぼ同じ値になる場合、具体的には、0.95〜1.0
5の範囲内の膜厚比を適正な範囲から除外している。
In the present invention, as described above, the film thickness ratio of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 is optimized. If the film thickness t P1 of the fixed magnetic layer 12 and the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 is approximately the same value, specifically, 0.95 to 1.0
The film thickness ratio within the range of 5 is excluded from the proper range.

【0077】次に、本発明のように、反強磁性層11に
PtMn合金など、成膜後に磁場中アニール(熱処理)
を施すことにより、第1の固定磁性層12との界面で交
換結合磁界(交換異方性磁界)を発生させる反強磁性材
料を使用した場合には、第1の固定磁性層12と第2の
固定磁性層14のMs・tを異なる値に設定しても、熱
処理中の印加磁場の方向、及びその大きさを適正に制御
しないと、第1の固定磁性層12の磁化及び第2の固定
磁性層14の磁化に方向分散量が多くなったり、あるい
は前記磁化を向けたい方向に適正に制御できない。
Then, as in the present invention, after the PtMn alloy or the like is formed on the antiferromagnetic layer 11, it is annealed (heat treatment) in a magnetic field.
When an antiferromagnetic material that generates an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer 12 by applying Even if Ms · t of the pinned magnetic layer 14 is set to a different value, the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 12 are not controlled unless the direction and the magnitude of the applied magnetic field during the heat treatment are properly controlled. The amount of directional dispersion increases in the magnetization of the pinned magnetic layer 14, or the magnetization cannot be properly controlled in the desired direction.

【0078】[0078]

【表1】 [Table 1]

【0079】表1では、第1の固定磁性層12のMs・
P1が、第2の固定磁性層のMs・tP2よりも大きい場
合に、熱処理中の磁場の大きさ及びその方向を変えるこ
とによって、第1の固定磁性層12及び第2の固定磁性
層14の磁化がどの方向に向くかを表している。
In Table 1, Ms · of the first pinned magnetic layer 12 is
When t P1 is larger than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 12 are changed by changing the magnitude and direction of the magnetic field during the heat treatment. It indicates in which direction the magnetization of 14 is oriented.

【0080】表1の(1)では、熱処理中の磁場の方向
を図示左側に、100〜1k(Oe)与えている。この
場合、第1の固定磁性層12のMs・tP1の方が、第2
の固定磁性層14のMs・tP2よりも大きいために、支
配的な第1の固定磁性層12の磁化が、印加磁場方向に
ならって図示左方向に向き、第2の固定磁性層14の磁
化は、第1の固定磁性層12との交換結合磁界(RKK
Y相互作用)によって、反平行状態になろうとする。
In (1) of Table 1, the direction of the magnetic field during the heat treatment is given to the left side in the figure of 100 to 1 k (Oe). In this case, the Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 12 is the second
Is larger than Ms · t P2 of the pinned magnetic layer 14, the magnetization of the dominant first pinned magnetic layer 12 is directed to the left in the figure following the applied magnetic field direction, and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is The magnetization is an exchange coupling magnetic field (RKK) with the first pinned magnetic layer 12.
Y-interaction) and the anti-parallel state is attempted.

【0081】表1の(2)では、右方向に100〜1k
(Oe)の磁場を印加すると、支配的な第1の固定磁性
層12の磁化が、印加磁場方向にならって右方向に向
き、第2の固定磁性層14の磁化は、第1の固定磁性層
12の磁化に対して反平行になる。
In (2) of Table 1, 100 to 1 k to the right.
When a magnetic field of (Oe) is applied, the dominant magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is directed to the right following the applied magnetic field direction, and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is changed to the first pinned magnetic layer. It is antiparallel to the magnetization of layer 12.

【0082】表1の(3)では、右方向に5k(Oe)
以上の磁場を与えると、まず支配的な第1の固定磁性層
12の磁化は、印加磁場方向にならって右方向に向く。
ところで、第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層1
4との間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)
は、1k(Oe)〜5k(Oe)程度であるので、5k
(Oe)以上の磁場が印加されると、第2の固定磁性層
14もその印加磁場方向、すなわち図示右方向に向く。
同様に、表1の(4)では左方向に5k(Oe)以上の
磁場を印加すると、第1の固定磁性層12及び第2の固
定磁性層14の磁化は共に、図示左方向に向く。
In (3) of Table 1, 5k (Oe) to the right.
When the above magnetic field is applied, the dominant magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is directed rightward following the applied magnetic field direction.
By the way, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 1
Exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between 4 and
Is about 1 k (Oe) to 5 k (Oe), so 5 k
When a magnetic field of (Oe) or more is applied, the second pinned magnetic layer 14 also faces the applied magnetic field direction, that is, the right direction in the drawing.
Similarly, in (4) of Table 1, when a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied to the left, both the magnetizations of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are directed to the left in the drawing.

【0083】[0083]

【表2】 [Table 2]

【0084】表2では、第1の固定磁性層12のMs・
P1が、第2の固定磁性層のMs・tP2も小さい場合
に、熱処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を変える
ことによって、第1の固定磁性層12及び第2の固定磁
性層14の磁化がどの方向に向くかを表している。
In Table 2, Ms of the first pinned magnetic layer 12
When t P1 is smaller than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer, the magnitude and direction of the applied magnetic field during the heat treatment are changed to change the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer. It indicates in which direction the magnetization of 14 is oriented.

【0085】表2の(1)では、図示左方向に100〜
1k(Oe)の磁場を与えると、Ms・tP2の大きい第
2の固定磁性層14の磁化が支配的になり、前記第2の
固定磁性層14の磁化が、印加磁場方向にならって、図
示左方向に向く。第1の固定磁性層12と第2の固定磁
性層14の間の交換結合(RKKY相互作用)によっ
て、前記第1の固定磁性層12の磁化は、前記第2の固
定磁性層14の磁化に対して反平行になる。同様に、表
2の(2)では、図示右方向に100〜1k(Oe)の
磁場を与えると、支配的な第2の固定磁性層14の磁化
が図示右方向に向き、第1の固定磁性層12の磁化は図
示左方向に向く。
In (1) of Table 2, 100 to 100 in the leftward direction in the figure.
When a magnetic field of 1 k (Oe) is applied, the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 having a large Ms · t P2 becomes dominant, and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 follows the applied magnetic field direction, Turn to the left in the figure. Due to exchange coupling (RKKY interaction) between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14, the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 becomes the magnetization of the second pinned magnetic layer 14. It becomes anti-parallel. Similarly, in (2) of Table 2, when a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied to the right in the drawing, the dominant magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is directed to the right in the drawing, and the first pinned The magnetization of the magnetic layer 12 is directed to the left in the drawing.

【0086】表2の(3)では、図示右方向に5k(O
e)以上の磁場を与えると、第1の固定磁性層12及び
第2の固定磁性層14の間の交換結合(RKKY相互作
用)以上の磁場が印加されることにより、前記第1の固
定磁性層12及び第2の固定磁性層14の磁化が共に、
図示右方向に向く。表2の(4)では、図示左方向に5
k(Oe)以上の磁場を印加されると、第1の固定磁性
層12及び第2の固定磁性層14の磁化が共に図示左方
向を向く。
In (3) of Table 2, 5k (O
When a magnetic field of e) or more is applied, a magnetic field of exchange coupling (RKKY interaction) or more between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 is applied, whereby the first pinned magnetic layer The magnetizations of the layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are both
Turn to the right in the figure. In (4) of Table 2, 5 to the left in the figure.
When a magnetic field of k (Oe) or more is applied, the magnetizations of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are both directed to the left in the drawing.

【0087】ここで、例えば第1の固定磁性層12の磁
化を図示右方向に向けようとする場合に、適正な熱処理
中の磁場方向及びその大きさは、表1における(2)
(3)及び表2における(1)(3)である。
Here, for example, when the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is to be directed to the right in the drawing, the magnetic field direction and its magnitude during the appropriate heat treatment are (2) in Table 1.
(3) and (1) and (3) in Table 2.

【0088】表1(2)(3)では共に、Ms・tP1
大きい第1の固定磁性層12の磁化は、熱処理中におけ
る右方向の印加磁場の影響を受けて、右方向に向き、こ
のとき、熱処理によって発生する反強磁性層11との界
面での交換結合磁界(交換異方性磁界)によって、前記
第1の固定磁性層12の磁化が右方向に固定される。表
1(3)では、5k(Oe)以上の磁場を取り除くと、
第2の固定磁性層14は、第1の固定磁性層12との間
に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)によっ
て、前記第2の固定磁性層14の磁化は反転し、左方向
に向く。
In both Tables 1 (2) and (3), the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 having a large Ms · t P1 is influenced by the applied magnetic field in the right direction during the heat treatment, and is oriented in the right direction. At this time, the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is pinned to the right by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy field) at the interface with the antiferromagnetic layer 11 generated by the heat treatment. In Table 1 (3), if a magnetic field of 5 k (Oe) or more is removed,
The second pinned magnetic layer 14 reverses the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the second pinned magnetic layer 14 and the first pinned magnetic layer 12, and faces the left direction. .

【0089】同様に表2(1)(3)では、右方向に向
けられた第1の固定磁性層12の磁化は、反強磁性層1
1との界面での交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て、右方向に固定される。表2(3)では、5k(O
e)以上の磁場を取り除くと、第2の固定磁性層14
は、第1の固定磁性層12との間に発生する交換結合磁
界(RKKY相互作用)によって、前記第2の固定磁性
層14の磁化は反転し、左方向に固定される。
Similarly, in Tables 2 (1) and (3), the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 oriented to the right is the antiferromagnetic layer 1
It is fixed to the right by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with 1. In Table 2 (3), 5k (O
e) When the above magnetic field is removed, the second pinned magnetic layer 14 is removed.
The magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is inverted by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the second pinned magnetic layer 12 and the first pinned magnetic layer 12, and pinned to the left.

【0090】ところで表1及び表2に示すように、熱処
理中に印加される磁場の大きさは、100〜1k(O
e)、あるいは5k(Oe)以上であり、1k(Oe)
〜5k(Oe)の範囲の磁場の大きさを適正な範囲から
外している。これは次のような理由による。
By the way, as shown in Tables 1 and 2, the magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment is 100 to 1 k (O
e), or 5k (Oe) or more and 1k (Oe)
The magnitude of the magnetic field in the range of up to 5 k (Oe) is out of the proper range. This is for the following reasons.

【0091】磁場を与えることによって、Ms・tの大
きい固定磁性層の磁化は、その磁場方向に向こうとす
る。ところが、熱処理中の磁場の大きさが1k(Oe)
〜5k(Oe)の間であると、Ms・tの小さい固定磁
性層の磁化までが、磁場の影響を強く受けて、その磁場
方向に向こうとする。このため、固定磁性層間に発生す
る交換結合磁界(RKKY相互作用)によって反平行に
なろうとする2層の固定磁性層の磁化が、強い磁場の影
響を受けて反平行にはならず、前記固定磁性層の磁化
が、様々な方向に向こうとする、いわゆる磁化分散量が
多くなり、2層の固定磁性層の磁化を適正に反平行状態
に磁化することができなくなる。従って、本発明では1
k(Oe)〜5k(Oe)の磁場の大きさを、適正な範
囲から外している。なお熱処理中の磁場の大きさを10
0(Oe)以上としたのは、この程度の磁場を与えない
と、Ms・tの大きい固定磁性層の磁化を、その印加磁
場方向に向けることができないからである。
By applying a magnetic field, the magnetization of the pinned magnetic layer having a large Ms · t tends to move in the direction of the magnetic field. However, the magnitude of the magnetic field during the heat treatment is 1 k (Oe)
If it is between ˜5 k (Oe), the magnetization of the pinned magnetic layer with a small Ms · t is strongly influenced by the magnetic field and tends to move in the magnetic field direction. For this reason, the magnetizations of the two fixed magnetic layers, which tend to become antiparallel due to the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the fixed magnetic layers, are not antiparallel due to the influence of the strong magnetic field, and the fixed The magnetization of the magnetic layer tends to move in various directions, that is, the so-called magnetization dispersion amount increases, and the magnetizations of the two fixed magnetic layers cannot be properly magnetized in the antiparallel state. Therefore, in the present invention, 1
The magnitude of the magnetic field of k (Oe) to 5k (Oe) is out of the proper range. The magnitude of the magnetic field during the heat treatment is 10
The reason why it is set to 0 (Oe) or more is that the magnetization of the pinned magnetic layer having a large Ms · t cannot be oriented in the applied magnetic field direction unless a magnetic field of this degree is applied.

【0092】なお上述した熱処理中の磁場の大きさ及び
その方向の制御方法は、熱処理を必要とする反強磁性層
11を使用した場合であれば、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、例えば従来から反
強磁性層11として用いられているNiMn合金などを
使用した場合でも適用可能である。
The method of controlling the magnitude and direction of the magnetic field during the heat treatment described above is not limited to the case where the antiferromagnetic layer 11 requiring the heat treatment is used and which antiferromagnetic material is used. Can also be applied, for example, when a NiMn alloy conventionally used as the antiferromagnetic layer 11 is used.

【0093】以上のように本発明では、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1
4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ΔMR(抵抗変化率)を
従来と同程度に確保することが可能である。
As described above, in the present invention, the exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased by keeping the film thickness ratio between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 within an appropriate range. , The first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 1
It is possible to maintain the magnetization of No. 4 in an antiparallel state (ferri state) that is also thermally stable and to secure ΔMR (resistance change rate) to the same level as in the conventional case.

【0094】さらに熱処理中の磁場の大きさ及びその方
向を適正に制御することによって、第1の固定磁性層1
2及び第2の固定磁性層14の磁化方向を、得たい方向
に制御することが可能になる。
Further, by appropriately controlling the magnitude and direction of the magnetic field during the heat treatment, the first pinned magnetic layer 1
It is possible to control the magnetization directions of the second and second pinned magnetic layers 14 to desired directions.

【0095】ところで前述したように磁気モーメント
(磁気的膜厚)は、飽和磁化Msと膜厚tとの積によっ
て求めることができ、例えば、バルク固体のNiFeで
あると、飽和磁化Msは、約1.0T(テスラ)であ
り、バルク固体のCoであると、飽和磁化Msは約1.
7Tであることが知られている。従って、前記NiFe
膜の膜厚が30オングストロームである場合、前記Ni
Fe膜の磁気的膜厚は、30オングストローム・テスラ
となる。外部から磁界を加えたときの強磁性膜の静磁エ
ネルギーは、磁気的膜厚と外部磁界との掛け合わせに比
例するため、磁気的膜厚の大きい強磁性膜と磁気的膜厚
の小さい強磁性膜が非磁性中間層を介してRKKY相互
作用によりフェリ状態になっている場合、磁気的膜厚の
大きい方の強磁性膜が、外部磁界の方向を向きやすくな
るわけである。
As described above, the magnetic moment (magnetic film thickness) can be obtained by the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t. For example, in the case of bulk solid NiFe, the saturation magnetization Ms is about When it is 1.0 T (tesla) and Co is a bulk solid, the saturation magnetization Ms is about 1.
It is known to be 7T. Therefore, the NiFe
If the film thickness is 30 Å, the Ni
The magnetic film thickness of the Fe film is 30 angstrom tesla. Since the magnetostatic energy of a ferromagnetic film when a magnetic field is applied from the outside is proportional to the multiplication of the magnetic film thickness and the external magnetic field, the ferromagnetic film having a large magnetic film thickness and the strong magnetic film having a small magnetic film thickness. When the magnetic film is in the ferri state due to the RKKY interaction through the non-magnetic intermediate layer, the ferromagnetic film having the larger magnetic film thickness tends to direct the direction of the external magnetic field.

【0096】しかしながら、タンタル(Ta)やルテニ
ウム(Ru)、銅(Cu)等の非磁性膜と積層接触した
強磁性膜の場合や、PtMn膜などの反強磁性層と積層
接触した強磁性膜の場合、非磁性膜原子や反強磁性膜原
子と強磁性膜原子(Ni,Fe,Co)が直接触れ合う
ため、非磁性膜や反強磁性膜との界面付近の強磁性膜の
飽和磁化Msが、バルク固体の飽和磁化Msよりも小さ
くなることが知られている。更に、強磁性膜と非磁性
膜、反強磁性層の積層多層膜に熱処理が施されると、前
記熱処理によって界面拡散が進行し、強磁性膜の飽和磁
化Msに膜厚方向の分布が生じることが知られている。
すなわち、非磁性膜や反強磁性層に近い場所の飽和磁化
Msは小さく、非磁性膜や反強磁性膜との界面から離れ
るに従って飽和磁化Msがバルク固体の飽和磁化Msに
近づくという現象である。
However, in the case of a ferromagnetic film laminated contact with a non-magnetic film such as tantalum (Ta), ruthenium (Ru) or copper (Cu), or a ferromagnetic film laminated contact with an antiferromagnetic layer such as a PtMn film. In the case of, the non-magnetic film atom or the anti-ferromagnetic film atom and the ferromagnetic film atom (Ni, Fe, Co) directly contact each other, so that the saturation magnetization Ms of the ferromagnetic film near the interface between the non-magnetic film and the anti-ferromagnetic film is Ms. Is smaller than the saturation magnetization Ms of the bulk solid. Further, when heat treatment is applied to the laminated multilayer film of the ferromagnetic film, the non-magnetic film, and the antiferromagnetic layer, interface diffusion progresses due to the heat treatment, and the saturation magnetization Ms of the ferromagnetic film has a distribution in the film thickness direction. It is known.
That is, it is a phenomenon that the saturation magnetization Ms is small near the nonmagnetic film or the antiferromagnetic layer, and the saturation magnetization Ms approaches the saturation magnetization Ms of the bulk solid as the distance from the interface with the nonmagnetic film or the antiferromagnetic film increases. .

【0097】非磁性膜や反強磁性層に近い場所の強磁性
膜の飽和磁化Msの減少は、非磁性膜の材料、反強磁性
層の材料、強磁性膜の材料や積層順序、熱処理温度等に
依存するため、正確には、それぞれの特定された条件に
おいて求めなければならないことになる。本発明におけ
る磁気的膜厚とは、非磁性膜や反強磁性層との熱拡散に
よって生じた飽和磁化Msの減少量も考慮して算出した
値である。
The decrease in the saturation magnetization Ms of the ferromagnetic film near the nonmagnetic film or the antiferromagnetic layer is caused by the material of the nonmagnetic film, the material of the antiferromagnetic layer, the material of the ferromagnetic film, the stacking order, the heat treatment temperature. To be precise, it must be obtained in each specified condition. The magnetic film thickness in the present invention is a value calculated in consideration of the decrease amount of the saturation magnetization Ms caused by thermal diffusion with the non-magnetic film or the antiferromagnetic layer.

【0098】PtMn膜と強磁性膜との界面で交換結合
磁界を得るためには、熱処理によりPtMn膜と強磁性
膜との界面で拡散層を形成することが必要であるが、拡
散層の形成に伴う強磁性膜の飽和磁化Msの減少は、P
tMn膜と強磁性膜の積層順序に依存することになる。
In order to obtain an exchange coupling magnetic field at the interface between the PtMn film and the ferromagnetic film, it is necessary to form a diffusion layer at the interface between the PtMn film and the ferromagnetic film by heat treatment. The decrease in the saturation magnetization Ms of the ferromagnetic film due to
It depends on the stacking order of the tMn film and the ferromagnetic film.

【0099】特に図1に示すように、反強磁性層11が
フリー磁性層16よりも下側に形成されている場合にあ
っては、前記反強磁性層11と第1の固定磁性層12と
の界面に熱拡散層が発生しやすく、このため前記第1の
固定磁性層12の磁気的な膜厚は、実際の膜厚tP1に比
べて小さくなっている。しかし前記第1の固定磁性層1
2の磁気的な膜厚が小さくなりすぎると、第2の固定磁
性層14との磁気的膜厚(磁気モーメント)差が大きく
なりすぎ、前記第1の固定磁性層12に占める熱拡散層
の割合が増えることにより、交換結合磁界の低下につな
がるといった問題がある。
In particular, as shown in FIG. 1, when the antiferromagnetic layer 11 is formed below the free magnetic layer 16, the antiferromagnetic layer 11 and the first pinned magnetic layer 12 are formed. A thermal diffusion layer is likely to be generated at the interface between the first pinned magnetic layer 12 and the first pinned magnetic layer 12, and the magnetic film thickness of the first pinned magnetic layer 12 is smaller than the actual film thickness t P1 . However, the first pinned magnetic layer 1
If the magnetic film thickness of 2 is too small, the magnetic film thickness (magnetic moment) difference from the second pinned magnetic layer 14 becomes too large, and the thermal diffusion layer occupying the first pinned magnetic layer 12 becomes too large. There is a problem that the increase in the ratio leads to a decrease in the exchange coupling magnetic field.

【0100】すなわち本発明のように、第1の固定磁性
層12との界面で交換結合磁界を発生されるために熱処
理を必要とする反強磁性層11を使用し、第1の固定磁
性層12と第2の固定磁性層14の磁化状態をフェリ状
態にするためには、前記第1の固定磁性層12及び第2
の固定磁性層14の膜厚の適正化のみならず、前記第1
の固定磁性層12及び第2の固定磁性層14の磁気的膜
厚の適正化を行わないと、安定した磁化状態を保つこと
ができない。
That is, as in the present invention, the antiferromagnetic layer 11 that requires heat treatment to generate an exchange coupling magnetic field at the interface with the first pinned magnetic layer 12 is used, and the first pinned magnetic layer is used. 12 and the second pinned magnetic layer 14 are brought into a ferrimagnetic state, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer
In addition to optimizing the film thickness of the pinned magnetic layer 14,
Unless the magnetic film thicknesses of the pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are optimized, a stable magnetization state cannot be maintained.

【0101】前述したように、第1の固定磁性層12と
第2の固定磁性層14の磁気的膜厚にある程度差がない
と、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第1の
固定磁性層12と第2の固定磁性層14の磁気的膜厚の
差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につなが
り好ましくない。そこで本発明では、第1の固定磁性層
12と第2の固定磁性層14の膜厚比と同じように、
(第1の固定磁性層12の磁気的膜厚)/(第2の固定
磁性層14の磁気的膜厚)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内とであることが好ましい。
また本発明では、第1の固定磁性層12の磁気的膜厚及
び第2の固定磁性層14の磁気的膜厚が10〜70(オ
ングストローム・テスラ)の範囲内で、且つ第1の固定
磁性層12の磁気的膜厚から第2の固定磁性層14の磁
気的膜厚を引いた絶対値が2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
As described above, if there is no difference in the magnetic film thickness between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 to some extent, the magnetization state is unlikely to become the ferri state, and the first pinned magnetic layer is fixed. Even if the difference in magnetic film thickness between the magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 becomes too large, the exchange coupling magnetic field is lowered, which is not preferable. Therefore, in the present invention, as in the film thickness ratio of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14,
(Magnetic film thickness of first pinned magnetic layer 12) / (Magnetic film thickness of second pinned magnetic layer 14) is in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4. Preferably there is.
Further, in the present invention, the magnetic thickness of the first pinned magnetic layer 12 and the magnetic thickness of the second pinned magnetic layer 14 are within the range of 10 to 70 (angstrom tesla), and the first pinned magnetic layer is formed. The absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness of the second pinned magnetic layer 14 from the magnetic film thickness of the layer 12 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0102】また(第1の固定磁性層12の磁気的膜
厚)/(第2の固定磁性層14の磁気的膜厚)が、0.
53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内で
あることがより好ましい。また上記範囲内であって、第
1の固定磁性層12の磁気的膜厚と第2の固定磁性層1
4の磁気的膜厚は共に10〜50(オングストローム・
テスラ)の範囲内であり、しかも第1の固定磁性層12
の磁気的膜厚から第2の固定磁性層14の磁気的膜厚を
引いた絶対値は2(オングストローム・テスラ)以上で
あることが好ましい。
Further, (magnetic film thickness of first pinned magnetic layer 12) / (magnetic film thickness of second pinned magnetic layer 14) is 0.
It is more preferably within the range of 53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. Within the above range, the magnetic thickness of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 1
4 has a magnetic film thickness of 10 to 50 (angstrom
Tesla) and the first pinned magnetic layer 12
The absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness of the second pinned magnetic layer 14 from the magnetic film thickness of is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0103】次に、図1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1
3に関して説明する。
Next, the non-magnetic intermediate layer 1 interposed between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 shown in FIG.
3 will be described.

【0104】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。
In the present invention, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 12
Non-magnetic intermediate layer 13 interposed between the fixed magnetic layer 14 and
Is preferably formed of an alloy of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re and Cu.

【0105】本発明では、反強磁性層11が後述するフ
リー磁性層16よりも下側に形成されているか、あるい
は上側に形成されているかで、適正な前記非磁性中間層
13の膜厚値を変えている。
In the present invention, depending on whether the antiferromagnetic layer 11 is formed below or above the free magnetic layer 16 which will be described later, an appropriate film thickness value of the nonmagnetic intermediate layer 13 is obtained. Is changing.

【0106】図1に示すようにフリー磁性層16よりも
下側に反強磁性層11が形成されている場合の前記非磁
性中間層13の膜厚は、3.6〜9.6オングストロー
ムの範囲内で形成されることが好ましい。この範囲内で
あれば、500(Oe)以上の交換結合磁界(Hex)
を得ることが可能である。
As shown in FIG. 1, when the antiferromagnetic layer 11 is formed below the free magnetic layer 16, the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 13 is 3.6 to 9.6 angstroms. It is preferably formed within the range. Within this range, exchange coupling magnetic field (Hex) of 500 (Oe) or more
It is possible to obtain

【0107】また前記非磁性中間層13の膜厚は、4〜
9.4オングストロームの範囲内で形成されると、10
00(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができるの
でより好ましい。
The thickness of the non-magnetic intermediate layer 13 is 4 to 4.
Formed within the range of 9.4 angstroms, 10
It is more preferable because an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more can be obtained.

【0108】非磁性中間層13の膜厚が上述した寸法以
外の寸法で形成されると、交換結合磁界が極端に低下す
ることが実験により確認されている。すなわち、上記寸
法以外の寸法により前記非磁性中間層13が形成される
と、前記第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14
との磁化が反平行状態(フェリ状態)になりにくくな
り、前記磁化状態が不安定化するといった問題がある。
It has been confirmed by experiments that the exchange coupling magnetic field is extremely lowered when the thickness of the non-magnetic intermediate layer 13 is formed to a dimension other than the above-mentioned dimension. That is, when the non-magnetic intermediate layer 13 is formed with dimensions other than the above dimensions, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are formed.
There is a problem that the magnetizations of and become less likely to be in an antiparallel state (ferri state), and the magnetization state becomes unstable.

【0109】図1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の上にフリー磁性
層16が形成されている。図1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1
5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で形成された前記非
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、ΔMR(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 FIG. 1, the second pinned magnetic layer 14
A nonmagnetic conductive layer 15 made of Cu or the like is formed on the above, and a free magnetic layer 16 is further formed on the nonmagnetic conductive layer 15. As shown in FIG. 1, the free magnetic layer 16 is formed of two layers, and the nonmagnetic conductive layer 1 is
The layer of reference numeral 17 formed on the side in contact with 5 is formed of a Co film. The other layer 18 is made of a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. In addition, Co on the side in contact with the non-magnetic conductive layer 15
The reason for forming the film layer 17 is that diffusion of a metal element or the like at the interface with the non-magnetic conductive layer 15 formed of Cu can be prevented, and ΔMR (resistance change rate) can be increased. Reference numeral 19 is a protective layer formed of Ta or the like.

【0110】また図2に示すように、下地層10から保
護層19までの積層体の両側には、例えばCo―Pt合
金やCo―Cr―Pt合金などで形成されたハードバイ
アス層130及びCuやCrで形成された導電層131
が形成されており、前記ハードバイアス層のバイアス磁
界の影響を受けて、前記フリー磁性層16の磁化は、図
示X方向に磁化された状態となっている。
As shown in FIG. 2, the hard bias layer 130 and Cu formed of, for example, a Co—Pt alloy or a Co—Cr—Pt alloy are provided on both sides of the laminated body from the underlayer 10 to the protective layer 19. Conductive layer 131 made of Cr or Cr
Are formed, and the magnetization of the free magnetic layer 16 is magnetized in the X direction in the figure under the influence of the bias magnetic field of the hard bias layer.

【0111】図1におけるスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記導電層からフリー磁性層16、非磁性導電層1
5、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16の磁化は図示X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 type thin film element shown in FIG. 1, the free magnetic layer 16 and the non-magnetic conductive layer 1 are formed from the conductive layer.
5, and a sense current is applied to the second pinned magnetic layer 14. When a magnetic field is applied from the recording medium to the Y direction shown in FIG. 1, the magnetization of the free magnetic layer 16 changes from the X direction to the Y direction, and the interface between the nonmagnetic conductive layer 15 and the free magnetic layer 16 at this time. , And spin-dependent scattering of conduction electrons occurs at the interface between the non-magnetic conductive layer 15 and the second pinned magnetic layer 14, the electric resistance changes, and a leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0112】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の界面などにも
流れる。前記第1の固定磁性層12はΔMRに直接関与
せず、前記第1の固定磁性層12は、ΔMR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、本発明
では、従来とほぼ同程度のΔMRを得ることが可能とな
っている。
By the way, the sense current actually flows in the interface between the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13 and the like. The first pinned magnetic layer 12 does not directly participate in ΔMR, and the first pinned magnetic layer 12 fixes the second pinned magnetic layer 14 involved in ΔMR in an appropriate direction.
It is, so to speak, a layer that played an auxiliary role. Therefore, the sense current flowing to the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13 causes a shunt loss (current loss), but the amount of this shunt loss is very small. It is possible to obtain ΔMR that is almost the same as

【0113】ところで本発明では、固定磁性層を非磁性
中間層13を介して第1の固定磁性層12と第2の固定
磁性層14の2層に分断することにより、反強磁性層1
1の膜厚を薄くしても、大きな交換結合磁界(He
x)、具体的には500(Oe)以上の交換結合磁界を
得られることが実験によりわかった。
By the way, in the present invention, the pinned magnetic layer is divided into the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 via the non-magnetic intermediate layer 13, whereby the antiferromagnetic layer 1 is formed.
Even if the film thickness of 1 is reduced, a large exchange coupling magnetic field (He
It has been experimentally found that x), specifically, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained.

【0114】従来、シングルスピンバルブ型薄膜素子の
反強磁性層11としてPtMn合金を使用した場合に、
少なくとも200オングストローム以上の膜厚を確保し
なければ、500(Oe)以上の交換結合磁界を得るこ
とができなかったが、本発明では、前記反強磁性層11
を少なくとも90オングストローム以上で形成すれば、
500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また前記膜厚を100オングストローム以上にす
れば、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。なお前記反強磁性層11の膜厚の数値範
囲は、シングルスピンバルブ型薄膜素子の場合であり、
反強磁性層が、フリー磁性層の上下に形成される、いわ
ゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合には、若干
適正な膜厚範囲が異なる。デュアルスピンバルブ型薄膜
素子の場合については後述する。
Conventionally, when a PtMn alloy is used as the antiferromagnetic layer 11 of a single spin valve type thin film element,
An exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more could not be obtained unless a film thickness of at least 200 angstroms was secured, but in the present invention, the antiferromagnetic layer 11 is used.
Is formed at least 90 angstroms or more,
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. If the film thickness is 100 angstroms or more, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more. The numerical range of the film thickness of the antiferromagnetic layer 11 is for a single spin valve thin film element,
In the case of a so-called dual spin-valve type thin film element in which the antiferromagnetic layer is formed above and below the free magnetic layer, the appropriate film thickness range is slightly different. The case of the dual spin valve thin film element will be described later.

【0115】このように本発明によれば、スピンバルブ
型薄膜素子の中で最も大きな膜厚を有していた反強磁性
層11を従来に比べて半分以下の膜厚で形成できること
で、スピンバルブ型薄膜素子全体の膜厚を薄くすること
が可能である。
As described above, according to the present invention, the antiferromagnetic layer 11 having the largest film thickness in the spin-valve type thin film element can be formed to have a film thickness of half or less as compared with the conventional one. It is possible to reduce the film thickness of the entire valve type thin film element.

【0116】図13はスピンバルブ型薄膜素子が形成さ
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。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the structure of a read head having a spin valve thin film element formed, as viewed from the side facing the recording medium.

【0117】符号120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
120の上に下部ギャップ層121が形成されている。
また前記下部ギャップ層121の上は、本発明における
スピンバルブ型薄膜素子122が形成されており、前記
スピンバルブ型薄膜素子122の両側にハードバイアス
層123、及び導電層124が形成されている。さらに
前記導電層124の上には、上部ギャップ層125が形
成され、前記上部ギャップ層125の上には、NiFe
合金などで形成された上部シールド層126が形成され
ている。
Reference numeral 120 is a lower shield layer made of, for example, a NiFe alloy, and a lower gap layer 121 is formed on the lower shield layer 120.
A spin valve thin film element 122 of the present invention is formed on the lower gap layer 121, and a hard bias layer 123 and a conductive layer 124 are formed on both sides of the spin valve thin film element 122. Further, an upper gap layer 125 is formed on the conductive layer 124, and NiFe is formed on the upper gap layer 125.
An upper shield layer 126 made of an alloy or the like is formed.

【0118】前記下部ギャップ層123及び上部ギャッ
プ層125は、例えばSiO2やAl23(アルミナ)
などの絶縁材料によって形成されている。図13に示す
ように、下部ギャップ層121から上部ギャップ層12
5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。
The lower gap layer 123 and the upper gap layer 125 are made of, for example, SiO 2 or Al 2 O 3 (alumina).
It is formed of an insulating material such as. As shown in FIG. 13, from the lower gap layer 121 to the upper gap layer 12
The length up to 5 is the gap length Gl, and the smaller the gap length Gl, the higher the recording density can be supported.

【0119】本発明では前述したように、反強磁性層1
1の膜厚を薄くできることで、スピンバルブ型薄膜素子
122全体の厚さを薄くできるため、前記ギャップ長G
lを短くすることが可能である。また下部ギャップ層1
21及び上部ギャップ層125の膜厚を比較的厚くして
も、ギャップ長Glを従来に比べて小さくすることがで
き、また下部ギャップ層121及び上部ギャップ層12
5を厚く形成することで、絶縁性を充分に確保すること
ができる。
In the present invention, as described above, the antiferromagnetic layer 1
Since the thickness of the spin valve thin film element 122 as a whole can be made thinner by making the film thickness of 1 smaller, the gap length G
It is possible to shorten l. Also, the lower gap layer 1
21 and the upper gap layer 125 can be made relatively thick, the gap length Gl can be made smaller than in the conventional case, and the lower gap layer 121 and the upper gap layer 12 can be formed.
By forming 5 thick, it is possible to ensure sufficient insulation.

【0120】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子は、ま
ず下から下地層10、反強磁性層11、第1の固定磁性
層12、非磁性中間層13、第2の固定磁性層14、非
磁性導電層15、フリー磁性層16、及び保護層19を
成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール(熱処
理)を施す。
In the spin-valve thin film element shown in FIG. 1, first, from the bottom, an underlayer 10, an antiferromagnetic layer 11, a first pinned magnetic layer 12, a nonmagnetic intermediate layer 13, a second pinned magnetic layer 14, and a non-magnetic layer. The magnetic conductive layer 15, the free magnetic layer 16, and the protective layer 19 are formed, and annealing (heat treatment) in a magnetic field is performed in the step after the film formation.

【0121】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
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に比べ薄く形成されており、第1の固定
磁性層12の磁気モーメント(Ms・tP1)の方が、第
2の固定磁性層14の磁気モーメント(Ms・tP2)に
比べて小さく設定されている。
In the spin valve thin film element shown in FIG.
The film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 12 is smaller than the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14, and the magnetic moment (Ms · t P1 ) of the first pinned magnetic layer 12 is set. Is smaller than the magnetic moment (Ms · t P2 ) of the second pinned magnetic layer 14.

【0122】この場合、前記第1の固定磁性層14の磁
化を向けたい方向と逆の方向に、100〜1000(O
e)の磁場を印加するか、あるいは磁化を向けたい方向
に5k(Oe)以上の磁場を印加する。
In this case, in the direction opposite to the direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layer 14 is desired, 100 to 1000 (O
The magnetic field of e) is applied, or a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the direction in which the magnetization is desired to be directed.

【0123】図1に示すように、第1の固定磁性層12
の磁化を図示Y方向に固定したい場合には、前述した表
2を参照することにより、図示Y方向と逆の方向に10
0〜1k(Oe)(表2(1)参照)の磁場を印加する
か、あるいはY方向(表2(3)参照)に5k(Oe)
以上の磁場を印加すればよいことがわかる。
As shown in FIG. 1, the first pinned magnetic layer 12 is formed.
When it is desired to fix the magnetization of Y in the Y direction shown in the drawing, by referring to the above-mentioned Table 2, it is possible to set 10
Apply a magnetic field of 0 to 1k (Oe) (see Table 2 (1)) or 5k (Oe) in the Y direction (see Table 2 (3))
It can be seen that the above magnetic field may be applied.

【0124】Y方向と逆の方向に100〜1k(Oe)
の磁場を与えることで、磁気モーメント(Ms・tP2
が大きい第2の固定磁性層14の磁化がY方向と逆の方
向に磁化され、前記第2の固定磁性層との交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって反平行に磁化されようと
する第1の固定磁性層12の磁化が図示Y方向に向き、
前記反強磁性層11との界面に発生する交換結合磁界
(交換異方性磁界)によって、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。第1の固定磁性層
12の磁化が図示Y方向に固定されることにより、第2
の固定磁性層14の磁化が、第1の固定磁性層12の磁
化と反平行に固定される。
100 to 1 k (Oe) in the direction opposite to the Y direction
The magnetic moment (Ms · t P2 )
The magnetization of the second pinned magnetic layer 14 having a large magnetic field is magnetized in the direction opposite to the Y direction, and is magnetized antiparallel by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the second pinned magnetic layer. The magnetization of the pinned magnetic layer 12 of FIG.
Due to the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 11, the first pinned magnetic layer 1 is formed.
The magnetization of 2 is fixed in the Y direction shown. Since the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is pinned in the Y direction in the drawing,
The magnetization of the pinned magnetic layer 14 is pinned antiparallel to the magnetization of the first pinned magnetic layer 12.

【0125】あるいは図示Y方向に5k(Oe)以上の
磁場を与えると、第1の固定磁性層12及び第2の固定
磁性層14の磁化が共に図示Y方向に磁化され、第1の
固定磁性層12の磁化が、反強磁性層11との界面に発
生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によって図示Y
方向に固定される。5k(Oe)以上の印加磁場を取り
去ると、第2の固定磁性層14の磁化は、第1の固定磁
性層12との交換結合磁界(RKKY相互作用)によっ
て反転し、図示Y方向と反対方向に固定される。
Alternatively, when a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the Y direction shown in the figure, the magnetizations of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are both magnetized in the Y direction shown in the figure, and the first pinned magnetic layer is magnetized. The magnetization of the layer 12 is indicated by Y in the figure due to the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 11.
Fixed in the direction. When the applied magnetic field of 5 k (Oe) or more is removed, the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is reversed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 12, and the direction opposite to the Y direction in the drawing is shown. Fixed to.

【0126】あるいは、第1の固定磁性層12の磁気モ
ーメントが、第2の固定磁性層14の磁気モーメントよ
りも大きい場合には、前記第1の固定磁性層12の磁化
を向けたい方向に、100〜1000(Oe)または5
k(Oe)以上の磁場を印加する。
Alternatively, when the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 is larger than that of the second pinned magnetic layer 14, the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is directed in the desired direction. 100-1000 (Oe) or 5
A magnetic field of k (Oe) or more is applied.

【0127】なお、図1に示すスピンバルブ型薄膜素子
は、再生用ヘッド(薄膜磁気ヘッド)を構成する最も重
要な箇所であり、まず、磁性材料製の下部シールド層上
にギャップ層を形成した後、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
上にギャップ層を介して上部シールド層を形成すると、
再生用ヘッド(MRヘッド)が完成する。なお前記再生
用ヘッド上に、磁性材料製のコアとコイルとを有する記
録用のインダクティブヘッドを積層してもよい。この場
合、前記上部シールド層を、インダクティブヘッドの下
部コア層として兼用することが好ましい。なお、図3以
降のスピンバルブ型薄膜素子は、図1に示すスピンバル
ブ型薄膜素子と同様に、その上下にシールド層が形成さ
れている。
The spin-valve type thin film element shown in FIG. 1 is the most important part of the reproducing head (thin film magnetic head). First, the gap layer is formed on the lower shield layer made of a magnetic material. After that, the spin-valve type thin film element is formed. After that, when an upper shield layer is formed on the spin-valve type thin film element via a gap layer,
A reproducing head (MR head) is completed. A recording inductive head having a magnetic material core and a coil may be laminated on the reproducing head. In this case, it is preferable that the upper shield layer also serves as the lower core layer of the inductive head. The spin-valve type thin film element after FIG. 3 has shield layers formed above and below the spin-valve type thin-film element shown in FIG.

【0128】図3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模式図的に示した横断面図、
図4は、図3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。
FIG. 3 is a transverse sectional view schematically showing the structure of the spin-valve type thin film element according to the second embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a cross-sectional view of the spin-valve type thin film element shown in FIG. 3 viewed from the side facing the recording medium.

【0129】このスピンバルブ型薄膜素子は、図1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シン
グルスピンバルブ型薄膜素子である。
This spin valve thin film element is a single spin valve thin film element formed by reversing the film structure of the spin valve thin film element of FIG.

【0130】すなわち、図3に示すスピンバルブ型薄膜
素子では、下から下地層10、NiFe膜22、Co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2
5、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。
That is, in the spin-valve type thin film element shown in FIG. 3, the underlayer 10, the NiFe film 22, the Co film 23 (the free magnetic layer 21 including the NiFe film 22 and the Co film 23 together), the nonmagnetic conductive layer are arranged from the bottom. 24, second pinned magnetic layer 2
5, the nonmagnetic intermediate layer 26, the first pinned magnetic layer 27, the antiferromagnetic layer 28, and the protective layer 29 are stacked in this order.

【0131】なお前記反強磁性層28は、PtMn合金
で形成されていることが好ましく、あるいはPtMn合
金に代えて、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,R
h,Ruのいずれか1種または2種以上の元素である)
合金、あるいは、Pt―Mn―X′(ただしX′は、P
d,Ir,Rh,Ru,Au,Agのいずれか1種また
は2種以上の元素である)合金で形成されていてもよ
い。
The antiferromagnetic layer 28 is preferably made of a PtMn alloy, or instead of the PtMn alloy, X-Mn (where X is Pd, Ir, R).
h or Ru, which is one or more elements)
Alloy or Pt-Mn-X '(where X'is P
d, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, which is one kind or two or more kinds of elements).

【0132】このスピンバルブ型薄膜素子においても、
前記第1の固定磁性層27の膜厚t P1と、第2の固定磁
性層25の膜厚比tP2は、(第1の固定磁性層の膜厚t
P1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.33〜
0.95、あるいは1.05〜4の範囲内であることが
好ましく、より好ましくは、0.53〜0.95、ある
いは1.05〜1.8の範囲内である。しかも、第1の
固定磁性層27の膜厚tP1及び第2の固定磁性層25の
膜厚tP2が10〜70オングストロームの範囲内で、且
つ第1の固定磁性層27の膜厚tP1から第2の固定磁性
層25の膜厚t P2を引いた絶対値が2オングストローム
以上であることが好ましい。さらに好ましくは、第1の
固定磁性層27の膜厚tP1及び第2の固定磁性層25の
膜厚tP2が10〜50オングストロームの範囲内で、且
つ第1の固定磁性層27の膜厚t P1から第2の固定磁性
層25の膜厚tP2を引いた絶対値が2オングストローム
以上である。
Also in this spin valve type thin film element,
The film thickness t of the first pinned magnetic layer 27 P1And the second fixed magnet
Ratio t of the conductive layer 25P2Is (the film thickness t of the first pinned magnetic layer).
P1) / (Thickness t of the second pinned magnetic layer)P2) Is 0.33 ~
Within the range of 0.95, or 1.05-4
Preferably, more preferably 0.53 to 0.95
Or within the range of 1.05 to 1.8. Moreover, the first
The film thickness t of the pinned magnetic layer 27P1And the second pinned magnetic layer 25
Film thickness tP2Within the range of 10 to 70 Å, and
The thickness t of the first pinned magnetic layer 27P1To the second fixed magnetism
Film thickness t of layer 25 P2The absolute value of minus is 2 angstrom
The above is preferable. More preferably, the first
The film thickness t of the pinned magnetic layer 27P1And the second pinned magnetic layer 25
Film thickness tP2Within the range of 10 to 50 Å, and
The thickness t of the first pinned magnetic layer 27 P1To the second fixed magnetism
Film thickness t of layer 25P2The absolute value of minus is 2 angstrom
That is all.

【0133】前述したように、第1の固定磁性層27と
第2の固定磁性層25の磁気的膜厚にある程度差がない
と、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第1の
固定磁性層27と第2の固定磁性層25の磁気的膜厚の
差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につなが
り好ましくない。そこで本発明では、第1の固定磁性層
27と第2の固定磁性層25の膜厚比と同じように、
(第1の固定磁性層27の磁気的膜厚Ms・tP1)/
(第2の固定磁性層25の磁気的膜厚Ms・tP2)は、
0.33〜0.95、あるいは1.05〜4の範囲内と
であることが好ましい。また本発明では、第1の固定磁
性層27の磁気的膜厚Ms・tP1及び第2の固定磁性層
25の磁気的膜厚Ms・tP2が10〜70(オングスト
ローム・テスラ)の範囲内で、且つ第1の固定磁性層2
7の磁気的膜厚Ms・tP1から第2の固定磁性層25の
磁気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値が2(オングスト
ローム・テスラ)以上であることが好ましい。
As described above, unless there is a certain difference in the magnetic film thickness between the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25, the magnetization state is unlikely to be the ferri state, and the first pinned magnetic layer is not formed. If the difference in the magnetic film thickness between the magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 becomes too large, the exchange coupling magnetic field will decrease, which is not preferable. Therefore, in the present invention, in the same manner as the film thickness ratio of the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25,
(Magnetic film thickness Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 27) /
(The magnetic film thickness Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 25) is
It is preferably within the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4. In the present invention also the magnetic film thickness Ms · t P2 of the magnetic film thickness Ms · t P1 and the second fixed magnetic layer 25 of the first fixed magnetic layer 27 in the range of 10 to 70 (Å Tesla) And the first pinned magnetic layer 2
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 25 from the magnetic film thickness Ms · t P1 of 7 is 2 (angstrom tesla) or more.

【0134】また(第1の固定磁性層27の磁気的膜厚
Ms・tP1)/(第2の固定磁性層25の磁気的膜厚M
s・tP2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05
〜1.8の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第1の固定磁性層27の磁気的膜厚M
s・tP1と第2の固定磁性層25の磁気的膜厚Ms・t
P2は共に10〜50(オングストローム・テスラ)の範
囲内であり、しかも第1の固定磁性層27の磁気的膜厚
Ms・tP1から第2の固定磁性層25の磁気的膜厚Ms
・tP2を引いた絶対値は2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
Further, (magnetic film thickness Ms · t P1 of first pinned magnetic layer 27) / (magnetic film thickness M of second pinned magnetic layer 25)
s · t P2 ) is 0.53 to 0.95, or 1.05
More preferably, it is within the range of -1.8. Within the above range, the magnetic film thickness M of the first pinned magnetic layer 27 is
s · t P1 and the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 25.
Both P2 are in the range of 10 to 50 (angstrom tesla), and moreover, the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 27 to the magnetic film thickness Ms of the second pinned magnetic layer 25.
The absolute value obtained by subtracting t P2 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0135】次に図3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 non-magnetic intermediate layer 26 interposed between the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 shown in FIG.
Is preferably formed of an alloy of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re and Cu.

【0136】本発明では図3に示すように、フリー磁性
層21よりも上側に反強磁性層28が形成されている場
合、前記非磁性中間層26の膜厚は、2.5〜6.4オ
ングストローム、あるいは6.6〜10.7オングスト
ロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であ
ると、少なくとも500(Oe)以上の交換結合磁界
(Hex)を得ることができる。
In the present invention, as shown in FIG. 3, when the antiferromagnetic layer 28 is formed above the free magnetic layer 21, the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 26 is 2.5 to 6. It is preferably in the range of 4 angstroms or 6.6 to 10.7 angstroms. Within this range, an exchange coupling magnetic field (Hex) of at least 500 (Oe) can be obtained.

【0137】また本発明では、前記非磁性中間層26の
膜厚は、2.8〜6.2オングストローム、あるいは
6.8〜10.3オングストロームの範囲内であること
がより好ましい。この範囲内であると、少なくとも10
00(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能であ
る。
In the present invention, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 26 is more preferably within the range of 2.8 to 6.2 angstroms or 6.8 to 10.3 angstroms. Within this range, at least 10
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more.

【0138】また、前記反強磁性層28を少なくとも9
0オングストローム以上で形成すれば、500(Oe)
以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また前記
膜厚を100オングストローム以上にすれば、1000
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
At least 9% of the antiferromagnetic layer 28 is formed.
500 (Oe) if formed above 0 angstrom
It is possible to obtain the above exchange coupling magnetic field. If the film thickness is 100 angstroms or more, 1000
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more.

【0139】図3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。図3に示す第
1の固定磁性層27と第2の固定磁性層25の磁化方向
の制御方法について以下に説明する。
In the spin valve thin film element shown in FIG.
The film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 27 is formed to be different from the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 25.
The film thickness t P1 of the pinned magnetic layer 27 is thicker than the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 25. Further, the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is magnetized in the Y direction in the drawing,
The magnetization of the second pinned magnetic layer 25 is magnetized in the direction opposite to the Y direction in the figure, and the magnetizations of the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 are in a ferri state. A method of controlling the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 shown in FIG. 3 will be described below.

【0140】まず図3に示す各層をスパッタ法などによ
って成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール
(熱処理)を施す。
First, each layer shown in FIG. 3 is formed by a sputtering method or the like, and annealing (heat treatment) is performed in a magnetic field in a step after the film formation.

【0141】第1の固定磁性層27のMs・tP1(磁気
モーメント)が、第2の固定磁性層25のMs・t
P2(磁気モーメント)よりも大きい場合には、前記第1
の固定磁性層27の磁化を向けたい方向に100〜10
00(Oe)または5k(Oe)の磁場を印加すればよ
い。
The Ms · t P1 (magnetic moment) of the first pinned magnetic layer 27 is the Ms · t of the second pinned magnetic layer 25.
If it is larger than P2 (magnetic moment),
100 to 10 in the direction in which the magnetization of the pinned magnetic layer 27 of
A magnetic field of 00 (Oe) or 5k (Oe) may be applied.

【0142】図3に示すように、Ms・tP1の大きい第
1の固定磁性層27を図示Y方向に向けようとすると、
前述した表1を参照することにより、図示Y方向に10
0〜1k(Oe)(表1(2)参照)、あるいは図示Y
方向に5k(Oe)以上(表1(3)参照)の磁場を熱
処理中に印加する。
As shown in FIG. 3, when the first pinned magnetic layer 27 having a large Ms · t P1 is oriented in the Y direction in the drawing,
By referring to the above-mentioned Table 1, 10 in the Y direction in the figure.
0-1k (Oe) (see Table 1 (2)) or Y shown
A magnetic field of 5 k (Oe) or more (see Table 1 (3)) is applied in the direction during heat treatment.

【0143】図示Y方向に100〜1k(Oe)の磁場
を与えることにより、Ms・tP1の大きい第1の固定磁
性層27の磁化は、図示Y方向に向き、第2の固定磁性
層25の磁化は反平行状態になろうとする。そして、前
記第1の固定磁性層27と反強磁性層28との界面に発
生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によって、前記
第1の固定磁性層27の磁化は図示Y方向に固定され、
これにより、第2の固定磁性層25の磁化が図示Y方向
と反対の方向に固定されるのである。
By applying a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) in the Y direction shown, the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 having a large Ms · t P1 is oriented in the Y direction shown and the second pinned magnetic layer 25 Magnetization tends to become antiparallel. Then, the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is pinned in the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface between the first pinned magnetic layer 27 and the antiferromagnetic layer 28. Is
As a result, the magnetization of the second pinned magnetic layer 25 is pinned in the direction opposite to the Y direction in the figure.

【0144】あるいは図示Y方向に5k(Oe)以上の
磁場を与えると、第1の固定磁性層27と第2の固定磁
性層25間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作
用)よりも大きな磁場が印加されることにより、第1の
固定磁性層27及び第2の固定磁性層25の磁化が共に
図示Y方向に磁化され、前記第1の固定磁性層27の磁
化は、反強磁性層28との界面に発生する交換結合磁界
(交換異方性磁界)によって図示Y方向に固定される。
一方、第2の固定磁性層25の磁化は、印加磁場を取り
去ることにより、第1の固定磁性層27との交換結合磁
界(RKKY相互作用)によって反転し、前記第1の固
定磁性層27の磁化と反平行状態になって固定される。
Alternatively, when a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the Y direction in the figure, a magnetic field larger than the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25. Is applied, both the magnetizations of the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 are magnetized in the Y direction in the drawing, and the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is antiferromagnetic layer 28. It is fixed in the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with.
On the other hand, the magnetization of the second pinned magnetic layer 25 is reversed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 27 by removing the applied magnetic field, and the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is reversed. It is fixed in an antiparallel state with the magnetization.

【0145】あるいは第1の固定磁性層27の磁気モー
メントが第2の固定磁性層25の磁気モーメントよりも
小さい場合には、第1の固定磁性層27の磁化を向けた
い方向と逆の方向に100〜1000(Oe)の磁場を
印加し、または磁化を向けたい方向に5k(Oe)以上
の磁場を印加する。
Alternatively, when the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 27 is smaller than the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 25, the direction of magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is opposite to the desired direction. A magnetic field of 100 to 1000 (Oe) is applied, or a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the direction in which the magnetization is desired to be directed.

【0146】なお図4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1
30と導電層131が形成されており、前記ハードバイ
アス層130が図示X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X方向に揃えられて
いる。
As shown in FIG. 4, the hard bias layer 1 is formed on both sides of the laminated body from the underlayer 10 to the protective layer 29.
30 and the conductive layer 131 are formed, and the hard bias layer 130 is magnetized in the X direction in the figure, so that the magnetization of the free magnetic layer 21 is aligned in the X direction in the figure.

【0147】図5は、本発明の第3の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図6は図5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。
FIG. 5 is a cross sectional view schematically showing the structure of the spin-valve type thin film element according to the third embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a cross-sectional view of the spin-valve type thin film element shown in FIG. 5 viewed from the side facing the recording medium.

【0148】こ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/固定磁性層のこの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ΔM
R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。
This spin-valve thin-film element is a so-called dual spin-valve thin-film element in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed one layer above and below a free magnetic layer as a center. is there. In this dual spin valve thin film element, since there are two combinations of these three layers of the free magnetic layer / nonmagnetic conductive layer / fixed magnetic layer, there is a large ΔM compared to the single spin valve thin film element.
R can be expected, and high density recording can be achieved.

【0149】図5に示すスピンバルブ型薄膜素子は、下
から下地層30、反強磁性層31、第1の固定磁性層
(下)32、非磁性中間層(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)4
1、非磁性中間層(上)42、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6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 type thin film element shown in FIG. 5 includes a base layer 30, an antiferromagnetic layer 31, a first pinned magnetic layer (bottom) 32, a non-magnetic intermediate layer (bottom) 33, and a second pinned layer from the bottom. Magnetic layer (bottom) 34, non-magnetic conductive layer 35, free magnetic layer 36
(Reference numerals 37 and 39 are Co films, reference numeral 38 is a NiFe alloy film), non-magnetic conductive layer 40, second fixed magnetic layer (upper) 4
1, non-magnetic intermediate layer (top) 42, first pinned magnetic layer (top)
43, the antiferromagnetic layer 44, and the protective layer 45 are stacked in this order. As shown in FIG. 6, the hard bias layer 130 is formed on both sides of the laminated body from the base layer 30 to the protective layer 45.
And a conductive layer 131 is formed.

【0150】図5に示すスピンバルブ型薄膜素子の反強
磁性層31,44は、PtMn合金で形成されているこ
とが好ましく、あるいはPtMn合金に代えて、X―M
n(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1
種または2種以上の元素である)合金、あるいは、Pt
―Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,R
u,Au,Agのいずれか1種または2種以上の元素で
ある)合金で形成されていてもよい。
The antiferromagnetic layers 31, 44 of the spin-valve type thin film element shown in FIG. 5 are preferably formed of PtMn alloy, or instead of PtMn alloy, X--M
n (where X is any one of Pd, Ir, Rh, Ru)
Alloy of two or more elements) or Pt
-Mn-X '(where X'is Pd, Ir, Rh, R
u, Au, Ag, which is one kind or two or more kinds of elements) alloy.

【0151】このスピンバルブ型薄膜素子においても、
前記第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1と、第2の
固定磁性層(下)34の膜厚tP2との膜厚比、及び第1
の固定磁性層(上)43の膜厚tP1と第2の固定磁性層
41(上)の膜厚tP2との膜厚比(第1の固定磁性層の
膜厚tP1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.
33〜0.95、あるいは1.05〜4の範囲内である
ことが好ましい。さらには、膜厚比が上記範囲内であ
り、第1の固定磁性層(下)32,(上)43の膜厚t
P1及び第2の固定磁性層(下)34,(上)41の膜厚
P2が10〜70オングストロームの範囲内で、且つ第
1の固定磁性層32,43の膜厚tP1から第2の固定磁
性層34,41の膜厚tP2を引いた絶対値が2オングス
トローム以上であると、500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることが可能である。
Also in this spin valve type thin film element,
Said first and thickness t P1 of the fixed magnetic layer (lower) 32, the thickness ratio between the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34, and first
Thickness ratio between the film thickness t P2 of the fixed magnetic layer (upper) 43 and the film thickness t P1 of the second pinned magnetic layer 41 (top) (first film thickness t P1 of the fixed magnetic layer) / (a The thickness t P2 of the pinned magnetic layer of No. 2 is 0.
It is preferably within the range of 33 to 0.95, or 1.05 to 4. Further, the film thickness ratio is within the above range, and the film thickness t of the first pinned magnetic layers (bottom) 32 and (top) 43 is t.
The film thickness t P2 of P1 and the second pinned magnetic layers (lower) 34, (upper) 41 is in the range of 10 to 70 angstroms, and the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layers 32, 43 from the second If the absolute value obtained by subtracting the film thickness t P2 of the pinned magnetic layers 34 and 41 is 2 angstroms or more, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more.

【0152】また本発明では、(第1の固定磁性層の膜
厚tP1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.5
3〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内であ
ることがより好ましく、さらには、第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の膜厚tP1及び第2の固定磁性
層(下)34,(上)41の膜厚tP2が10〜50オン
グストロームの範囲内で、且つ第1の固定磁性層32,
43の膜厚tP1から第2の固定磁性層34,41の膜厚
P2を引いた絶対値が2オングストローム以上であれ
ば、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できる。
In the present invention, (thickness t P1 of first pinned magnetic layer) / (thickness t P2 of second pinned magnetic layer) is 0.5.
It is more preferable that the thickness is in the range of 3 to 0.95, or 1.05 to 1.8, and further, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43 and the second the fixed magnetic layer (lower) 34, a thickness t P2 (upper) 41 in the range of 10 to 50 angstroms, and the first fixed magnetic layer 32,
If the absolute value obtained by subtracting the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layers 34 and 41 from the film thickness t P1 of 43 is 2 Å or more, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0153】ところで、フリー磁性層36よりも下側に
形成されている第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1
を、第2の固定磁性層(下)34の膜厚tP2よりも大き
くしても、前記第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1
と第2の固定磁性層(下)34の膜厚差が約6オングス
トローム以下であると、交換結合磁界が低下しやすい傾
向にあることが実験によって確認されている。
By the way, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36.
Is larger than the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (bottom) 34, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 32 is
It has been confirmed by experiments that the exchange coupling magnetic field tends to decrease when the film thickness difference between the second pinned magnetic layer (lower) 34 and the second pinned magnetic layer (lower) 34 is about 6 angstroms or less.

【0154】この現象は、第1の固定磁性層(下)3
2,(上)43との界面にて交換結合磁界(交換異方性
磁界)を発生させるために熱処理を必要とする例えばP
tMn合金で形成された反強磁性層31,44を使用し
た場合に見られる。
This phenomenon occurs in the first pinned magnetic layer (bottom) 3
2, (top) requires heat treatment to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with 43, for example, P
It is observed when the antiferromagnetic layers 31 and 44 formed of tMn alloy are used.

【0155】交換結合磁界の低下は、フリー磁性層36
よりも下側に形成されている反強磁性層31と第1の固
定磁性層(下)32との熱拡散によって、前記第1の固
定磁性層(下)32の磁気的な膜厚が減少し、前記第1
の固定磁性層(下)32の磁気的な膜厚と、第2の固定
磁性層34の膜厚tP2とが、ほぼ同じ厚さになるからで
ある。このため本発明では、(第1の固定磁性層(上)
43の膜厚tP1/第2の固定磁性層(上)41の膜厚t
P2)よりも(第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1
第2の固定磁性層(下)34の膜厚tP2)の方を大きく
することが好ましい。
The decrease in the exchange coupling magnetic field is caused by the free magnetic layer 36.
The magnetic thickness of the first pinned magnetic layer (lower) 32 is reduced by thermal diffusion between the antiferromagnetic layer 31 and the first pinned magnetic layer (lower) 32 which are formed on the lower side. And the first
This is because the magnetic film thickness of the pinned magnetic layer (lower) 32 and the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 34 are substantially the same. Therefore, in the present invention, (the first pinned magnetic layer (upper)
Thickness t P1 of 43 / thickness t of the second pinned magnetic layer (upper) 41
( P2 ) (thickness of first pinned magnetic layer (lower) 32 t P1 /
It is preferable to increase the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34.

【0156】なお前記熱拡散層の発生は、図5に示すデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子に限らず、フリー磁性層
16よりも反強磁性層11が下側に形成されたシングル
スピンバルブ型薄膜素子(図1参照)にも同様に起こる
現象である。
The generation of the thermal diffusion layer is not limited to the dual spin valve type thin film element shown in FIG. 5, but a single spin valve type thin film element in which the antiferromagnetic layer 11 is formed below the free magnetic layer 16. (See FIG. 1) is a similar phenomenon.

【0157】前述したように、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定
磁性層(下)34,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2
にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなり
にくく、また第1の固定磁性層(下)32,(上)43
の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2の差が大きくな
りすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくな
い。そこで本発明では、第1の固定磁性層(下)32,
(上)43の膜厚tP1と第2の固定磁性層(下)34,
(上)41の膜厚tP2の膜厚比と同じように、(第1の
固定磁性層(下)32,(上)43の磁気的膜厚Ms・
P1)/(第2の固定磁性層(下)34,(上)41の
磁気的膜厚Ms・tP2)は、0.33〜0.95、ある
いは1.05〜4の範囲内とであることが好ましい。ま
た本発明では、第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁気的膜厚Ms・tP1及び第2の固定磁性層(下)
34,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2が10〜70
(オングストローム・テスラ)の範囲内で、且つ第1の
固定磁性層(下)32,(上)43の磁気的膜厚Ms・
P1から第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁
気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値が2(オングストロ
ーム・テスラ)以上であることが好ましい。
As described above, the first pinned magnetic layer (bottom)
32, (upper) 43 magnetic film thickness Ms · t P1 and second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper) magnetic film thickness Ms · t P2
If there is no difference between the two, the magnetization state is unlikely to be a ferri state, and the first pinned magnetic layers (bottom) 32, (top) 43
Magnetic film thickness Ms · t P1 and the second pinned magnetic layer (bottom) 3
If the difference in the magnetic film thickness Ms · t P2 of 4, (upper) 41 becomes too large, the exchange coupling magnetic field is lowered, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
(Top) 43 thickness t P1 and second pinned magnetic layer (bottom) 34,
Similar to the film thickness ratio of the film thickness t P2 of (upper) 41, (the magnetic film thickness Ms. of the first pinned magnetic layer (lower) 32, (upper) 43)
t P1 ) / (the magnetic film thickness Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper) 41) is in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4 Is preferred. Further, in the present invention, the first fixed magnetic layer (lower) 32, (upper) 4
3 magnetic thickness Ms · t P1 and second pinned magnetic layer (bottom)
34, (upper) 41 has a magnetic film thickness Ms · t P2 of 10 to 70
Within the range of (Angstrom Tesla), and the magnetic film thickness Ms of the first fixed magnetic layers (lower) 32, (upper) 43
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 of the second pinned magnetic layers (lower) 34, (upper) 41 from t P1 is 2 (angstrom tesla) or more.

【0158】また(第1の固定磁性層(下)32,
(上)43の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定磁
性層(下)34,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2
が、0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の
範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であ
って、第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁気
的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層(下)34,
(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2は共に10〜50
(オングストローム・テスラ)の範囲内であり、しかも
第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁気的膜厚
Ms・tP1から第2の固定磁性層(下)34,(上)4
1の磁気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値は2(オング
ストローム・テスラ)以上であることが好ましい。
In addition, (the first pinned magnetic layer (lower) 32,
(Upper) magnetic film thickness Ms · t P1 of 43 / (second fixed magnetic layer (lower) 34, (upper) magnetic film thickness Ms · t P2 ) 41
Is more preferably in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. Within the above range, the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 32, (top) 43 and the second pinned magnetic layer (bottom) 34,
(Top) The magnetic film thickness Ms · t P2 of 41 is both 10 to 50
Within the range of (angstrom tesla), and moreover, from the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 32, (top) 43 to the second pinned magnetic layer (bottom) 34, (top) ) 4
The absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 of 1 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0159】次に図5に示す第1の固定磁性層(下)3
2,(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、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。
Next, the first pinned magnetic layer (bottom) 3 shown in FIG.
2, (top) 43 and second pinned magnetic layer (bottom) 34, (top)
The non-magnetic intermediate layers 33 and 42 interposed between the
It is preferable to be formed of an alloy of one or more of u, Rh, Ir, Cr, Re and Cu.

【0160】図5に示すようにフリー磁性層36よりも
下側に形成された前記非磁性中間層(下)33の膜厚
は、3.6〜9.6オングストロームの範囲内で形成さ
れることが好ましい。この範囲内であれば、500(O
e)以上の交換結合磁界(Hex)を得ることが可能で
ある。
As shown in FIG. 5, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer (lower) 33 formed below the free magnetic layer 36 is in the range of 3.6 to 9.6 angstroms. It is preferable. Within this range, 500 (O
It is possible to obtain the exchange coupling magnetic field (Hex) above e).

【0161】また前記非磁性中間層(下)33の膜厚
は、4〜9.4オングストロームの範囲内で形成される
と、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できるのでより好ましい。
If the thickness of the nonmagnetic intermediate layer (lower) 33 is in the range of 4 to 9.4 angstroms, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained, which is more preferable. .

【0162】また本発明では図5に示すように、フリー
磁性層36よりも上側に形成された非磁性中間層(上)
42の膜厚は、2.5〜6.4オングストローム、ある
いは6.8〜10.7オングストロームの範囲内である
ことが好ましい。この範囲内であると、少なくとも50
0(Oe)以上の交換結合磁界(Hex)を得ることが
できる。
In the present invention, as shown in FIG. 5, the nonmagnetic intermediate layer (upper) formed above the free magnetic layer 36.
The film thickness of 42 is preferably in the range of 2.5 to 6.4 angstroms, or 6.8 to 10.7 angstroms. Within this range, at least 50
An exchange coupling magnetic field (Hex) of 0 (Oe) or more can be obtained.

【0163】また本発明では、前記非磁性中間層(上)
42の膜厚は、2.8〜6.2オングストローム、ある
いは6.8〜10.3オングストロームの範囲内である
ことがより好ましい。この範囲内であると、少なくとも
1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。
In the present invention, the nonmagnetic intermediate layer (upper)
The film thickness of 42 is more preferably in the range of 2.8 to 6.2 angstroms or 6.8 to 10.3 angstroms. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) or more.

【0164】また、前記反強磁性層31,44を少なく
とも100オングストローム以上で形成すれば、500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
また前記膜厚を110オングストローム以上にすれば、
1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。
If the antiferromagnetic layers 31 and 44 are formed to have a thickness of at least 100 Å, then 500
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more.
If the film thickness is 110 angstroms or more,
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more.

【0165】従来では、前記反強磁性層31,44の膜
厚は約200オングストローム以上で形成されていたの
で、本発明によれば、約半分の膜厚で前記反強磁性層3
1,44を形成することが可能であり、特にデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子の場合には、反強磁性層31,4
4が2層形成されるので、従来に比べてスピンバルブ型
薄膜素子全体の膜厚を、約200オングストローム以上
薄くできる。このように薄く形成されたスピンバルブ型
薄膜素子では、図13に示す下部ギャップ層121、及
び上部ギャップ層125を、絶縁性を充分に保つ程度に
厚くしても、ギャップ長Glを薄くでき、高密度記録化
に対応できるものとなっている。
Conventionally, the antiferromagnetic layers 31 and 44 are formed to have a thickness of about 200 Å or more. Therefore, according to the present invention, the antiferromagnetic layer 3 has a thickness of about half.
1, 44 can be formed, and particularly in the case of a dual spin valve type thin film element, the antiferromagnetic layers 31, 4 can be formed.
Since two layers of No. 4 are formed, the film thickness of the entire spin-valve type thin film element can be reduced by about 200 angstroms or more as compared with the conventional one. In the spin-valve type thin film element thus formed, the gap length Gl can be reduced even if the lower gap layer 121 and the upper gap layer 125 shown in FIG. 13 are thick enough to maintain sufficient insulation. It is compatible with high density recording.

【0166】なお第1の固定磁性層(下)32,(上)
43と第2の固定磁性層(下)34,(上)41との膜
厚比や膜厚、非磁性中間層(下)33,(上)42の膜
厚、及び反強磁性層31,44の膜厚を上述した範囲内
で適正に調節することにより、従来と同程度のΔMRを
保つことができ、具体的には約10%以上のΔMRを得
ることが可能である。
The first pinned magnetic layers (bottom) 32, (top)
43 and the second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper) 41, the film thickness ratio of the non-magnetic intermediate layer (lower) 33, (upper) 42, and the antiferromagnetic layer 31, By properly adjusting the film thickness of 44 within the above-mentioned range, it is possible to maintain the same ΔMR as in the conventional case, and specifically, it is possible to obtain ΔMR of about 10% or more.

【0167】図5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
P1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 FIG. 5, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36 is formed via the non-magnetic intermediate layer 33. It is formed thinner than the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34. On the other hand, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 is equal to the second pinned magnetic layer 41 formed via the non-magnetic intermediate layer 42.
It is formed thicker than the film thickness t P2 in (top). And
The magnetizations of the first pinned magnetic layers (bottom) 32 and (top) 43 are both magnetized in the direction opposite to the Y direction in the figure, and the magnetizations of the second pinned magnetic layers (bottom) 34 and (top) 41 are shown. It is magnetized in the Y direction.

【0168】図1及び図3に示すシングルスピンバルブ
型薄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。
In the case of the single spin valve thin film element shown in FIGS. 1 and 3, Ms of the first pinned magnetic layer is
The film thickness is adjusted so that t P1 is different from Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer is
Either the Y direction shown or the opposite direction to the Y direction shown may be used.

【0169】しかし、図5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
性があり、そのために、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・t
P1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している。
However, in the dual spin-valve type thin film element shown in FIG. 5, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
It is necessary that the magnetizations of the (upper) 43 be oriented in the same direction. Therefore, in the present invention, the magnetic moments Ms · t of the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are set.
P1 and the magnetic moment Ms · t P2 of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 are adjusted, and the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment are appropriately adjusted.

【0170】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 magnetizations of the (upper) 43 are oriented in the same direction so that the magnetizations of the first fixed magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43 are anti-parallel to the second fixed magnetic layer (lower) 34. , (Upper) 41 are oriented in the same direction, and the reason for this will be described below.

【0171】前述したように、スピンバルブ型薄膜素子
のΔMR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が、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ΔMR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, the ΔMR of the spin-valve type thin film element is obtained by the relationship between the fixed magnetization of the fixed magnetic layer and the variable magnetization of the free magnetic layer. In the case of being divided into two layers, the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, the layer of the pinned magnetic layer directly involved in ΔMR is the second pinned magnetic layer, and The pinned magnetic layer plays a so-called auxiliary role for pinning the magnetization of the second pinned magnetic layer in a fixed direction.

【0172】仮に図5に示す第2の固定磁性層(下)3
4,(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ΔMRは、図1や図3に示すシ
ングルスピンバルブ型薄膜素子のΔMRよりも小さくな
ってしまう。
The second pinned magnetic layer (bottom) 3 shown in FIG.
Assuming that the magnetizations of 4 and (upper) 41 are fixed in mutually opposite directions, for example, the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer (upper) 41 and the variable magnetization of the free magnetic layer 36 have a large resistance. Even so, the resistance becomes extremely small due to the relationship between the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 34 and the variable magnetization of the free magnetic layer 36, and as a result, ΔMR in the dual spin valve thin film element is However, it becomes smaller than ΔMR of the single spin valve thin film element shown in FIGS. 1 and 3.

【0173】この問題は、本発明のように、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、従来のデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子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べΔMR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バ
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 type thin film element in which the pinned magnetic layer is divided into two layers via the non-magnetic intermediate layer as in the present invention, but the conventional dual spin-valve type thin film element. But the same is true,
In order to exert the characteristics of the dual spin valve type thin film element capable of increasing ΔMR and obtaining a large output as compared with the single spin valve type thin film element, the pinned magnetic layers formed above and below the free magnetic layer should have the same direction. Need to be fixed to.

【0174】ところで本発明では、図5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・tP2の方が、
第1の固定磁性層(下)32のMs・tP1に比べ大きく
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。ここ
で、第2の固定磁性層34のMs・tP2と、第1の固定
磁性層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、Ms・tP2の大きい第2の固定磁
性層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。
By the way, in the present invention, as shown in FIG.
In the pinned magnetic layer formed below the free magnetic layer 36, Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34 is
The magnetization of the second pinned magnetic layer (bottom) 34, which is larger than Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 32 and has a large Ms · t P2 , is pinned in the Y direction in the figure. Here, a so-called combined magnetic moment obtained by adding Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 34 and Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 32 is the second Ms · t P2 having a large value. It is dominated by the magnetic moment of the pinned magnetic layer 34 and is oriented in the Y direction in the figure.

【0175】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・
P2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)43のM
s・tP1と、第2の固定磁性層(上)41のMs・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 M of the first pinned magnetic layer (upper) 43.
s · t P1 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 t P2 and has a large Ms · t P1 , is pinned in the direction opposite to the Y direction in the figure. M of the first pinned magnetic layer (upper) 43
s · t P1 and Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (upper) 41
The so-called combined magnetic moment, which is obtained by adding and, is dominated by Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (upper) 43, and is directed in the direction opposite to the Y direction in the figure.

【0176】すなわち、図5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・t
P2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。
That is, in the dual spin-valve type thin film element shown in FIG. 5, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer and Ms · t of the second pinned magnetic layer are formed above and below the free magnetic layer 36.
The direction of the synthetic magnetic moment that can be obtained by adding P2 is the opposite direction. Therefore, the combined magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 in the Y direction in the drawing and the combined magnetic moment formed above the free magnetic layer 36 in the opposite direction to the Y direction in the drawing. The moment forms a magnetic field around the left side in the drawing.

【0177】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。
Therefore, the magnetic field formed by the composite magnetic moment causes the first pinned magnetic layer (lower) 32,
(Upper) 43 magnetization and second pinned magnetic layer (lower) 34,
It is possible to maintain a more stable ferri state with the magnetization of (upper) 41.

【0178】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5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 through the non-magnetic conductive layers 35 and 39 having a small specific resistance, and the sense current 114 is caused to flow, whereby a sense current magnetic field is formed by the right-handed screw law. However, by flowing the sense current 114 in the direction of FIG.
6, the direction of the sense current magnetic field formed by the sense current at the location of the first pinned magnetic layer (lower) 32 / non-magnetic intermediate layer (lower) 33 / second pinned magnetic layer (lower) 34 formed on the lower side of 6. The first pinned magnetic layer (bottom) 32 / non-magnetic intermediate layer (bottom) 33
/ The direction of the synthetic magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 can be made to coincide with the free magnetic layer 3
First pinned magnetic layer (upper) 43 formed above 6
/ Non-magnetic intermediate layer (upper) 42 / Second pinned magnetic layer (upper) 4
The sense current magnetic field generated by the sense current at the position 1 is set to the first pinned magnetic layer (upper) 43 / nonmagnetic intermediate layer (upper) 42 /
The direction of the synthetic magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 41 can be matched.

【0179】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 matching the direction of the sense current magnetic field with the direction of the synthetic magnetic moment will be described in detail later, but simply stated, it is possible to enhance the thermal stability of the pinned magnetic layer. Since a large sense current can be passed, there is a great merit that the reproduction output can be improved. The relationship between the sense current magnetic field and the direction of the combined magnetic moment is that the combined magnetic moments of the fixed magnetic layers formed above and below the free magnetic layer 36 form the counterclockwise magnetic field in the figure.

【0180】装置内の環境温度は約200℃程度まで上
昇し、さらに今後、記録媒体の回転数や、センス電流の
増大などによって、環境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 environmental temperature in the apparatus rises to about 200 ° C., and in the future, the environmental temperature tends to further increase due to the number of rotations of the recording medium and the sense current. When the ambient temperature rises in this way, the exchange coupling magnetic field decreases, but according to the present invention, the first fixed magnetic field is thermally stable due to the magnetic field formed by the synthetic 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 kept in a ferri state.

【0181】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 above-described formation of the magnetic field due to the synthetic magnetic moment and the directional relationship between the magnetic field due to the synthetic magnetic moment and the sense current magnetic field are configurations peculiar to the present invention, and are formed as a single layer above and below the free magnetic layer. Moreover, it cannot be obtained with the conventional dual spin-valve type thin film element having the fixed magnetic layer which is oriented in the same direction and is fixedly magnetized.

【0182】次に、熱処理中に与える磁界の方向及びそ
の大きさについて以下に説明する。図5に示すスピンバ
ルブ型薄膜素子では、反強磁性層31,44にPtMn
合金など第1の固定磁性層(下)32,(上)43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、熱処理が必要な反強磁性材料を使用しているの
で、熱処理中に印加する磁場の方向及びその大きさを適
正に制御しないと、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
との磁化の方向を図5に示すような方向に得ることはで
きない。
Next, the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment will be described below. In the spin-valve type thin film element shown in FIG. 5, PtMn is formed in the antiferromagnetic layers 31 and 44.
An antiferromagnetic material that requires heat treatment is used to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 such as an alloy. Therefore, unless the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment are properly controlled, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
(Upper) 43 and second pinned magnetic layers (lower) 34, (upper) 41
The magnetization directions of and cannot be obtained in the directions shown in FIG.

【0183】まず成膜する段階で、図5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Ms・tP1を、第2の固定磁性層
(下)34のMs・tP2よりも小さくし、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
(上)43のMs・tP1を第2の固定磁性層(上)41
のMs・tP2よりも大きくする。
First, at the stage of film formation, as shown in FIG.
The Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36 is made smaller than the Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34, and The Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 is set to the second pinned magnetic layer (upper) 41.
It is larger than Ms · t P2 of .

【0184】図5に示すように、第1の固定磁性層
(下)32,(上)43を図示Y方向と反対方向に向け
たい場合には、前述した表1,2を参照することによ
り、図示Y方向と逆方向に5k(Oe)以上(表1
(4)及び表2(4)参照)の磁界を与える必要があ
る。
As shown in FIG. 5, when it is desired to orient the first pinned magnetic layers (lower) 32, (upper) 43 in the direction opposite to the Y direction in the drawing, refer to Tables 1 and 2 described above. , 5k (Oe) or more in the direction opposite to the Y direction in the figure (Table 1
It is necessary to apply the magnetic field of (4) and Table 2 (4)).

【0185】図示Y方向と反対方向に5k(Oe)以上
の磁界を印加することにより、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43の磁化及び第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41の磁化がすべて一旦図示Y方向と反対方
向に向く。前記第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3は、反強磁性層31,44との界面での交換結合磁界
(交換異方性磁界)によって、図示Y方向と反対方向に
固定され、5k(Oe)以上の磁界を取り去ることによ
り、第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化
は、第1の固定磁性層(下)32,(上)43との交換
結合磁界(RKKY相互作用)によって、図示Y方向に
反転し図示Y方向に固定されるのである。
By applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more in the direction opposite to the Y direction in the figure, the first pinned magnetic layer (bottom)
32, (top) magnetization of 43 and second pinned magnetic layer (bottom) 3
The magnetizations of 4 and (upper) 41 are once oriented in the direction opposite to the Y direction in the figure. The first pinned magnetic layers (bottom) 32, (top) 4
3 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the drawing by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the antiferromagnetic layers 31 and 44, and the magnetic field of 5 k (Oe) or more is removed, The magnetizations of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 are reversed in the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43. Then, it is fixed in the Y direction in the figure.

【0186】あるいは5k(Oe)以上の磁界を図示Y
方向に与えてもよい。この場合には、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の磁化が図5に示す磁化方向と
反対向きに磁化され、右回りの合成磁気モーメントによ
る磁界が形成される。
Alternatively, a magnetic field of 5 k (Oe) or more is shown Y
It may be given in the direction. In this case, the magnetizations of the first pinned magnetic layers (bottom) 32 and (top) 43 and the magnetizations of the second pinned magnetic layers (bottom) 34 and (top) 41 are opposite to the magnetization directions shown in FIG. Is magnetized to form a magnetic field due to the clockwise synthetic magnetic moment.

【0187】また本発明では、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)32のMs・
P1を、第2の固定磁性層34のMs・tP2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・tP1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)4
3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(Oe)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。
Further, in the present invention, Ms · of the first pinned magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36.
t P1 is set to be larger than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 34, and Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 43 formed above the free magnetic layer 36 is set to be second. The fixed magnetic layer 41 may be smaller than Ms · t P2 . Also in this case, the first pinned magnetic layers (bottom) 32, (top) 4
By applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more in the direction desired to obtain the magnetization of 3, that is, in the Y direction in the drawing or in the direction opposite to the Y direction in the drawing, the second pinned magnetic layers formed above and below the free magnetic layer 36 ( The lower) 34 and the (upper) 41 can be fixed in the same direction, and a magnetic field can be formed by a clockwise or counterclockwise combined magnetic moment in the drawing.

【0188】なお上記した方法以外の方法で、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)3
4,(上)41の磁化を互いに同じ方向に向け、しかも
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の形
成を行うことはできない。
The second pinned magnetic layer (bottom) 3 formed above and below the free magnetic layer 36 by a method other than the above-mentioned method.
It is not possible to direct the magnetizations of 4, (upper) 41 to the same direction, and to form a magnetic field by the combined magnetic moment and a directional relationship between the magnetic field by the combined magnetic moment and the sense current magnetic field.

【0189】また本発明では以下に示す方法によって、
第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化を互い
に同じ方向に向けることが可能であるが、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は互いに同
じ方向を向くため、前記合成磁気モーメントによる磁界
を形成することはできない。しかし、本発明のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子であれば、以下の熱処理方法に
よっても、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子と同
程度のΔMRを得ることができ、しかも従来のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子に比べ、固定磁性層(第1の固
定磁性層と第2の固定磁性層)の磁化状態を熱的に安定
した状態に保つことが可能である。
In the present invention, the following method is used.
The magnetizations of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 can be oriented in the same direction, but the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 are oriented in the same direction. However, it is not possible to form a magnetic field by the synthetic magnetic moment. However, with the dual spin-valve type thin film element of the present invention, it is possible to obtain the same ΔMR as that of the conventional dual spin-valve type thin film element by the following heat treatment method, and moreover, the conventional dual spin-valve type thin film element. Compared with the above, it is possible to keep the magnetization state of the pinned magnetic layers (the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer) in a thermally stable state.

【0190】まず、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Ms・tP1と前記フリ
ー磁性層36の上側に形成された第1の固定磁性層
(上)43のMs・tP1を共に、第2の固定磁性層
(下)34,(上)41のMs・tP2よりも大きくした
場合には、前記第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁化を向けたい方向に、100〜1k(Oe)、あ
るいは5k(Oe)以上の磁界を与えることにより、前
記第1の固定磁性層(下)32,(上)43を共に同じ
方向に向け、前記第1の固定磁性層(下)32,(上)
43との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
前記第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁化と
反平行に磁化される第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固定すること
ができる。
First, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 32 formed below the free magnetic layer 36 and the first pinned magnetic layer (top) formed above the free magnetic layer 36 ( When both Ms · t P1 of the upper part 43 are larger than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (bottom) 34 and (upper) 41, the first pinned magnetic layer (bottom) 32 is , (Above) 4
By applying a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) or 5 k (Oe) or more in the direction in which the magnetization of 3 is desired, the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are both directed in the same direction. The first pinned magnetic layer (bottom) 32, (top)
By the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with 43,
A second pinned magnetic layer (bottom) 34 magnetized antiparallel to the magnetization of the first pinned magnetic layer (bottom) 32, (top) 43,
The magnetizations of (upper) 41 can be fixed in the same direction.

【0191】あるいは、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Ms・tP1と前記
フリー磁性層36の上側に形成された第1の固定磁性層
(上)43のMs・tP1を共に、第2の固定磁性層
(下)34,(上)41のMs・tP2よりも小さくした
場合には、前記第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁化を向けたい方向と反対方向に、100〜1k
(Oe)、あるいは、前記第1の固定磁性層(下)3
2,(上)43の磁化を向けたい方向に5k(Oe)以
上の磁界を与えることにより、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43を共に同じ方向に向け、前記第1の固
定磁性層(下)32,(上)43との交換結合磁界(R
KKY相互作用)によって、前記第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の磁化と反平行に磁化される第
2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化を共に同
じ方向に向けて固定することができる。
Alternatively, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 32 formed below the free magnetic layer 36 and the first pinned magnetic layer (top) formed above the free magnetic layer 36 ( When both Ms · t P1 of the upper part 43 are smaller than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (bottom) 34 and (upper) 41, the first pinned magnetic layer (bottom) 32 , (Above) 4
100 to 1k in the direction opposite to the direction in which the magnetization of 3 is desired
(Oe), or the first pinned magnetic layer (bottom) 3
2, (top) by applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more in the direction in which the magnetization of 43 is directed, the first pinned magnetic layer (bottom)
32 and (upper) 43 are oriented in the same direction, and an exchange coupling magnetic field (R) with the first fixed magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43 is set.
(KKY interaction) causes the magnetizations of the first pinned magnetic layers (bottom) 32 and (top) 43 to be antiparallel to the magnetizations of the second pinned magnetic layers (bottom) 34 and (top) 41. It can be fixed in the same direction.

【0192】以上、図1から図6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。
As described above, according to the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 1 to 6, the pinned magnetic layer is the two layers of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer with the nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween. And the magnetization of the two pinned magnetic layers is made antiparallel to each other by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two pinned magnetic layers. The stable magnetization state of the pinned magnetic layer can be maintained.

【0193】特に本発明では、反強磁性層としてブロッ
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
PtMn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。
In the present invention, in particular, a PtMn alloy that has a very high blocking temperature as the antiferromagnetic layer and generates a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer is used. As a result, the magnetization states of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be made more excellent in thermal stability.

【0194】また本発明では、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を適正な範囲内で形成することに
よって、交換結合磁界(Hex)を大きくでき、従っ
て、前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の固定磁
化の熱的安定性をより向上させることが可能である。
In the present invention, the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are used.
The film thickness ratio to the pinned magnetic layer, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer,
By forming the film thickness of the antiferromagnetic layer within an appropriate range, the exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased, and therefore the heat of the fixed magnetization of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be increased. It is possible to further improve the physical stability.

【0195】なお第1の固定磁性層の膜厚tP1と第2の
固定磁性層の膜厚tP2との膜厚比、さらには、前記第1
の固定磁性層、第2の固定磁性層、非磁性中間層、及び
反強磁性層の膜厚を適性な範囲内で形成することによ
り、従来とほぼ同程度のΔMRを得ることも可能であ
る。
The film thickness ratio of the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer to the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer, and further,
By forming the pinned magnetic layer, the second pinned magnetic layer, the non-magnetic intermediate layer, and the antiferromagnetic layer within the appropriate ranges, it is possible to obtain ΔMR that is almost the same as the conventional one. .

【0196】さらに本発明では、反強磁性層としてPt
Mn合金など、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を必要
とする反強磁性材料を使用した場合に、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 invention, Pt is used as the antiferromagnetic layer.
When an antiferromagnetic material such as a Mn alloy that requires heat treatment to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer is used, the first pinned magnetic layer Ms · t P1 of the second fixed magnetic layer and Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer are formed to have different values, and the magnitude and direction of the applied magnetic field during the heat treatment are appropriately adjusted to thereby provide the first fixed magnetic layer. It is possible to magnetize the magnetic layer (and the second pinned magnetic layer) in the desired direction.

【0197】特に図5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Ms・tP1と第2の固定磁性層(下)3
4,(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、ΔMR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。
Particularly in the dual spin-valve type thin film element shown in FIG. 5, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
(Top) 43 Ms · t P1 and second pinned magnetic layer (bottom) 3
4, (upper) 41 by appropriately adjusting Ms · t P2 , and by further adjusting the magnitude and direction of the applied magnetic field during the heat treatment, the free magnetic layer 36 formed above and below ΔMR is formed. Two second pinned magnetic layers (bottom) 34,
The magnetizations of (upper) 41 can be fixed in the same direction, and the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 can be formed in opposite directions, thereby forming a magnetic field by the combined magnetic moment, and It is possible to form a directional relationship between the magnetic field due to the magnetic moment and the sense current magnetic field, and it is possible to further improve the thermal stability of the magnetization of the pinned magnetic layer.

【0198】図7は、本発明の第4の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図8は、図7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。
FIG. 7 is a transverse sectional view schematically showing the structure of the spin-valve type thin film element according to the fourth embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a cross-sectional view of the spin-valve type thin film element shown in FIG. 7 when viewed from the surface facing the recording medium.

【0199】このスピンバルブ型薄膜素子においても、
図1〜図6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。
Also in this spin valve type thin film element,
Similar to the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 1 to 6, it is provided at the trailing side end of a flying slider provided in a hard disk device and detects the recording magnetic field of the hard disk. 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.

【0200】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。
In this spin-valve type thin film element, not only the fixed magnetic layer but also the free magnetic layer is divided into two layers of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer. .

【0201】図7,8に示すように下から下地層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54、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61の順に積層されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, from the bottom, the underlayer 50,
Antiferromagnetic layer 51, first pinned magnetic layer 52, non-magnetic intermediate layer 53, second pinned magnetic layer 54, non-magnetic conductive layer 55, first
The free magnetic layer 56, the non-magnetic intermediate layer 59, the second free magnetic layer 60, and the protective layer 61 are sequentially stacked.

【0202】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、
PtMn合金で形成されていることが好ましい。PtM
n合金は、従来から反強磁性層として使用されているN
iMn合金やFeMn合金などに比べて耐食性に優れ、
しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大き
い。また本発明では、前記PtMn合金に代えて、X―
Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか
1種または2種以上の元素である)合金、あるいは、P
t―Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,R
u,Au,Agのいずれか1種または2種以上の元素で
ある)合金を使用してもよい。
The base layer 50 and the protective layer 61 are made of, for example, T
a and the like. Further, the antiferromagnetic layer 51 is
It is preferably formed of a PtMn alloy. PtM
The n alloy is an N alloy that has been conventionally used as an antiferromagnetic layer.
Excellent corrosion resistance compared to iMn alloy and FeMn alloy,
Moreover, the blocking temperature is high and the exchange coupling magnetic field is large. Further, in the present invention, instead of the PtMn alloy, X-
Mn (where X is any one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru) alloy, or P
t-Mn-X '(where X'is Pd, Ir, Rh, R
An alloy of any one of u, Au, and Ag or two or more of these elements may be used.

【0203】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CoNiFe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。
The first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. The non-magnetic intermediate layer 53 is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu.
Among them, it is preferable to be formed of one kind or two or more kinds of alloys. Further, the nonmagnetic conductive layer 55 is formed of Cu or the like.

【0204】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
あり、本発明では、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 ferri state magnetized antiparallel to each other. For example, the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is In the Y direction shown, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is fixed in the direction opposite to the Y direction shown. To maintain the stability of this ferri state, a large exchange coupling magnetic field is necessary, and in the present invention, various optimizations shown below are performed in order to obtain a larger exchange coupling magnetic field.

【0205】図7,8に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、(第1の固定磁性層52の膜厚tP1)/(第2の固
定磁性層54の膜厚tP2)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくは0.53〜0.95、あるいは、1.08
〜1.8の範囲内とすることである。
In the spin valve thin film element shown in FIGS. 7 and 8, (thickness t P1 of first pinned magnetic layer 52) / (thickness t P2 of second pinned magnetic layer 54) is 0.33. To 0.95, or 1.05 to 4, preferably 0.53 to 0.95 or 1.08.
It is to be within the range of to 1.8.

【0206】また第1の固定磁性層52及び第2の固定
磁性層54の膜厚にあっては、共に10〜70オングス
トロームで、且つ│第1の固定磁性層52の膜厚tP1
第2の固定磁性層54の膜厚tP2│≧2オングストロー
ムであることが好ましく、より好ましくは、10〜50
オングストロームで、且つ│第1の固定磁性層52の膜
厚tP1―第2の固定磁性層54の膜厚tP2│≧2オング
ストロームである。
The film thicknesses of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are both 10 to 70 angstroms, and | the film thickness t P1 − of the first pinned magnetic layer 52.
The thickness t P2 | ≧ 2 angstrom of the second pinned magnetic layer 54 is preferable, and more preferably 10 to 50.
And the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 52−the film thickness t P2 | 2 of the second pinned magnetic layer 54 is ≧ 2 angstrom.

【0207】前述したように、第1の固定磁性層52の
磁気的膜厚Ms・tp1と第2の固定磁性層54の磁気的
膜厚Ms・tp2にある程度差がないと、磁化状態はフェ
リ状態にはなりにくく、また第1の固定磁性層52の磁
気的膜厚Ms・tp1と第2の固定磁性層54の磁気的膜
厚Ms・tp2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界
の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第
1の固定磁性層52の膜厚tp1と第2の固定磁性層54
の膜厚tp2との膜厚比と同じように、(第1の固定磁性
層52の磁気的膜厚Ms・tp1)/(第2の固定磁性層
54の磁気的膜厚Ms・tp2)は、0.33〜0.9
5、あるいは1.05〜4の範囲内とであることが好ま
しい。また本発明では、第1の固定磁性層52の磁気的
膜厚Ms・tp1及び第2の固定磁性層54の磁気的膜厚
Ms・tp2が10〜70(オングストローム・テスラ)
の範囲内で、且つ第1の固定磁性層52の磁気的膜厚M
s・tp1から第2の固定磁性層54の磁気的膜厚Ms・
p2を引いた絶対値が2(オングストローム・テスラ)
以上であることが好ましい。
As described above, if there is no difference between the magnetic film thickness Ms · t p1 of the first pinned magnetic layer 52 and the magnetic film thickness Ms · t p2 of the second pinned magnetic layer 54, the magnetization state Is unlikely to be in a ferri state, and even if the difference between the magnetic film thickness Ms · t p1 of the first pinned magnetic layer 52 and the magnetic film thickness Ms · t p2 of the second pinned magnetic layer 54 becomes too large. However, the exchange coupling magnetic field is lowered, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the film thickness t p1 of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are set.
The magnetic film thickness ratio of the first pinned magnetic layer 52 to the film thickness ratio tp2 of the first pinned magnetic layer 52 (Ms · t p1 ) / (the second pinned magnetic layer 54 magnetic film thickness Ms · t p2 ) Is 0.33 to 0.9
It is preferably 5 or within the range of 1.05 to 4. Further, in the present invention, the magnetic film thickness Ms · t p1 of the first pinned magnetic layer 52 and the magnetic film thickness Ms · t p2 of the second pinned magnetic layer 54 are 10 to 70 (angstrom tesla).
And the magnetic film thickness M of the first pinned magnetic layer 52 within the range of
s · t p1 to the magnetic film thickness Ms · of the second pinned magnetic layer 54.
The absolute value obtained by subtracting t p2 is 2 (Angstrom Tesla)
The above is preferable.

【0208】また(第1の固定磁性層52の磁気的膜厚
Ms・tp1)/(第2の固定磁性層54の磁気的膜厚M
s・tp2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05
〜1.8の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第1の固定磁性層52の磁気的膜厚M
s・tp1と第2の固定磁性層54の磁気的膜厚Ms・t
p2は共に10〜50(オングストローム・テスラ)の範
囲内であり、しかも第1の固定磁性層52の磁気的膜厚
Ms・tp1から第2の固定磁性層54の磁気的膜厚Ms
・tp2を引いた絶対値は2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
Further, (magnetic film thickness Ms.t p1 of first pinned magnetic layer 52) / (magnetic film thickness M of second pinned magnetic layer 54)
s · t p2 ) is 0.53 to 0.95, or 1.05
More preferably, it is within the range of -1.8. Within the above range, the magnetic film thickness M of the first pinned magnetic layer 52 is
s · t p1 and the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 54.
Both p2 are in the range of 10 to 50 (angstrom tesla), and moreover, the magnetic film thickness Ms · t p1 of the first pinned magnetic layer 52 to the magnetic film thickness Ms of the second pinned magnetic layer 54.
The absolute value obtained by subtracting t p2 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0209】また第1の固定磁性層52と第2の固定磁
性層54に介在する非磁性中間層53の膜厚は、3.6
〜9.6オングストロームの範囲内であることが好まし
い。この範囲内であれば500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることができる。より好ましくは、4〜9.4
オングストロームの範囲内であり、この範囲内であれば
1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。
The film thickness of the non-magnetic intermediate layer 53 interposed between the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 is 3.6.
It is preferably in the range of ˜9.6 Å. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably 4-9.4.
It is within the range of Angstrom, and within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more.

【0210】さらに反強磁性層51の膜厚は、90オン
グストローム以上であることが好ましい。この範囲内で
あれば500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。より好ましくは、100オングストローム
以上であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができる。
Further, the thickness of the antiferromagnetic layer 51 is preferably 90 angstroms or more. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. More preferably, it is 100 angstroms or more, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0211】図7,8に示す非磁性導電層55の上に
は、第1のフリー磁性層56が形成されている。図7,
8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55に接する側にCo膜5
7が形成されている。非磁性導電層55に接する側にC
o膜57を形成するのは、第1にΔMRを大きくできる
こと、第2に非磁性導電層55との拡散を防止するため
である。
A first free magnetic layer 56 is formed on the nonmagnetic conductive layer 55 shown in FIGS. Figure 7,
8, the first free magnetic layer 56 is formed of two layers, and the Co film 5 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55.
7 are formed. C on the side in contact with the non-magnetic conductive layer 55
The formation of the o film 57 is to firstly increase ΔMR and secondly to prevent diffusion with the nonmagnetic conductive layer 55.

【0212】前記Co膜57の上にはNiFe合金膜5
8が形成されている。さらに前記NiFe合金膜58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60上にはT
aなどで形成された保護層61が形成されている。
The NiFe alloy film 5 is formed on the Co film 57.
8 is formed. Further, a nonmagnetic intermediate layer 59 is formed on the NiFe alloy film 58. A second free magnetic layer 60 is formed on the non-magnetic intermediate layer 59, and a T layer is formed on the second free magnetic layer 60.
A protective layer 61 formed of a or the like is formed.

【0213】前記第2のフリー磁性層60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。
The second free magnetic layer 60 is a Co film,
It is formed of a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like.

【0214】図8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―Pt合金やCo―Cr―Pt合金な
どで形成されており、また前記導電層63は、CuやC
rなどで形成されている。
The spin valve film from the base layer 50 to the protective layer 61 shown in FIG. 8 has its side surfaces cut into inclined surfaces, and the spin valve film is 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 formed of a Co—Pt alloy, a Co—Cr—Pt alloy, or the like, and the conductive layer 63 is formed of Cu or C.
It is formed by r or the like.

【0215】図7,8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(RKKY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. 7 and 8, and the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 56 are interposed. Exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the magnetic layers 60.
Thus, the magnetization of the first free magnetic layer 56 and the magnetization of the second free magnetic layer 60 are antiparallel to each other (ferri state).

【0216】図8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・t
F1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X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X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X方向と反対方向に揃えられる。
In the spin-valve type thin film element shown in FIG.
For example, the film thickness t F1 of the first free magnetic layer 56 is formed smaller than the film thickness t F2 of the second free magnetic layer 60. The Ms · t of the first free magnetic layer 56 is
F1 is set to be smaller than Ms · t F2 of the second free magnetic layer 60, and when a bias magnetic field is applied from the hard bias layer 62 in the X direction in the figure, the second free magnetic layer having a large Ms · t F2 is obtained. The magnetization of the layer 60 is aligned in the X direction in the figure under the influence of the bias magnetic field, and by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the second free magnetic layer 60, the first Ms · t F1 having a small value. The magnetization of the free magnetic layer 56 is aligned in the direction opposite to the X direction in the drawing.

【0217】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ΔMR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、外部磁界の
信号が検出される。
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 rotate under the influence of the external magnetic field while maintaining the ferri state. To do. The variable magnetization of the first free magnetic layer 56 that contributes to ΔMR and the second pinned magnetic layer 54.
The electric resistance changes due to the relationship with the fixed magnetization (for example, magnetized in the direction opposite to the Y direction in the drawing), and the signal of the external magnetic field is detected.

【0218】本発明では第1のフリー磁性層56の膜厚
F1と、第2のフリー磁性層60の膜厚tF2の膜厚比を
適正化し、より大きな交換結合磁界を得ることができる
と同時に、従来とほぼ同程度のΔMRを得ることを可能
にしている。
In the present invention, the film thickness ratio of the film thickness t F1 of the first free magnetic layer 56 and the film thickness t F2 of the second free magnetic layer 60 can be optimized to obtain a larger exchange coupling magnetic field. At the same time, it is possible to obtain ΔMR which is almost the same as the conventional one.

【0219】本発明では、(第1のフリー磁性層56の
膜厚tF1/第2のフリー磁性層60の膜厚tF2)が、
0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内で
あることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも
500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また本発明では、前記(第1のフリー磁性層56
の膜厚tF1/第2のフリー磁性層60の膜厚tF2)は、
0.61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲
内であることがより好ましい。この範囲内であると少な
くとも1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。
In the present invention, (the thickness t F1 of the first free magnetic layer 56 / the thickness t F2 of the second free magnetic layer 60) is
It is preferably within the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 500 (Oe) or more. In the present invention, the (first free magnetic layer 56
Film thickness t F1 / thickness t F2 of the second free magnetic layer 60)
It is more preferably within the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) or more.

【0220】なお(第1のフリー磁性層56の膜厚tF1
/第2のフリー磁性層60の膜厚t F2)のうち、0.8
3〜1.25の範囲を除外したのは、前記第1のフリー
磁性層56の膜厚tF1と第2のフリー磁性層60の膜厚
F2とがほぼ同じ値で形成され、前記第1のフリー磁性
層56のMs・tF1と、第2のフリー磁性層60のMs
・tF2がほぼ同じ値に設定されると、ハードバイアス層
62からのバイアス磁界の影響を受けて、第1のフリー
磁性層56と第2のフリー磁性層60のどちらの磁化
も、前記バイアス磁界方向に向こうとしてしまうため、
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の磁化は反平行状態にならず、安定した磁化状態
を保つことが不可能となる。
(The film thickness t of the first free magnetic layer 56 isF1
/ Thickness t of the second free magnetic layer 60 F2) Out of 0.8
Excluding the range of 3 to 1.25 is the first free
Thickness t of magnetic layer 56F1And the thickness of the second free magnetic layer 60
tF2Are formed with almost the same value, and the first free magnetic
Ms · t of layer 56F1And Ms of the second free magnetic layer 60
・ TF2Are set to almost the same value, the hard bias layer
1st free under the influence of bias magnetic field from 62
Magnetization of either the magnetic layer 56 or the second free magnetic layer 60
Also, because it tries to go toward the bias magnetic field direction,
Magnetization of the first free magnetic layer 56 and second free magnetic layer
The magnetization of the layer 60 does not become an antiparallel state, but a stable magnetization state.
It becomes impossible to keep.

【0221】また、第1のフリー磁性層56の磁気的膜
厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層60の磁気的膜厚M
s・tF2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態
にはなりにくく、また第1のフリー磁性層56の磁気的
膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層60の磁気的膜厚
Ms・tF2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の
低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第1
のフリー磁性層56の膜厚tF1と第2のフリー磁性層6
0の膜厚tF2との膜厚比と同じように、(第1のフリー
磁性層56の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー
磁性層60の磁気的膜厚Ms・tF2)は、0.56〜
0.83、あるいは1.25〜5の範囲内とであること
が好ましい。また本発明では、(第1のフリー磁性層5
6の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー磁性層6
0の磁気的膜厚Ms・tF2)が0.61〜0.83、あ
るいは1.25〜2.1の範囲内であることがより好ま
しい。
Further, the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 56 and the magnetic film thickness M of the second free magnetic layer 60.
If there is no difference in s · t F2 to some extent, the magnetization state is unlikely to be a ferri state, and the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 56 and the magnetic film of the second free magnetic layer 60. If the difference in the thickness Ms · t F2 becomes too large, the exchange coupling magnetic field will decrease, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the first
Thickness t F1 and the second free magnetic layer 56 of the free magnetic layer 6
Like the film thickness ratio with the film thickness t F2 of 0, (magnetic film thickness Ms · t F1 of first free magnetic layer 56) / (magnetic film thickness Ms · 2 of second free magnetic layer 60) t F2 ) is from 0.56
It is preferably within the range of 0.83, or 1.25 to 5. In the present invention, the (first free magnetic layer 5
6 magnetic film thickness Ms · t F1 ) / (second free magnetic layer 6
It is more preferable that the magnetic film thickness Ms · t F2 of 0 is in the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1.

【0222】また本発明では、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、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。さらに前記非磁性中間層59の膜厚は、5.5
〜10.0オングストロームの範囲内であることが好ま
しい。この範囲内であれば、500(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間
層59の膜厚は、5.9〜9.4オングストロームの範
囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば1
000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができ
る。
In the present invention, the first free magnetic layer 56 is also used.
The nonmagnetic intermediate layer 59 interposed between the second free magnetic layer 60 and the second free magnetic layer 60 is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. . Further, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 59 is 5.5.
It is preferably in the range of about 10.0 Å. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. The thickness of the non-magnetic intermediate layer 59 is more preferably in the range of 5.9 to 9.4 angstrom. 1 within this range
An exchange coupling magnetic field of 000 (Oe) or more can be obtained.

【0223】なお上記の数値範囲内で、第1の固定磁性
層52と第2の固定磁性層54の膜厚比、非磁性中間層
53及び反強磁性層51の膜厚、さらには第1のフリー
磁性層56と第2のフリー磁性層60の膜厚比、及び非
磁性中間層59の膜厚を調整することにより、従来と同
程度のΔMR(抵抗変化率)を得ることが可能である。
Within the above numerical range, the film thickness ratio of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 53 and the antiferromagnetic layer 51, and the first pinned magnetic layer By adjusting the film thickness ratio between the free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 and the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 59, it is possible to obtain ΔMR (resistance change rate) similar to the conventional one. is there.

【0224】次に熱処理の方法について説明する。図
7,8に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、反強
磁性層51にPtMn合金などの熱処理を施すことによ
り、第1の固定磁性層52との界面にて交換結合磁界
(交換異方性磁界)が発生する反強磁性材料を使用して
いる。このため前記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制御して、第1の固定磁性層52及
び第2の固定磁性層54の磁化方向を調整する必要性が
ある。
Next, the method of heat treatment will be described. In the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 7 and 8, the antiferromagnetic layer 51 is heat-treated with a PtMn alloy or the like, so that the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy) at the interface with the first pinned magnetic layer 52 is exchanged. An antiferromagnetic material that generates a magnetic field is used. Therefore, it is necessary to properly control the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment to adjust the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54.

【0225】仮に、第1の固定磁性層52のMs・tP1
の方が、第2の固定磁性層54のMs・tP2よりも大き
い場合には、前記第1の固定磁性層52の磁化を向けた
い方向に、100〜1k(Oe)、あるいは5k(O
e)の磁場を印加すればよい。例えば前記第1の固定磁
性層52を図示Y方向に向けたいならば、図示Y方向に
100〜1k(Oe)の磁界を与える。Ms・tP1の大
きい第1の固定磁性層52の磁化は、磁場方向、すなわ
ち図示Y方向に向き、反強磁性層51との界面で発生す
る交換結合磁界(交換異方性磁界)によって前記第1の
固定磁性層52の磁化は図示Y方向に固定される。一
方、第2の固定磁性層54の磁化は、第1の固定磁性層
52との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
図示Y方向と反対方向に向き固定される。あるいは図示
Y方向に5k(Oe)以上の磁界を与える。第1の固定
磁性層52と第2の固定磁性層54との交換結合磁界
(RKKY相互作用)は、1k(Oe)〜5k(Oe)
程度なので、5k(Oe)以上の磁場が印加されること
により、前記第1の固定磁性層52の磁化及び第2の固
定磁性層54の磁化は共に、図示Y方向に向く。このと
き、前記第1の固定磁性層52の磁化は、反強磁性層5
1との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)
によって図示Y方向に固定される。一方、5k(Oe)
以上の磁場が取り去られると、第2の固定磁性層54の
磁化は、前記第1の固定磁性層52との交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって、図示Y方向と反対方向
に向けられて固定される。
Assuming that Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 52 is
Is larger than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 54, 100 to 1 k (Oe) or 5 k (O) in the direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is desired to be directed.
The magnetic field of e) may be applied. For example, if it is desired to orient the first pinned magnetic layer 52 in the Y direction in the figure, a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied in the Y direction in the figure. The magnetization of the first pinned magnetic layer 52 having a large Ms · t P1 is oriented in the magnetic field direction, that is, the Y direction in the figure, and is exchanged by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 51. The magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is pinned in the Y direction shown. On the other hand, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is changed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 52.
It is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure. Alternatively, a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the Y direction shown. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) between the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 is 1 k (Oe) to 5 k (Oe).
Therefore, when a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied, both the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 are oriented in the Y direction in the figure. At this time, the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is the same as that of the antiferromagnetic layer 5.
Exchange coupling magnetic field generated at the interface with 1 (exchange anisotropic magnetic field)
Is fixed in the Y direction in the figure. On the other hand, 5k (Oe)
When the above magnetic field is removed, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 52. To be done.

【0226】また第1の固定磁性層52のMs・tP1
方が、第2の固定磁性層54のMs・tP2よりも小さい
場合、前記第1の固定磁性層52の磁化を向けたい方向
と反対方向に100〜1k(Oe)、または前記第1の
固定磁性層52の磁化を向けたい方向に5k(Oe)以
上の磁場を印加すればよい。例えば第1の固定磁性層5
2を図示Y方向に向けたいならば、図示Y方向と反対方
向に100〜1k(Oe)の磁場を与える。これによっ
て、Ms・tP2の大きい第2の固定磁性層54の磁化
は、前記磁場方向、すなわち図示Y方向と反対方向に向
き、前記第2の固定磁性層54と交換結合磁界(RKK
Y相互作用)によって前記第1の固定磁性層52の磁化
は図示Y方向に向けられる。前記第1の固定磁性層52
の磁化は、反強磁性層51との界面に発生する交換結合
磁界(交換異方性磁界)によって図示Y方向に固定さ
れ、第2の固定磁性層54の磁化は、図示Y方向と反対
方向に固定される。あるいは、図示Y方向に5k(O
e)以上の磁界を与えらればよい。5k(Oe)以上の
磁界を与えることにより、第1の固定磁性層52及び第
2の固定磁性層54の磁化は共に図示Y方向に向けら
れ、前記第1の固定磁性層52の磁化は、反強磁性層5
1との界面での交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て図示Y方向に固定される。5k(Oe)以上の磁場が
取り除かれると、図示Y方向に向けられていた第2の固
定磁性層54の磁化は、前記第1の固定磁性層52との
交換結合磁界(RKKY相互作用)によって図示Y方向
と反対方向に向けられ固定される。
When Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 52 is smaller than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 54, it is desired to direct the magnetization of the first pinned magnetic layer 52. A magnetic field of 100 to 1 k (Oe) or 5 k (Oe) or more may be applied in the direction opposite to the direction, or in the direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is desired to be directed. For example, the first pinned magnetic layer 5
If 2 is desired to be directed in the Y direction in the drawing, a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied in the direction opposite to the Y direction in the drawing. As a result, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 having a large Ms · t P2 is oriented in the direction of the magnetic field, that is, in the direction opposite to the Y direction in the drawing, and the second pinned magnetic layer 54 and the exchange coupling magnetic field (RKK).
The Y interaction) causes the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 to be oriented in the Y direction shown. The first pinned magnetic layer 52
Is fixed in the Y direction in the drawing by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 51, and the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is in the direction opposite to the Y direction in the drawing. Fixed to. Alternatively, 5k (O
e) The above magnetic field may be applied. By applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more, the magnetizations of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are both directed in the Y direction in the drawing, and the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is Antiferromagnetic layer 5
It is fixed in the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with 1. When the magnetic field of 5 k (Oe) or more is removed, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54, which was oriented in the Y direction in the figure, is changed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 52. It is fixed in the direction opposite to the Y direction in the drawing.

【0227】また本発明では、図示X方向及び図示Y方
向を正の方向、図示X方向と反対方向及び図示Y方向と
反対方向を負の方向とした場合、第1のフリー磁性層5
6のMs・tF1と第2のフリー磁性層60のMs・tF2
を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値
は、第1の固定磁性層52のMs・tP1と第2の固定磁
性層54のMs・tP2を足し合わせた合成磁気モーメン
トの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│
(Ms・tF1+Ms・tF2)/(Ms・tp1+Ms・t
P2)│>1であることが好ましい。
In the present invention, when the X direction and the Y direction shown in the drawing are positive, and the direction opposite to the X direction shown and the direction opposite to the Y direction are negative, the first free magnetic layer 5 is formed.
6 Ms · t F1 and the second free magnetic layer 60 Ms · t F2
The sum, the absolute value of a so-called synthetic magnetic moment than the absolute value of the resultant magnetic moment and Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 52 the sum of Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 54 Is also preferably larger. That is, │
(Ms · t F1 + Ms · t F2 ) / (Ms · t p1 + Ms · t
P2 ) │> 1 is preferable.

【0228】第1のフリー磁性層56と第2のフリー磁
性層60との合成磁気モーメントの絶対値を、第1の固
定磁性層52と第2の固定磁性層54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56と第2のフリー磁性層60の磁化
が、第1の固定磁性層52と第2の固定磁性層54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56及び第2のフリー磁性層60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 56 and the second free magnetic layer 60 is the absolute value of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54. By increasing the value, the first
The magnetizations of the free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 are less likely to be affected by the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54.
The magnetizations of the free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 are rotated with high sensitivity to an external magnetic field, and the output can be improved.

【0229】図9は、本発明の第5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、図10
は、図9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。
FIG. 9 is a cross sectional view schematically showing a spin-valve type thin film element according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 9 when viewed from the surface facing a recording medium.

【0230】このスピンバルブ型薄膜素子は、図7,8
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。
This spin-valve type thin film element is shown in FIGS.
The spin-valve type thin film element shown in FIG.

【0231】すなわち下から、下地層70、第2のフリ
ー磁性層71、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78、第1の固定磁性層79、反強磁性層8
0、及び保護層81の順で積層されている。
That is, from the bottom, the underlayer 70, the second free magnetic layer 71, the non-magnetic intermediate layer 72, the first free magnetic layer 73, the non-magnetic conductive layer 76, the second pinned magnetic layer 77, and the non-magnetic intermediate layer. Layer 78, first pinned magnetic layer 79, antiferromagnetic layer 8
0 and the protective layer 81 are laminated in this order.

【0232】前記下地層70及び保護層81は例えばT
aなどで形成されている。前記反強磁性層80は、Pt
Mn合金で形成されていることが好ましい。PtMn合
金は、従来から反強磁性層として使用されているNiM
n合金やFeMn合金などに比べて耐食性に優れ、しか
もブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。ま
た本発明では、前記PtMn合金に代えて、X―Mn
(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1種
または2種以上の元素である)合金、あるいは、Pt―
Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,
Au,Agのいずれか1種または2種以上の元素であ
る)合金を使用してもよい。
The base layer 70 and the protective layer 81 are made of, for example, T
a and the like. The antiferromagnetic layer 80 is Pt.
It is preferably formed of a Mn alloy. The PtMn alloy is NiM which has been used as an antiferromagnetic layer from the past.
Compared with n alloys and FeMn alloys, the corrosion resistance is excellent, the blocking temperature is high, and the exchange coupling magnetic field is large. Further, in the present invention, X-Mn is used instead of the PtMn alloy.
(However, X is one or more elements selected from Pd, Ir, Rh, and Ru.) Alloy, or Pt-
Mn-X '(where X'is Pd, Ir, Rh, Ru,
Alloys containing at least one element selected from Au and Ag) may be used.

【0233】第1の固定磁性層79及び第2の固定磁性
層77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。また非磁
性中間層78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76はCuなどで形
成されている。
The first pinned magnetic layer 79 and the second pinned magnetic layer 77 are formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. The non-magnetic intermediate layer 78 is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu.
Among them, it is preferable to be formed of one kind or two or more kinds of alloys. Further, the nonmagnetic conductive layer 76 is formed of Cu or the like.

【0234】また図9,10に示すスピンバルブ型薄膜
素子では、(第1の固定磁性層79の膜厚tP1)/(第
2の固定磁性層77の膜厚tP2)は、0.33〜0.9
5、あるいは1.05〜4の範囲内であることが好まし
く、しかも第1の固定磁性層79の膜厚tP1及び第2の
固定磁性層77の膜厚tP2は共に10〜70オングスト
ロームの範囲内であり、且つ、│第1の固定磁性層79
の膜厚tP1―第2の固定磁性層77の膜厚tP2│≧2オ
ングストローム以上であることが好ましい。上記範囲内
で適正に調節すれば、500(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることが可能である。
In the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 9 and 10, (film thickness t P1 of first pinned magnetic layer 79) / (film thickness t P2 of second pinned magnetic layer 77) is 0. 33-0.9
5, or preferably in the range of 1.05 to 4, yet the film thickness t P2 is are both 10-70 Angstroms first thickness t P1 and the second fixed magnetic layer 77 of the pinned magnetic layer 79 Within the range, and || first pinned magnetic layer 79
Film thickness t P1 −the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 77 ≧≧ 2 Å. By properly adjusting within the above range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more.

【0235】さらに本発明では、(第1の固定磁性層7
9の膜厚tP1)/(第2の固定磁性層77の膜厚tP2
は、0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の
範囲内であることがより好ましく、しかも第1の固定磁
性層79の膜厚tP1及び第2の固定磁性層77の膜厚t
P2は共に10〜50オングストロームの範囲内であり、
且つ、│第1の固定磁性層79の膜厚tP1―第2の固定
磁性層77の膜厚tP2│≧2オングストローム以上であ
ることがより好ましい。上記範囲内で適正に調節あれ
ば、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。
Further, in the present invention, (first pinned magnetic layer 7
9 film thickness t P1 ) / (film thickness t P2 of second pinned magnetic layer 77)
Is more preferably in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8, and further, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 79 and the second pinned magnetic layer 77. Film thickness t
Both P2 are in the range of 10-50 Angstroms,
And the thickness t P1 of │ first pinned magnetic layer 79 - and more preferably a second thickness t P2 │ ≧ 2 angstroms or more fixed magnetic layer 77. With proper adjustment within the above range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more.

【0236】前述したように、第1の固定磁性層79の
磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層77の磁気的
膜厚Ms・tP2にある程度差がないと、磁化状態はフェ
リ状態にはなりにくく、また第1の固定磁性層79の磁
気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層77の磁気的膜
厚Ms・tP2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界
の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第
1の固定磁性層79の膜厚tp1と第2の固定磁性層77
の膜厚tp1との膜厚比と同じように、(第1の固定磁性
層79の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定磁性層
77の磁気的膜厚Ms・tP2)は、0.33〜0.9
5、あるいは1.05〜4の範囲内であることが好まし
い。また本発明では、第1の固定磁性層79の磁気的膜
厚Ms・t P1及び第2の固定磁性層77の磁気的膜厚M
s・tP2が10〜70(オングストローム・テスラ)の
範囲内で、且つ第1の固定磁性層79の磁気的膜厚Ms
・t P1から第2の固定磁性層77の磁気的膜厚Ms・t
P2を引いた絶対値が2(オングストローム・テスラ)以
上であることが好ましい。
As described above, the first pinned magnetic layer 79
Magnetic film thickness Ms · tP1And the magnetic properties of the second pinned magnetic layer 77.
Thickness Ms · tP2If there is no difference in
It is difficult for the first pinned magnetic layer 79 to be magnetized.
Air thickness Ms · tP1And a magnetic film of the second pinned magnetic layer 77.
Thickness Ms ・ tP2Even if the difference between
It is not preferable because it leads to a decrease in Therefore, in the present invention,
The thickness t of the fixed magnetic layer 79 of No. 1p1And the second pinned magnetic layer 77
Film thickness tp1And the film thickness ratio of
Magnetic film thickness of layer 79 Ms · tP1) / (Second pinned magnetic layer)
77 magnetic film thickness Ms · tP2) Is 0.33 to 0.9
5 or preferably in the range of 1.05 to 4
Yes. Further, in the present invention, the magnetic film of the first pinned magnetic layer 79.
Thickness Ms ・ t P1And the magnetic film thickness M of the second pinned magnetic layer 77.
s ・ tP2From 10 to 70 (Angstrom Tesla)
Within the range, and the magnetic film thickness Ms of the first pinned magnetic layer 79.
・ T P1To the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 77.
P2Is less than 2 (Angstrom Tesla)
The above is preferable.

【0237】また(第1の固定磁性層79の磁気的膜厚
Ms・tP1)/(第2の固定磁性層77の磁気的膜厚M
s・tP2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05
〜1.8の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第1の固定磁性層79の磁気的膜厚M
s・tP1と第2の固定磁性層77の磁気的膜厚Ms・t
P2は共に10〜50(オングストローム・テスラ)の範
囲内であり、しかも第1の固定磁性層79の磁気的膜厚
Ms・tP1から第2の固定磁性層77の磁気的膜厚Ms
・tP2を引いた絶対値は2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
Further, (magnetic film thickness Ms · t P1 of first pinned magnetic layer 79) / (magnetic film thickness M of second pinned magnetic layer 77)
s · t P2 ) is 0.53 to 0.95, or 1.05
More preferably, it is within the range of -1.8. Within the above range, the magnetic film thickness M of the first pinned magnetic layer 79 is
s · t P1 and the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 77.
Both P2 are in the range of 10 to 50 (angstrom tesla), and moreover, the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 79 to the magnetic film thickness Ms of the second pinned magnetic layer 77.
The absolute value obtained by subtracting t P2 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0238】また第1の固定磁性層79と第2の固定磁
性層77との間に介在する非磁性中間層78の膜厚は、
2.5〜6.4、あるいは、6.6〜10.7オングス
トロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内で
あれば500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できる。より好ましくは、2.8〜6.2オングストロ
ーム、あるいは6.8〜10.3オングストロームの範
囲内であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。
The film thickness of the non-magnetic intermediate layer 78 interposed between the first pinned magnetic layer 79 and the second pinned magnetic layer 77 is:
It is preferably within the range of 2.5 to 6.4, or 6.6 to 10.7 angstrom. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably, it is within the range of 2.8 to 6.2 angstroms or 6.8 to 10.3 angstroms, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. .

【0239】さらに反強磁性層80の膜厚は、90オン
グストローム以上であることが好ましい。この範囲内で
あれば500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。より好ましくは、100オングストローム
以上であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができる。
Further, the thickness of the antiferromagnetic layer 80 is preferably 90 angstroms or more. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. More preferably, it is 100 angstroms or more, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0240】図10に示すスピンバルブ型薄膜素子で
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10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、Ni
Fe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 valve thin film element shown in FIG. 10, the free magnetic layer is divided into two layers,
The first free magnetic layer 73 is provided on the side in contact with the non-magnetic conductive layer 76.
Is formed, and the other free magnetic layer serves as the second free magnetic layer 71. As shown in FIG. 10, 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 non-magnetic intermediate layer 72 and the second free magnetic layer 71 are made of, for example, Ni.
It is formed of an Fe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like.

【0241】図10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―Pt合金やCo―Cr―Pt合金
などで形成されており、また前記導電層83は、Cuや
Crなどで形成されている。
The spin valve film from the base layer 70 to the protective layer 81 shown in FIG. 10 has its side surfaces cut into inclined surfaces, and the spin valve film is formed in a trapezoidal shape. 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 formed of a Co—Pt alloy, a Co—Cr—Pt alloy, or the like, and the conductive layer 83 is formed of Cu, Cr, or the like.

【0242】図10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(RKKY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10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X
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の磁化が前記バイアス磁界の
影響を受けて、図示X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X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のフリー磁性層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 nonmagnetic intermediate layer 72 is interposed between the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 shown in FIG. 10, and the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer are provided. Due to the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between 71, the magnetization of the first free magnetic layer 73 and the magnetization of the second free magnetic layer 71 are in an antiparallel state (ferry state). In the spin valve thin film element shown in FIG.
For example, the film thickness T F1 of the first free magnetic layer 73 is formed to be larger than the film thickness T F2 of the second free magnetic layer 71.
Then, the Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 is set to be larger than the Ms · t F2 of the second free magnetic layer 71, and the hard bias layer 82 indicates X.
When a bias magnetic field is applied in the direction, the magnetization of the first free magnetic layer 73 having a large Ms · t F1 is influenced by the bias magnetic field and is aligned in the X direction in the drawing, so that the first free magnetic layer 73 and The magnetization of the second free magnetic layer 71 having a small Ms · t F2 is aligned in the direction opposite to the X direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) of. In the present invention, the film thickness t F1 of the first free magnetic layer 73 is formed smaller than the film thickness t F2 of the second free magnetic layer 71, and Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 is formed. May be set smaller than Ms · t F2 of the second free magnetic layer 71.

【0243】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ΔMRに寄与する第1の
フリー磁性層73の磁化方向と、第2の固定磁性層71
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。
When an external magnetic field enters from the Y direction shown in the drawing, 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 the ferrimagnetic state. To do. The magnetization direction of the first free magnetic layer 73 that contributes to ΔMR and the second pinned magnetic layer 71
The electric resistance changes depending on the relationship with the fixed magnetization of the, and the signal of the external magnetic field is detected.

【0244】本発明では第1のフリー磁性層73の膜厚
F1と、第2のフリー磁性層71の膜厚TF2の膜厚比を
適正化し、より大きな交換結合磁界を得ることができる
と同時に、従来とほぼ同程度のΔMRを得ることを可能
にしている。
According to the present invention, the film thickness ratio between the film thickness T F1 of the first free magnetic layer 73 and the film thickness T F2 of the second free magnetic layer 71 can be optimized to obtain a larger exchange coupling magnetic field. At the same time, it is possible to obtain ΔMR which is almost the same as the conventional one.

【0245】本発明では、(第1のフリー磁性層73の
膜厚tF1/第2のフリー磁性層71の膜厚tF2)が、
0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内で
あることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも
500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また本発明では、前記(第1のフリー磁性層73
の膜厚tF1/第2のフリー磁性層71の膜厚tF2)は、
0.61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲
内であることがより好ましい。この範囲内であると少な
くとも1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。
In the present invention, (thickness t F1 of first free magnetic layer 73 / thickness t F2 of second free magnetic layer 71) is
It is preferably within the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 500 (Oe) or more. In the present invention, the (first free magnetic layer 73
Film thickness t F1 / thickness t F2 of the second free magnetic layer 71)
It is more preferably within the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) or more.

【0246】また、第1のフリー磁性層73の磁気的膜
厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層71の磁気的膜厚M
s・tF2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態
にはなりにくく、また第1のフリー磁性層73の磁気的
膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層71の磁気的膜厚
Ms・tF2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の
低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第1
のフリー磁性層73の膜厚tF1と第2のフリー磁性層7
1の膜厚tF2との膜厚比と同じように、(第1のフリー
磁性層73の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー
磁性層71の磁気的膜厚Ms・tF2)は、0.56〜
0.83、あるいは1.25〜5の範囲内であることが
好ましい。また本発明では、(第1のフリー磁性層73
の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー磁性層71
の磁気的膜厚Ms・tF2)が0.61〜0.83、ある
いは1.25〜2.1の範囲内であることがより好まし
い。
Further, the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 and the magnetic film thickness M of the second free magnetic layer 71.
If there is no difference in s · t F2 to some extent, the magnetization state is unlikely to be a ferri state, and the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 and the magnetic film of the second free magnetic layer 71 are small. If the difference in the thickness Ms · t F2 becomes too large, the exchange coupling magnetic field will decrease, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the first
Thickness t F1 and the second free magnetic layer 73 of the free magnetic layer 7
Similarly to the film thickness ratio with the film thickness t F2 of 1, the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 / (the magnetic film thickness Ms · of the second free magnetic layer 71). t F2 ) is from 0.56
It is preferably within the range of 0.83, or 1.25 to 5. Further, in the present invention, (the first free magnetic layer 73
Magnetic film thickness Ms · t F1 ) / (second free magnetic layer 71
It is more preferable that the magnetic film thickness Ms · t F2 of is within the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1.

【0247】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、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。さらに前記非磁性中間層72の膜厚は、5.5
〜10.0オングストロームの範囲内であることが好ま
しい。この範囲内であれば、500(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間
層72の膜厚は、5.9〜9.4オングストロームの範
囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば1
000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができ
る。
Further, in the present invention, the first free magnetic layer 73
The nonmagnetic intermediate layer 72 interposed between the second free magnetic layer 71 and the second free magnetic layer 71 is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. . Further, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 72 is 5.5.
It is preferably in the range of about 10.0 Å. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. Further, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 72 is more preferably in the range of 5.9 to 9.4 angstrom. 1 within this range
An exchange coupling magnetic field of 000 (Oe) or more can be obtained.

【0248】なお第1の固定磁性層79と第2の固定磁
性層77の膜厚比、非磁性中間層78及び反強磁性層8
0の膜厚、さらには、第1のフリー磁性層73と第2の
フリー磁性層71との膜厚比、及び非磁性中間層72の
膜厚を、上述した範囲内で適正に調節すれば、従来と同
程度のΔMR(抵抗変化率)を得ることが可能である。
The film thickness ratio of the first pinned magnetic layer 79 and the second pinned magnetic layer 77, the non-magnetic intermediate layer 78 and the antiferromagnetic layer 8 are set.
If the film thickness of 0, the film thickness ratio of the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71, and the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 72 are properly adjusted within the above range. It is possible to obtain ΔMR (rate of change in resistance) comparable to that of the related art.

【0249】次に熱処理の方法について説明する。仮
に、第1の固定磁性層79のMs・t P1の方が、第2の
固定磁性層77のMs・tP2よりも大きい場合には、前
記第1の固定磁性層79の磁化を向けたい方向に、10
0〜1k(Oe)、あるいは5k(Oe)の磁界を与え
れば良い。あるいは、第1の固定磁性層79のMs・t
P1の方が、第2の固定磁性層77のMs・tP2よりも小
さい場合、前記第1の固定磁性層79の磁化を向けたい
方向と反対方向に100〜1k(Oe)、または前記第
1の固定磁性層79の磁化を向けたい方向に5k(O
e)以上の磁界を与えらればよい。本発明においては、
前記第1の固定磁性層79の磁化は、図示Y方向に固定
され、前記第2の固定磁性層77の磁化は図示Y方向と
反対方向に固定されている。あるいは前記第1の固定磁
性層79の磁化は、図示Y方向と反対方向に固定され、
前記第2の固定磁性層77の磁化は、図示Y方向に固定
されている。
Next, the heat treatment method will be described. Temporary
And Ms · t of the first pinned magnetic layer 79. P1Is the second
Ms · t of pinned magnetic layer 77P2Greater than, before
In the direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layer 79 is desired to be directed, 10
Apply a magnetic field of 0 to 1k (Oe) or 5k (Oe)
Just go. Alternatively, Ms · t of the first pinned magnetic layer 79
P1Is the Ms · t of the second pinned magnetic layer 77.P2Less than
If desired, the magnetization of the first pinned magnetic layer 79 should be oriented.
100-1k (Oe) in the opposite direction, or the above
5 k (O
e) The above magnetic field may be applied. In the present invention,
The magnetization of the first pinned magnetic layer 79 is pinned in the Y direction in the figure.
The magnetization of the second pinned magnetic layer 77 is in the Y direction in the drawing.
It is fixed in the opposite direction. Alternatively, the first fixed magnet
The magnetization of the flexible layer 79 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the drawing,
The magnetization of the second pinned magnetic layer 77 is pinned in the Y direction in the figure.
Has been done.

【0250】また本発明では、図示X方向及び図示Y方
向を正の方向、図示X方向と反対方向及び図示Y方向と
反対方向を負の方向とした場合、第1のフリー磁性層7
3のMs・tF1と第2のフリー磁性層71のMs・tF2
を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値
は、第1の固定磁性層79のMs・tP1と第2の固定磁
性層77のMs・tP2を足し合わせた合成磁気モーメン
トの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│
(Ms・tF1+Ms・tF2)/(Ms・tp1+Ms・t
P2)│>1であることが好ましい。
In the present invention, when the X direction and the Y direction shown in the drawing are positive, and the direction opposite to the X direction shown and the direction opposite to the Y direction are negative, the first free magnetic layer 7 is formed.
3 Ms · t F1 and the second free magnetic layer 71 Ms · t F2
The sum, the absolute value of a so-called synthetic magnetic moment than the absolute value of the resultant magnetic moment and Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 79 the sum of Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 77 Is also preferably larger. That is, │
(Ms · t F1 + Ms · t F2 ) / (Ms · t p1 + Ms · t
P2 ) │> 1 is preferable.

【0251】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 calculated as the absolute value of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 79 and the second pinned magnetic layer 77. By increasing the value, the first
Of the first free magnetic layer 79 and the second free magnetic layer 77 are less susceptible to the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 79 and the second pinned magnetic layer 77.
The magnetizations of the free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 are rotated with high sensitivity to an external magnetic field, and the output can be improved.

【0252】図11は本発明の第6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12
は図11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。
FIG. 11 is a transverse sectional view showing the structure of the spin-valve type thin film element according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the spin-valve type thin film element shown in FIG. 11 viewed from the side facing a recording medium.

【0253】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。
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 laminated above and below a free magnetic layer as a center. The magnetic layer and the pinned magnetic layer are divided into two layers with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween.

【0254】図11、12に示す最も下側に形成されて
いる層は、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1
00、第1のフリー磁性層101、非磁性導電層10
4、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. 11 and 12 is an underlayer 91. On this underlayer 91, an antiferromagnetic layer 92, a first pinned magnetic layer (bottom) 93, Non-magnetic intermediate layer 94 (lower), second pinned magnetic layer (lower) 95, non-magnetic conductive layer 96, second free magnetic layer 97, non-magnetic intermediate layer 1
00, the first free magnetic layer 101, the non-magnetic conductive layer 10
4, a second pinned magnetic layer (upper) 105, a nonmagnetic intermediate layer (upper) 106, a first pinned magnetic layer (upper) 107, an antiferromagnetic layer 108, and a protective layer 109 are formed.

【0255】まず材質について説明する。反強磁性層9
2,108は、PtMn合金で形成されていることが好
ましい。PtMn合金は、従来から反強磁性層として使
用されているNiMn合金やFeMn合金などに比べて
耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結
合磁界(交換異方性磁界)も大きい。また本発明では、
前記PtMn合金に代えて、X―Mn(ただしXは、P
d,Ir,Rh,Ruのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金、あるいは、Pt―Mn―X′(ただ
しX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Agのいず
れか1種または2種以上の元素である)合金を使用して
もよい。
First, the material will be described. Antiferromagnetic layer 9
2, 108 are preferably formed of PtMn alloy. The PtMn alloy has excellent corrosion resistance, a high blocking temperature, and a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field), as compared with NiMn alloys and FeMn alloys that have been conventionally used as antiferromagnetic layers. In the present invention,
Instead of the PtMn alloy, X-Mn (where X is P
An alloy of any one of d, Ir, Rh, and Ru or two or more elements, or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, or Ag). Alloys, which may be one or more elements).

【0256】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C
oNiFe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、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96,104は
Cuなどで形成されている。
First fixed magnetic layer (bottom) 93, (top) 10
7, and the second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105
Is a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, or C
It is formed of an oNiFe alloy or the like. The non-magnetic intermediate layers (bottom) 94, (top) formed between the first pinned magnetic layers (bottom) 93, (top) 107 and the second pinned magnetic layers (bottom) 95, (top) 105. 106 and the non-magnetic intermediate layer 100 formed between the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are Ru, Rh, Ir, Cr, Re,
It is preferable to be formed of one or more alloys of Cu. Furthermore, the nonmagnetic conductive layers 96 and 104 are formed of Cu or the like.

【0257】図11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。
As shown in FIG. 11, 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 via the non-magnetic intermediate layer 100 are made of, for example, a NiFe alloy, a CoFe alloy, or a CoNiFe alloy. Has been formed.

【0258】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、ΔMR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。
Layer 9 in contact with nonmagnetic conductive layers 96 and 104
By forming Co films 8 and 103, ΔMR can be increased, and further diffusion with the nonmagnetic conductive layers 96 and 104 can be prevented.

【0259】次に各層の膜厚の適正範囲について説明す
る。まずフリー磁性層の下側に形成されている第1の固
定磁性層(下)93の膜厚tP1と、第2の固定磁性層
(下)95の膜厚tP2との膜厚比、及びフリー磁性層の
上側に形成されている第1の固定磁性層(上)107の
膜厚tP1と第2の固定磁性層(上)105の膜厚tP2
の膜厚比は、(第1の固定磁性層(下)93,(上)1
07の膜厚tP1)/(第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の膜厚tP2)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内であることが好ましく、し
かも、第1の固定磁性層(下)93,(上)107及び
第2の固定磁性層(下)95,(上)105の膜厚は、
共に10〜70オングストロームの範囲内で形成され、
且つ、│第1の固定磁性層(下)93,(上)107の
膜厚tP1―第2の固定磁性層(下)95,(上)105
の膜厚tP2│≧2オングストロームで形成されているこ
とが好ましい。上記範囲内であれば500(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。
Next, the appropriate range of the film thickness of each layer will be described. First the first pinned magnetic layer formed on the lower side of the free magnetic layer and the thickness t P1 (bottom) 93, the thickness ratio between the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 95, and the film thickness ratio between the film thickness t P2 of the free magnetic layer first pinned magnetic layer formed on the upper side of (above) 107 thickness t P1 and the second fixed magnetic layer (upper) 105 ( First pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 1
07 film thickness t P1 ) / (second pinned magnetic layer (bottom) 95,
The film thickness t P2 of (upper) 105 is preferably in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4, and the first pinned magnetic layer (lower) 93, (upper) ) 107 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105
Both are formed within the range of 10 to 70 angstroms,
And | thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 107-second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105
The film thickness t P2 | ≧ 2 angstrom is preferably formed. Within the above range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more.

【0260】また本発明では、(第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の膜厚tP1)/(第2の固定
磁性層(下)95,(上)105の膜厚tP2)は、0.
53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内で
あることが好ましく、しかも、第1の固定磁性層(下)
93,(上)107及び第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の膜厚は、共に10〜50オングストロー
ムの範囲内で形成され、且つ、│第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の膜厚tP1―第2の固定磁性
層(下)95,(上)105の膜厚tP2│≧2オングス
トロームで形成されていることが好ましい。上記範囲内
であれば1000(Oe)以上の交換結合磁界を得るこ
とが可能である。
In the present invention, (the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 107) / (the film thickness of the second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105) t P2 ) is 0.
It is preferably within the range of 53 to 0.95, or 1.05 to 1.8, and the first pinned magnetic layer (bottom)
93, (top) 107 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95,
The film thickness of (upper) 105 is formed within the range of 10 to 50 angstroms, and | the film thickness t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 93, (upper) 107 −second fixed magnetic layer It is preferable that the layers (bottom) 95 and (top) 105 are formed to have a film thickness t P2 | ≧ 2 Å. Within the above range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more.

【0261】ところで、本発明では前述したように、反
強磁性層92,108としてPtMn合金など、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熱処理を
必要とする反強磁性材料を使用している。
In the present invention, as described above, the antiferromagnetic layers 92 and 108 are made of PtMn alloy or the like, and the exchange coupling magnetic field (exchange different magnetic field) is generated at the interfaces with the first pinned magnetic layers (bottom) 93 and (top) 107. An antiferromagnetic material that requires heat treatment to generate an isotropic magnetic field is used.

【0262】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)9
5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)105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、磁気ヘッドの信頼性を向上
させることができる。
However, the antiferromagnetic layer 92 and the first pinned magnetic layer (bottom) 93 formed below the free magnetic layer.
At the interface with and, since the diffusion of the metal element easily occurs and the thermal diffusion layer is easily formed, the magnetic film thickness that functions as the first pinned magnetic layer (lower) 93 is the actual film thickness. It is thinner than t P1 . Therefore, in order to make the exchange-coupling magnetic field generated in the laminated film above the free magnetic layer and the exchange-coupling magnetic field generated in the lower laminated film almost equal to each other, it is formed below the free magnetic layer (first 1 pinned magnetic layer (bottom) 93 film thickness t P1 / second pinned magnetic layer (bottom) 9
5 (thickness t P2 ) is formed above the free magnetic layer (thickness t P1 of first pinned magnetic layer (upper) 107 / thickness of second fixed magnetic layer (upper) 105) It is preferably larger than t P2.The exchange coupling magnetic field generated from the laminated film above the free magnetic layer is made equal to the exchange coupling magnetic field generated from the laminated film below the free magnetic layer to produce the exchange coupling magnetic field. The process deterioration is small, and the reliability of the magnetic head can be improved.

【0263】前述したように、第1の固定磁性層(下)
93,(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固
定磁性層(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・
P2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態には
なりにくく、また第1の固定磁性層(下)93,(上)
107の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層
(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2の差
が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり
好ましくない。そこで本発明では、第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の膜厚tP1と第2の固定磁性
層(下)95,(上)105の膜厚tP2の膜厚比と同じ
ように、(第1の固定磁性層(下)93,(上)107
の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定磁性層(下)
95,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2)は、0.
33〜0.95、あるいは1.05〜4の範囲内とであ
ることが好ましい。また本発明では、第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1及び
第2の固定磁性層(下)95,(上)105の磁気的膜
厚Ms・tP2が10〜70(オングストローム・テス
ラ)の範囲内で、且つ第1の固定磁性層(下)93,
(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1から第2の固定磁
性層(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2
を引いた絶対値が2(オングストローム・テスラ)以上
であることが好ましい。
As described above, the first pinned magnetic layer (bottom)
93, (top) 107 magnetic film thickness Ms.t P1 and second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105 magnetic film thickness Ms.t.
If there is no difference in t P2 to some extent, the magnetization state is unlikely to be a ferri state, and the first pinned magnetic layers (bottom) 93, (top)
107 magnetic film thickness Ms · t P1 and the second pinned magnetic layer (lower) 95, even if the difference between the magnetic film thickness Ms · t P2 (upper) 105 is too large, a decrease in the exchange coupling magnetic field Connection is not preferable. Therefore, in the present invention, the first pinned magnetic layer (lower) 93, (top) 107 thickness t P1 and the second fixed magnetic layer (lower) 95, the thickness ratio of the thickness t P2 (upper) 105 In the same manner as in (First pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 107
Magnetic film thickness Ms · t P1 ) / (second pinned magnetic layer (bottom))
95, (top) 105 has a magnetic film thickness Ms · t P2 of 0.
It is preferably within the range of 33 to 0.95, or 1.05 to 4. Further, in the present invention, the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 107 and the magnetic film thickness of the second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105. Ms · t P2 is in the range of 10 to 70 (angstrom tesla), and the first fixed magnetic layer (bottom) 93,
(Top) 107 magnetic film thickness Ms · t P1 to second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105 magnetic film thickness Ms · t P2
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting 2 is 2 (angstrom tesla) or more.

【0264】また(第1の固定磁性層(下)93,
(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定
磁性層(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・t
P2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.
8の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内
であって、第1の固定磁性層(下)93,(上)107
の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層(下)9
5,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2は共に10〜
50(オングストローム・テスラ)の範囲内であり、し
かも第1の固定磁性層(下)93,(上)107の磁気
的膜厚Ms・tP1から第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値は
2(オングストローム・テスラ)以上であることが好ま
しい。
In addition, (the first pinned magnetic layer (bottom) 93,
(Top) 107 magnetic film thickness Ms · t P1 ) / (second pinned magnetic layer (bottom) 95, (top) 105 magnetic film thickness Ms · t
P2 ) is 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.
More preferably, it is within the range of 8. Within the above range, the first pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 107
Magnetic film thickness Ms · t P1 and second pinned magnetic layer (bottom) 9
5, (upper) 105 has a magnetic film thickness Ms · t P2 of 10
In the range of 50 (angstrom tesla), the first pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 107 magnetic film thickness Ms · t P1 to the second pinned magnetic layer (bottom) 95,
(Top) The absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 of 105 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0265】また本発明では、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と第2の
固定磁性層(下)95の間に介在する非磁性中間層
(下)94の膜厚は、3.6〜9.6オングストローム
の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば5
00(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができる。
より好ましくは、4〜9.4オングストロームの範囲内
であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上の交
換結合磁界を得ることが可能である。
Further, in the present invention, the non-magnetic intermediate layer interposed between the first pinned magnetic layer (lower) 93 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 formed below the free magnetic layer. The film thickness of (bottom) 94 is preferably in the range of 3.6 to 9.6 angstroms. 5 within this range
An exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more can be obtained.
More preferably, it is in the range of 4 to 9.4 Å, and in this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more.

【0266】また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と第2の固定磁性層
(上)105との間に介在する非磁性中間層(上)10
6の膜厚は、2.5〜6.4オングストローム、あるい
は6.6〜10.7オングストロームの範囲内であるこ
とが好ましい。この範囲内であると少なくとも500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
また、2.8〜6.2オングストローム、あるいは6.
8〜10.3オングストロームの範囲内であることがよ
り好ましく、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができる。
Further, the non-magnetic intermediate layer (upper) 10 interposed between the first pinned magnetic layer (upper) 107 and the second pinned magnetic layer (upper) 105 formed above the free magnetic layer.
The film thickness of 6 is preferably in the range of 2.5 to 6.4 angstroms, or 6.6 to 10.7 angstroms. At least 500 within this range
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more.
In addition, 2.8 to 6.2 angstrom, or 6.
It is more preferably in the range of 8 to 10.3 Å, and in this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0267】さらに本発明では、反強磁性層92,10
8の膜厚は、100オングストローム以上であることが
好ましく、前記反強磁性層92,108を100オング
ストローム以上で形成することにより、少なくとも50
0(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができる。ま
た本発明では、前記反強磁性層92,108の膜厚を1
10オングストローム以上で形成すれば、少なくとも1
000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができ
る。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layers 92, 10
It is preferable that the film thickness of No. 8 is 100 angstroms or more. By forming the antiferromagnetic layers 92 and 108 to be 100 angstroms or more, at least 50
An exchange coupling magnetic field of 0 (Oe) or more can be obtained. In the present invention, the thickness of the antiferromagnetic layers 92 and 108 is set to 1
At least 1 if formed with 10 angstroms or more
An exchange coupling magnetic field of 000 (Oe) or more can be obtained.

【0268】また本発明では、第1のフリー磁性層10
1の膜厚をtF1とし、第2のフリー磁性層97の膜厚を
F2とした場合、(第1のフリー磁性層101の膜厚t
F1/第2のフリー磁性層97の膜厚tF2)は、0.56
〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内であること
が好ましい。この範囲内であると500(Oe)以上の
交換結合磁界を得ることが可能である。また、前記(第
1のフリー磁性層の膜厚/第2のフリー磁性層の膜厚)
は、0.61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の
範囲内であることがより好ましく、この範囲内である
と、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できる。
Further, in the present invention, the first free magnetic layer 10
When the film thickness of the first free magnetic layer 101 is t F1 and the film thickness of the second free magnetic layer 97 is t F2 , (the film thickness t of the first free magnetic layer 101 is t
F1 / the thickness t F2 of the second free magnetic layer 97 is 0.56
It is preferably within the range of 0.83 or 1.25 to 1.25. Within this range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. In addition, (the thickness of the first free magnetic layer / the thickness of the second free magnetic layer)
Is more preferably in the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1, and in this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0269】また、第1のフリー磁性層101の磁気的
膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層97の磁気的膜厚
Ms・tF2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状
態にはなりにくく、また第1のフリー磁性層101の磁
気的膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層97の磁気的
膜厚Ms・tF2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁
界の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、
第1のフリー磁性層101の膜厚tF1と第2のフリー磁
性層97の膜厚tF2との膜厚比と同じように、(第1の
フリー磁性層101の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2
のフリー磁性層97の磁気的膜厚Ms・tF2)は、0.
56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内である
ことが好ましい。また本発明では、(第1のフリー磁性
層101の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー磁
性層97の磁気的膜厚Ms・tF2)が0.61〜0.8
3、あるいは1.25〜2.1の範囲内であることがよ
り好ましい。
[0269] Also, the first free somewhat difference in magnetic film thickness Ms · t F2 of magnetic film thickness Ms · t F1 and the second free magnetic layer 97 of the magnetic layer 101 is not present, the magnetization state ferrimagnetic state Even if the difference between the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 101 and the magnetic film thickness Ms · t F2 of the second free magnetic layer 97 becomes too large, the exchange coupling will occur. This is not preferable because it leads to a decrease in the magnetic field. Therefore, in the present invention,
Similar to the film thickness ratio between the film thickness t F1 of the first free magnetic layer 101 and the film thickness t F2 of the second free magnetic layer 97, (the magnetic film thickness Ms. t F1 ) / (second
The free magnetic layer 97 has a magnetic film thickness Ms · t F2 ) of 0.
It is preferably within the range of 56 to 0.83, or 1.25 to 5. Further, in the present invention, (the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 101) / (the magnetic film thickness Ms · t F2 of the second free magnetic layer 97) is 0.61 to 0.8.
More preferably, it is within the range of 3 or 1.25 to 2.1.

【0270】また、第1のフリー磁性層101と第2の
フリー磁性層97との間に介在する非磁性中間層100
は、その膜厚が、5.5〜10.0オングストロームの
範囲内で形成されていることが好ましく、この範囲内で
あると、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。また、前記非磁性中間層100の膜厚
は、5.9〜9.4オングストロームの範囲内であるこ
とがより好ましく、この範囲内であると1000(O
e)以上の交換結合磁界を得ることができる。
Further, the nonmagnetic intermediate layer 100 interposed between the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97.
Is preferably formed to have a film thickness within the range of 5.5 to 10.0 Å, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. . Further, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer 100 is more preferably within the range of 5.9 to 9.4 angstroms, and within this range 1000 (O
e) The above exchange coupling magnetic field can be obtained.

【0271】なお本発明では、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との膜厚比、第1の固定磁性層(下)9
3,(上)107と第2の固定磁性層(下)95,
(上)105、非磁性中間層(下)94,(上)10
6、及び反強磁性層92,108の膜厚、さらには、第
1のフリー磁性層101と第2のフリー磁性層97の膜
厚比、及び非磁性中間層100の膜厚を上記範囲内で適
正に調節すれば、従来と同程度のΔMRを得ることが可
能である。
In the present invention, the first pinned magnetic layer (bottom)
93, (top) 107 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95,
(Upper) film thickness ratio with 105, first pinned magnetic layer (lower) 9
3, (top) 107 and second pinned magnetic layer (bottom) 95,
(Top) 105, non-magnetic intermediate layer (bottom) 94, (top) 10
6, and the film thickness of the antiferromagnetic layers 92 and 108, the film thickness ratio of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97, and the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 100 within the above ranges. By appropriately adjusting with, it is possible to obtain the same ΔMR as the conventional one.

【0272】ところで、図11,12に示すデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層の上下
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101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。
By the way, in the dual spin-valve type thin film element shown in FIGS. 11 and 12, the second pinned magnetic layers (bottom) 95, (top) formed above and below the free magnetic layer.
The magnetizations of 105 need to be oriented in opposite directions. This is formed by dividing the free magnetic layer into two layers, the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97, and the magnetization of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer. This is because the magnetization of 97 is antiparallel.

【0273】例えば図11,12に示すように、第1の
フリー磁性層101の磁化が図示X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X方向に磁化された
状態となっている。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. 11 and 12, assuming that the magnetization of the first free magnetic layer 101 is magnetized in the direction opposite to the X direction in the drawing, the first free magnetic layer 101.
By the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with
The free magnetic layer 97 is magnetized in the X direction in the figure. The magnetizations of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are adapted to be reversed under the influence of an external magnetic field while maintaining the ferri state.

【0274】図11,図12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101の
磁化及び第2のフリー磁性層97の磁化は共にΔMRに
関与する層となっており、前記第1のフリー磁性層10
1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ΔMRを期待できるデュアルスピンバル
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)105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)10
5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9
7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 type thin film element shown in FIGS. 11 and 12, both the magnetization of the first free magnetic layer 101 and the magnetization of the second free magnetic layer 97 are layers involved in ΔMR. And the first free magnetic layer 10
The electrical resistance changes depending on the relationship between the variable magnetizations of the first and second free magnetic layers 97 and the fixed magnetizations of the second pinned magnetic layers (lower) 95 and (upper) 105. In order to exert the function as a dual spin valve type thin film element capable of expecting a larger ΔMR as compared with the single spin valve type thin film element, the resistance change between the first free magnetic layer 101 and the second pinned magnetic layer (upper) 105. Also, the second pinned magnetic layers (bottom) 95, (top) 10 are arranged so that the resistance changes of the second free magnetic layer 97 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95 both show the same variation.
It is necessary to control the magnetization direction of No. 5. That is, the first
Free magnetic layer 101 and second pinned magnetic layer (upper) 105
When the resistance change between the second free magnetic layer 9 and
7 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 are also maximized in resistance change, and the resistance change between the first free magnetic layer 101 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 should be minimized.

【0275】よって図11,12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101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
必要性があるのである。
Therefore, in the dual spin-valve type thin film element shown in FIGS. 11 and 12, since the magnetizations of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are antiparallel to each other, the second fixed magnetic layer is formed. It is necessary to magnetize the layer (upper) 105 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 in opposite directions.

【0276】本発明では、上記のような理由から、第2
の固定磁性層(下)95の磁化と、第2の固定磁性層
(上)105の磁化とを反対方向に向けて固定している
が、このような磁化方向の制御を行うためには、各固定
磁性層のMs・tと、熱処理中に与える磁場の方向及び
大きさを適正に調節する必要がある。
In the present invention, for the above reason, the second
The magnetization of the pinned magnetic layer (bottom) 95 and the magnetization of the second pinned magnetic layer (top) 105 are fixed in the opposite directions. In order to control such a magnetization direction, It is necessary to properly adjust the Ms · t of each pinned magnetic layer and the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment.

【0277】まず各固定磁性層のMs・tについては、
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Ms・tP1を、第2の固定磁性層
(上)105のMs・tP2よりも大きくし、且つ、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Ms・tP1を、第2の固定磁性層(下)9
5のMs・tP2よりも小さくするか、あるいは、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Ms・tP1を、第2の固定磁性層105
(上)のMs・tP2よりも小さくし、且つ、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Ms・tP1を、第2の固定磁性層(下)95のM
s・tP2よりも大きくする必要がある。
First, regarding Ms · t of each pinned magnetic layer,
Free magnetic layer first pinned magnetic layer formed above the the Ms · t P1 (top) 107, and larger than the Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (upper) 105, and, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 93 formed below the free magnetic layer is set to the second pinned magnetic layer (bottom) 9
5 is smaller than Ms · t P2 , or Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer is set to the second pinned magnetic layer 105.
The first pinned magnetic layer (bottom), which is smaller than Ms · t P2 in (top) and is formed below the free magnetic layer.
93 Ms · t P1 to the second pinned magnetic layer (bottom) 95 Ms
It must be larger than s · t P2 .

【0278】本発明では、反強磁性層92,108とし
てPtMn合金など磁場中アニール(熱処理)を施すこ
とにより、第1の固定磁性層(下)93,(上)107
との界面で交換結合磁界を発生する反強磁性材料を使用
しているので、熱処理中に印加する磁場の方向とその大
きさを適正に調節しなければならない。本発明では、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Ms・tP1を、第2の固定磁性層
(上)105のMs・tP2よりも大きくし、且つ、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Ms・tP1を、第2の固定磁性層(下)9
5のMs・tP2よりも小さくした場合にあっては、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の磁化を向けたい方向に、100〜1k
(Oe)の磁界を与える。
In the present invention, the antiferromagnetic layers 92 and 108 are annealed (heat treated) in a magnetic field with a PtMn alloy or the like, so that the first pinned magnetic layers (bottom) 93 and (top) 107 are formed.
Since an antiferromagnetic material that generates an exchange coupling magnetic field at the interface with and is used, the direction and magnitude of the magnetic field applied during heat treatment must be adjusted appropriately. In the present invention, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer is larger than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (upper) 105. In addition, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (bottom) 93 formed below the free magnetic layer is set to the second pinned magnetic layer (bottom) 9
When it is smaller than Ms · t P2 of 5, the magnetization direction of the first pinned magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer is 100 to 1 k.
A magnetic field of (Oe) is applied.

【0279】例えば、図11に示すように、前記第1の
固定磁性層(上)107の磁化を図示Y方向に向けたい
場合には、図示Y方向に100〜1k(Oe)の磁界を
与える。ここでMs・tP1の大きい前記第1の固定磁性
層(上)107と、フリー磁性層よりも下側に形成され
た第2の固定磁性層(下)95が共に前記印加磁場の方
向、すなわち図示Y方向に向く。一方、フリー磁性層よ
りも上側に形成されたMs・tP2の小さい第2の固定磁
性層(上)105の磁化は、第1の固定磁性層(上)1
07との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
前記第1の固定磁性層(上)107の磁化方向と反平行
に磁化される。同様にフリー磁性層よりも下側に形成さ
れたMs・tP1の小さい第1の固定磁性層(下)93の
磁化は、第2の固定磁性層(下)95の磁化とフェリ状
態になろうとして、図示Y方向と反対方向に磁化され
る。熱処理によって反強磁性層108との界面で発生す
る交換結合磁界(交換異方性磁界)により、フリー磁性
層よりも上側に形成された第1の固定磁性層(上)10
7の磁化は図示Y方向に固定され、第2の固定磁性層
(上)105の磁化は図示Y方向と反対方向に固定され
る。同様に、交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て、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の磁化は、図示Y方向と反対方向に
固定され、第2の固定磁性層(下)95の磁化は図示Y
方向に固定される。
For example, as shown in FIG. 11, when it is desired to direct the magnetization of the first pinned magnetic layer (upper) 107 in the Y direction shown in the drawing, a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied in the Y direction shown in the drawing. . Here, the first pinned magnetic layer (top) 107 having a large Ms · t P1 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95 formed below the free magnetic layer are both in the direction of the applied magnetic field, That is, it faces the Y direction in the figure. On the other hand, the magnetization of the second pinned magnetic layer (upper) 105 having a smaller Ms · t P2 formed on the upper side of the free magnetic layer is 1st pinned magnetic layer (upper).
By the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with 07,
It is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the first pinned magnetic layer (upper) 107. Similarly, the magnetization of the first pinned magnetic layer (bottom) 93 having a smaller Ms · t P1 formed below the free magnetic layer is in a ferri state with the magnetization of the second pinned magnetic layer (bottom) 95. As a result, the magnet is magnetized in the direction opposite to the Y direction in the drawing. The first pinned magnetic layer (upper) 10 formed above the free magnetic layer by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 108 by the heat treatment.
The magnetization of No. 7 is fixed in the Y direction in the drawing, and the magnetization of the second pinned magnetic layer (upper) 105 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the drawing. Similarly, the magnetization of the first pinned magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer is pinned in the direction opposite to the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field). , The magnetization of the second pinned magnetic layer (bottom) 95 is Y in the figure.
Fixed in the direction.

【0280】また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Ms・tP1を、第
2の固定磁性層(上)105のMs・tP2よりも小さく
し、且つ、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Ms・tP1を、第2の固定
磁性層(下)95のMs・tP2よりも大きくした場合に
は、フリー磁性層よりも下側に形成された第1の固定磁
性層(下)93の磁化を向けたい方向に、磁界を100
〜1k(Oe)与える。
The Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer is smaller than the Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (upper) 105. and, and, the first fixed magnetic layer which is formed below the free magnetic layer Ms · t P1 (bottom) 93, than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 95 When it is increased, the magnetic field is set to 100 in the direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer is desired to be directed.
Give ~ 1k (Oe).

【0281】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ΔMRを得ることができる。
As described above, the second pinned magnetic layers (bottom) 95 and (top) 105 formed above and below the free magnetic layer.
By magnetizing in the opposite direction, it is possible to obtain the same ΔMR as that of the conventional dual spin valve thin film element.

【0282】また本発明では、フェリ状態の第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
とを、外部磁界に対してより感度良く反転できるように
するために、第1のフリー磁性層101の磁気モーメン
トと第2のフリー磁性層97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が、前記フリー磁性層より
も下側に形成されている第1の固定磁性層(下)93の
磁気モーメントと第2の固定磁性層(下)95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、及びフ
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の磁気モーメントと第2の固定磁性層
(上)105の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁
気モーメントよりも大きくなるようにすればよい。すな
わち、例えば、図示X方向及び図示Y方向の磁気モーメ
ントを正の値、図示X方向と反対方向及び図示Y方向と
反対方向の磁気モーメントを負の値とした場合、合成磁
気モーメント│Ms・tF1+Ms・tF2│が、第1の固
定磁性層(上)107と第2の固定磁性層(上)105
との磁気モーメントで形成される合成磁気モーメント│
Ms・tP1+Ms・tP2│及び、第1の固定磁性層
(下)93及び第2の固定磁性層(下)95との合成磁
気モーメント│Ms・tP1+Ms・tP2│よりも大きく
なっていることが好ましい。
Further, in the present invention, the magnetization of the first free magnetic layer 101 and the magnetization of the second free magnetic layer 97 in the ferri state can be inverted with higher sensitivity to an external magnetic field. The combined magnetic moment of the magnetic moment of the first free magnetic layer 101 and the magnetic moment of the second free magnetic layer 97 is the first pinned magnetic layer formed below the free magnetic layer ( (Bottom) 93 and second pinned magnetic layer (bottom) 95 combined magnetic moment, and first pinned magnetic layer (top) formed above the free magnetic layer. The magnetic moment of 107 and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer (upper) 105 may be larger than the combined magnetic moment. That is, for example, when the magnetic moments in the illustrated X direction and the illustrated Y direction are positive values and the magnetic moments in the opposite direction to the illustrated X direction and the opposite direction to the illustrated Y direction are negative values, the combined magnetic moment | Ms · t F1 + Ms · t F2 | is the first pinned magnetic layer (top) 107 and the second pinned magnetic layer (top) 105
Synthetic magnetic moment formed by the magnetic moment of
Greater than Ms · t P1 + Ms · t P2 | and the combined magnetic moment | Ms · t P1 + Ms · t P2 | of the first pinned magnetic layer (bottom) 93 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95 Is preferred.

【0283】以上、図7から図12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。
As described above, in the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 7 to 12, not only the fixed magnetic layer but also the free magnetic layer has the first free magnetic layer and the second free magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer. By dividing the two free magnetic layers into an antiparallel state (ferri state) by an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two free magnetic layers. The magnetizations of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer can be inverted with high sensitivity to an external magnetic field.

【0284】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ΔMRを得る
ことが可能となっている。
Further, in the present invention, the film thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, and the non-magnetic intervening between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. The film thickness of the intermediate layer, the film thickness ratio between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, or the non-magnetic intermediate layer interposed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer. By forming the film thickness of the layer and the film thickness of the antiferromagnetic layer within an appropriate range,
The exchange coupling magnetic field can be increased, and the magnetization state of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is fixed magnetization,
The magnetization state of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer can be changed to a variable magnetization to maintain a thermally stable ferri state, and moreover, a ΔMR comparable to the conventional one can be obtained. Has become.

【0285】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。
In the present invention, the antiparallel state (ferry state) between the magnetization of the first pinned magnetic layer and the magnetization of the second pinned magnetic layer is further thermally adjusted by further adjusting the direction of the sense current. It is also possible to maintain a stable state.

【0286】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。
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 fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer, and a sense current flows from this conductive layer. Shed The sense current mainly flows in the non-magnetic conductive layer having a low specific resistance, the interface between the non-magnetic conductive layer and the pinned magnetic layer, and the interface between the non-magnetic conductive layer and the free magnetic layer. In the present invention, the pinned magnetic layer is divided into the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, and the sense current is mainly applied to the interface between the second pinned magnetic layer and the non-magnetic conductive layer. Flowing.

【0287】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。
When the sense current flows, a sense current magnetic field is formed according to the right-handed screw law. In the present invention, the sense current magnetic field has the same direction as the direction of the synthetic magnetic moment that can be obtained by adding the magnetic moments of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer. The direction of current flow is adjusted.

【0288】図1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54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5
2及び第2の固定磁性層54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。
In the spin-valve type thin film element shown in FIG.
The second pinned magnetic layer 54 is formed below the nonmagnetic conductive layer 15. In this case, the first pinned magnetic layer 5
Of the second and second pinned magnetic layers 54, the direction of the sense current magnetic field is aligned with the magnetization direction of the pinned magnetic layer having the larger magnetic moment.

【0289】図1に示すように、前記第2の固定磁性層
54の磁気モーメントは第1の固定磁性層52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54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52の磁
気モーメントと第2の固定磁性層54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. 1, the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 54 is larger than that of the first pinned magnetic layer 52, and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 54 is shown. Direction opposite to Y direction (left direction in the figure)
Suitable for Therefore, the combined magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 54 is directed in the direction opposite to the Y direction in the drawing (left direction in the drawing).

【0290】前述のように、非磁性導電層15は第2の
固定磁性層54及び第1の固定磁性層52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112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52と第2の固定磁性層54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 nonmagnetic conductive layer 15 is formed above the second pinned magnetic layer 54 and the first pinned magnetic layer 52. For this reason, the sense current magnetic field formed mainly by the sense current 112 flowing mainly in the nonmagnetic conductive layer 15 is directed to the left in the figure below the nonmagnetic conductive layer 15 so that the sense current magnetic field is directed to the left side in the drawing. The flowing direction of 112 may be controlled. By doing so, the direction of the synthetic magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 and the direction of the sense current magnetic field coincide with each other.

【0291】図1に示すように前記センス電流112は
図示X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、図示左方向(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
のセンス電流磁界によって、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52と第2の固定
磁性層54間に作用する交換結合磁界(RKKY相互作
用)が増幅され、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. 1, the sense current 112 is passed in the X direction shown. According to the right-handed screw law, the sense current magnetic field formed by passing the sense current is formed clockwise with respect to the paper surface. Therefore, the sense current magnetic field in the left direction in the figure (the direction opposite to the Y direction in the figure) is applied to the layer below the nonmagnetic conductive layer 15, and the sense magnetic field reinforces the synthetic magnetic moment. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 is amplified, and the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 52 are amplified. The antiparallel state of the magnetization of the pinned magnetic layer 54 can be more thermally stabilized.

【0292】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300(O
e)と大きくなる。
In particular, when a sense current of 1 mA is applied, 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 rotation speed of the recording medium is increased to about 1000 rpm, and the increase in the rotation speed raises the temperature inside the apparatus to about 100 ° C. Therefore, for example, when a sense current of 10 mA is applied, the element temperature of the spin valve thin film element is about 250 ° C.
And the sense current magnetic field is 300 (O
e) It becomes large.

【0293】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52の磁気モーメントと第2の固定磁性層5
4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52の磁化と第2の固定磁性層5
4の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。
In such an extremely high environmental temperature and when a large sense current flows, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 5 are increased.
When the direction of the synthetic magnetic moment that can be obtained by adding 4 and the direction of the sense current magnetic field are opposite to each other, the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 5
The antiparallel state with the magnetization of 4 is easily broken.

【0294】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り、そのために本発明ではブロ
ッキング温度が約400℃程度のPtMn合金を使用し
ている。
In order to withstand even a high environmental temperature, in addition to adjusting the direction of the sense current magnetic field, an antiferromagnetic material having a high blocking temperature is used for the antiferromagnetic layer 11.
Therefore, in the present invention, a PtMn alloy having a blocking temperature of about 400 ° C. is used.

【0295】なお図1に示す第1の固定磁性層52の磁
気モーメントと第2の固定磁性層54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X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。
The composite magnetic moment formed by the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 54 shown in FIG. 1 is directed to the right (Y direction in the drawing) in the figure. In this case, the sense current may be made to flow in the direction opposite to the X direction in the drawing so that the sense current magnetic field is formed counterclockwise with respect to the paper surface.

【0296】次に図3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3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3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おり、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 FIG. 3 will be described. In FIG. 3, the second pinned magnetic layer 25 and the first pinned magnetic layer 27 are formed above the nonmagnetic conductive layer 24. As shown in FIG.
The magnetic moment of the pinned magnetic layer 27 is larger than that of the second pinned magnetic layer 25, and the direction of the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 27 is the Y direction in the drawing (the right direction in the drawing). ). Therefore, the combined magnetic moment of the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 27 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 25 is directed to the right in the figure.

【0297】図3に示すように、センス電流113は図
示X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25の磁
化との反平行状態は壊れ難くなっている。
As shown in FIG. 3, the sense current 113 is passed in the X direction shown. According to the right-handed screw law, the sense current magnetic field formed by flowing the sense current 113 is formed clockwise with respect to the paper surface. Since the second pinned magnetic layer 25 and the first pinned magnetic layer 27 are formed above the nonmagnetic conductive layer 24, the second pinned magnetic layer 25 is formed.
And, the sense current magnetic field in the right direction in the figure (the direction opposite to the Y direction in the figure) enters the first pinned magnetic layer 27, which coincides with the direction of the synthetic magnetic moment, and thus the first pinned magnetic layer is formed. The antiparallel state between the magnetization of the magnetic layer 27 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 25 is hard to break.

【0298】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X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 in the figure (the direction opposite to the Y direction in the figure), the sense current 113 is made to flow in the direction opposite to the X direction in the figure, and the sense current 113 is made to flow. It is necessary to generate the sense current magnetic field formed counterclockwise with respect to the paper surface so that the direction of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 matches the direction of the sense current magnetic field. There is.

【0299】図5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)34,(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。
The spin-valve type thin film element shown in FIG.
(Upper) 43 and second pinned magnetic layers (lower) 34, (upper) 41
Is a dual spin-valve type thin film element formed with.

【0300】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。
In this dual spin-valve type thin film element, the first pinned magnetic layers (bottom) 32, (top) 43 are arranged so that the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 are directed in mutually opposite directions. Direction and magnitude of the magnetic moment of the second fixed magnetic layer (bottom) 34, (top)
It is necessary to control the direction and magnitude of the magnetic moment of 41.

【0301】図5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. 5, the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 formed below the free magnetic layer 36 is equal to the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (lower) 32. And the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 is directed to the right in the drawing (Y direction in the drawing). Therefore, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (bottom) 32 and the second pinned magnetic layer (bottom)
The combined magnetic moment that can be obtained by adding the magnetic moments of 34 is oriented in the right direction in the drawing (Y direction in the drawing). 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, and the first pinned magnetic layer is also fixed. The magnetic moment of the magnetic layer (upper) 43 is directed to the left in the drawing (opposite to the Y direction in the drawing). Therefore, the combined magnetic moment that can be obtained by adding the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (upper) 43 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 41 is leftward in the figure (Y direction in the figure). (Opposite direction). As described above, in the present invention, the synthetic magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 are directed in mutually opposite directions.

【0302】本発明では図5に示すように、センス電流
114は図示X方向と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
ンス電流磁界は紙面に対し左回りに形成される。
In the present invention, as shown in FIG. 5, the sense current 114 is passed in the direction opposite to the X direction shown. As a result, the sense current magnetic field formed by flowing the sense current 114 is formed counterclockwise with respect to the paper surface.

【0303】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36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)4
1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。
The combined magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 is in the right direction in the drawing (Y direction in the drawing).
In addition, since the combined magnetic moment formed above the free magnetic layer 36 is directed in the left direction in the drawing (the direction opposite to the Y direction in the drawing), the directions of the two combined magnetic moments are the same as the direction of the sense current magnetic field. The first pinned magnetic layer (bottom) 32 formed under the free magnetic layer 36 in agreement
And the magnetization of the second pinned magnetic layer (bottom) 34 in an antiparallel state, and the magnetization of the first pinned magnetic layer (top) 43 formed above the free magnetic layer 36 and the second pinned magnetic layer. (Top) 4
It is possible to maintain the antiparallel state of the magnetization of No. 1 in a thermally stable state.

【0304】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X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。
The synthetic 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 to the right side in the drawing, the sense current 1
It is necessary to cause 14 to flow in the X direction in the drawing so that the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current and the direction of the synthetic magnetic moment are matched.

【0305】また図7及び図9では、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
膜素子の実施例であるが、図7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1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, in FIG. 7 and FIG. 9, the spin valve thin film element formed by dividing the free magnetic layer into two layers of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer with the non-magnetic intermediate layer interposed therebetween. In the case where the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are formed below the non-magnetic conductive layer 55 as in the spin valve thin film element shown in FIG. In that case, the control of the sense current direction may be performed similarly to the case of the spin valve thin film element shown in FIG.

【0306】また図9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3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, in the case where the first pinned magnetic layer 79 and the second pinned magnetic layer 77 are formed above the non-magnetic conductive layer 76 as in the spin valve thin film element shown in FIG. The same control of the sense current direction as in the case of the spin valve thin film element shown in FIG. 3 may be performed.

【0307】以上のように本発明によれば、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)を熱的に安定した
状態に保つことが可能である。
As described above, according to the present invention, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer are added. By matching the directions of the synthetic magnetic moments that can be obtained by matching, the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is amplified, It is possible to keep the antiparallel state (ferri state) of the magnetization of the first pinned magnetic layer and the magnetization of the second pinned magnetic layer in a thermally stable state.

【0308】特に本発明では、より熱的安定性を向上さ
せるために、反強磁性層にPtMn合金などのブロッキ
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。
Particularly in the present invention, an antiferromagnetic material having a high blocking temperature, such as a PtMn alloy, is used for the antiferromagnetic layer in order to further improve thermal stability. It is possible to make the magnetization of the first pinned magnetic layer and the magnetization of the second pinned magnetic layer in the antiparallel state (ferri state) hard to break even when the magnetization is significantly increased as compared with the above.

【0309】また高記録密度化に対応するためセンス電
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。
When the amount of sense current is increased to increase the reproduction output in order to cope with the higher recording density, the sense current magnetic field also increases accordingly. However, in the present invention, the sense current magnetic field is the first. Since it has the effect of amplifying the exchange coupling magnetic field acting between the pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, the magnetization state of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is increased by the increase of the sense current magnetic field. Will be more stable.

【0310】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。
The control of the sense current direction can be applied to any antiferromagnetic material used in the antiferromagnetic layer. For example, the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer (first pinned magnetic layer) can be used. Exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with
It does not matter whether the heat treatment is necessary or not to generate.

【0311】さらに、従来のように、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。
Furthermore, even in the case of a single spin-valve type thin film element in which the pinned magnetic layer is formed of a single layer as in the prior art, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the above-mentioned sense current is By matching the magnetization direction of the pinned magnetic layer with the magnetization direction of the pinned magnetic layer, the magnetization of the pinned magnetic layer can be thermally stabilized.

【0312】[0312]

【実施例】本発明では、まず固定磁性層を、非磁性中間
層を介して第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2層
に分断して形成したスピンバルブ型薄膜素子を使用し、
前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の膜厚比と、
交換結合磁界(Hex)及びΔMR(抵抗変化率)との
関係について測定した。
EXAMPLE In the present invention, a spin-valve type thin film element formed by dividing a pinned magnetic layer into two layers of a first pinned magnetic layer and a second pinned magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer is used. Then
A film thickness ratio between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer,
The relationship between the exchange coupling magnetic field (Hex) and ΔMR (rate of change in resistance) was measured.

【0313】まず、第1の固定磁性層(反強磁性層に接
する側の固定磁性層)を20オングストローム又は40
オングストロームに固定し、第2の固定磁性層の膜厚を
変化させて、前記第2の固定磁性層の膜厚と、交換結合
磁界及びΔMRとの関係について調べた。実験に使用し
た膜構成は以下の通りである。Si基板/アルミナ/T
a(30)/反強磁性層;PtMn(150)/第1の
固定磁性層;Co(20又は40)/非磁性中間層;R
u(7)/第2の固定磁性層;Co(X)/非磁性導電
層;Cu(25)/フリー磁性層;Co(10)+Ni
Fe(40)/Ta(30)である。なお各層における
括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロ
ームである。
First, the first pinned magnetic layer (the pinned magnetic layer on the side in contact with the antiferromagnetic layer) is set to 20 angstroms or 40 nm.
The film thickness of the second pinned magnetic layer was changed with the film thickness fixed to angstrom, and the relationship between the film thickness of the second pinned magnetic layer and the exchange coupling magnetic field and ΔMR was examined. The film configuration used in the experiment is as follows. Si substrate / alumina / T
a (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (150) / first pinned magnetic layer; Co (20 or 40) / nonmagnetic intermediate layer; R
u (7) / second pinned magnetic layer; Co (X) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / free magnetic layer; Co (10) + Ni
It is Fe (40) / Ta (30). The numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0314】また本発明では、上記スピンバルブ型薄膜
素子を成膜した後、200(Oe)の磁場を印加しなが
ら260℃で4時間の熱処理を施した。その実験結果を
図14及び図15に示す。
Further, in the present invention, after forming the above spin-valve type thin film element, heat treatment was performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe). The experimental results are shown in FIGS. 14 and 15.

【0315】図14に示すように、第1の固定磁性層
(P1)の膜厚tP1を20オングストロームで固定した
場合、第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2を、20オ
ングストロームにすると、急激に交換結合磁界(He
x)は低下し、且つ、前記膜厚t P2を厚くすることによ
り、前記交換結合磁界は徐々に低下していくことがわか
る。また前記第1の固定磁性層(P1)の膜厚tP1を4
0オングストロームで固定した場合、第2の固定磁性層
(P2)の膜厚tP2を40オングストロームにすると急
激に交換結合磁界は低下し、且つ前記膜厚tP2を40オ
ングストロームよりも大きくすると、徐々に交換結合磁
界は低下していくことがわかる。また、前記膜厚tP2
40オングストロームよりも小さくしていくと、約26
オングストロームまでは交換結合磁界は大きくなるが、
前記膜厚tP2を26オングストロームよりも小さくして
いくと、交換結合磁界は小さくなっていくことがわか
る。
As shown in FIG. 14, the first pinned magnetic layer
Film thickness t of (P1)P1Fixed at 20 Å
In this case, the film thickness t of the second pinned magnetic layer (P2)P220 o
In ngström, the exchange coupling magnetic field (He
x) decreases and the film thickness t P2By thickening
It can be seen that the exchange coupling magnetic field gradually decreases.
It The film thickness t of the first pinned magnetic layer (P1)P14
The second pinned magnetic layer when pinned at 0 angstrom
Film thickness t of (P2)P2Suddenly when you set 40 angstroms
The exchange coupling magnetic field drops sharply, and the film thickness tP240 o
If it is larger than ngstrom, the exchange coupling magnetism gradually increases.
You can see that the world is going down. Also, the film thickness tP2To
If you make it smaller than 40 angstrom, it will be about 26
The exchange coupling magnetic field becomes large up to Angstrom,
The film thickness tP2Smaller than 26 angstroms
It turns out that the exchange coupling magnetic field becomes smaller as
It

【0316】ところで第1の固定磁性層(P1)の膜厚
P1と第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2とがほぼ同
じ膜厚で形成されると、急激に交換結合磁界が低下する
のは、前記第1の固定磁性層(P1)の磁化と第2の固
定磁性層(P2)の磁化とが、互いに反平行に磁化され
ない、いわゆるフェリ状態になりにくいからではないか
と推測される。
[0316] Incidentally When the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (P1) and the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (P2) are formed substantially the same thickness, rapidly exchange coupling magnetic field May be because the magnetization of the first pinned magnetic layer (P1) and the magnetization of the second pinned magnetic layer (P2) are not magnetized antiparallel to each other, which is unlikely to be a so-called ferri state. Guessed.

【0317】上述した膜構成に示すように、第1の固定
磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P2)は共にCo
膜で形成されているので、同じ飽和磁化(Ms)を有し
ている。さらにほぼ同じ膜厚で形成されることにより、
第1の固定磁性層(P1)の磁気モーメント(Ms・t
P1)と第2の固定磁性層(P2)の磁気モーメント(M
s・tP2)は、ほぼ同じ値で設定されている。
As shown in the above film structure, both the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) are made of Co.
Since they are formed of a film, they have the same saturation magnetization (Ms). Furthermore, by being formed with almost the same film thickness,
The magnetic moment (Ms · t) of the first pinned magnetic layer (P1)
P1 ) and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (P2) (M
s · t P2 ) is set to almost the same value.

【0318】本発明では、反強磁性層にPtMn合金を
使用しているので、成膜後磁場中アニールを施すことに
より、第1の固定磁性層(P1)との界面で交換結合磁
界を発生させ、前記第1の固定磁性層(P1)をある一
定方向に固定しようとしている。
Since the PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer in the present invention, an exchange coupling magnetic field is generated at the interface with the first pinned magnetic layer (P1) by performing annealing in a magnetic field after film formation. Then, the first pinned magnetic layer (P1) is to be pinned in a certain direction.

【0319】ところが、第1の固定磁性層(P1)と第
2の固定磁性層(P2)の磁気モーメントがほぼ同じ値
であると、磁場を印加して熱処理を施したときに、前記
第1の固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P2)
とが、共に磁場方向に向こうとする。本来なら、第1の
固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P2)との間
には交換結合磁界(RKKY相互作用)が発生し、前記
第1の固定磁性層(P1)の磁化と第2の固定磁性層
(P2)の磁化は、反平行状態(フェリ状態)に磁化さ
れようとするが、第1の固定磁性層(P1)と第2の固
定磁性層(P2)の磁化が互いに磁場方向に向こうとす
るため、反平行状態に磁化されにくく、第1の固定磁性
層(P1)と第2の固定磁性層(P2)の磁化状態は、
外部磁界などに対し非常に不安定な状態となっている。
However, when the magnetic moments of the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) are substantially the same, the first magnetic layer is subjected to heat treatment by applying a magnetic field. Pinned magnetic layer (P1) and second pinned magnetic layer (P2)
And both try to go in the direction of the magnetic field. Originally, an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) is generated between the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2), and the first pinned magnetic layer (P1) The magnetization and the magnetization of the second pinned magnetic layer (P2) tend to be magnetized in an antiparallel state (ferri state), but the magnetizations of the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) are Since the magnetizations are directed toward each other in the magnetic field direction, it is difficult to magnetize in an antiparallel state, and the magnetization states of the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) are
It is extremely unstable with respect to external magnetic fields.

【0320】このため、第1の固定磁性層(P1)の磁
気モーメントと第2の固定磁性層(P2)の磁気モーメ
ントとの差をある程度つけることが好ましいが、図14
に示すように、第1の固定磁性層(P1)の膜厚tP1
第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2の差が大きくなり
すぎ、第1の固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層
(P2)の磁気モーメントの差がありすぎると、交換結
合磁界が低下し、反平行状態が崩れやすいという問題が
ある。
Therefore, it is preferable to make some difference between the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (P1) and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (P2).
As shown, the first difference in the film thickness t P2 is too large for fixed magnetic layer thickness t P1 and the second fixed magnetic layer (P1) (P2), the first pinned magnetic layer (P1) If the difference in magnetic moment between the second pinned magnetic layer (P2) and the second pinned magnetic layer (P2) is too large, the exchange-coupling magnetic field lowers, and the antiparallel state is likely to collapse.

【0321】図16,17は、第2の固定磁性層(P
2)の膜厚tP2を30オングストロームで固定し、第1
の固定磁性層(P1)の膜厚tP1を変化させたときの、
前記第1の固定磁性層の膜厚tP1と交換結合磁界(He
x)及びΔMRとの関係を表すグラフである。この実験
で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は以下の通
りである。Si基板/アルミナ/Ta(30)/PtM
n(150)/第1の固定磁性層;Co(X)/非磁性
中間層;Ru(7)/第2の固定磁性層;Co(30)
/非磁性導電層;Cu(25)/フリー磁性層;Co
(10)+NiFe(40)/Ta(30)である。な
お各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。
16 and 17 show the second pinned magnetic layer (P
The film thickness t P2 of 2) is fixed at 30 Å,
When the film thickness t P1 of the pinned magnetic layer (P1) of
The thickness t P1 of the first pinned magnetic layer and the exchange coupling magnetic field (He
3 is a graph showing the relationship between x) and ΔMR. The film structure of the spin valve thin film element used in this experiment is as follows. Si substrate / alumina / Ta (30) / PtM
n (150) / first pinned magnetic layer; Co (X) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (7) / second pinned magnetic layer; Co (30)
/ Non-magnetic conductive layer; Cu (25) / Free magnetic layer; Co
(10) + NiFe (40) / Ta (30). The numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0322】また本発明では、上記スピンバルブ型薄膜
素子を成膜した後、200(Oe)の磁場を印加しなが
ら260℃で4時間の熱処理を施した。
Further, in the present invention, after the above spin-valve type thin film element was formed, heat treatment was carried out at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe).

【0323】図16に示すように、第1の固定磁性層
(P1)の膜厚tP1を30オングストロームにした場
合、すなわち第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2と同
じ膜厚で形成した場合、交換結合磁界(Hex)は急激
に低下することがわかる。これは上述した理由による。
As shown in FIG. 16, when the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (P1) is 30 Å, that is, the same film thickness t P2 as the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (P2). It can be seen that the exchange coupling magnetic field (Hex) drops sharply when formed by. This is because of the reason described above.

【0324】また、第1の固定磁性層(P1)の膜厚t
P1が約32オングストロームのときも交換結合磁界は小
さくなっていることがわかる。これは熱拡散層の発生に
より、第1の固定磁性層の磁気的な膜厚が実際の膜厚t
P1よりも小さくなり、第2の固定磁性層の膜厚tP2(=
30オングストローム)に近づくからである。
Also, the film thickness t of the first pinned magnetic layer (P1)
It can be seen that the exchange coupling magnetic field is small even when P1 is about 32 Å. This is because the magnetic film thickness of the first pinned magnetic layer is the actual film thickness t due to the generation of the thermal diffusion layer.
It becomes smaller than P1 and the film thickness of the second pinned magnetic layer t P2 (=
This is because it approaches 30 angstroms).

【0325】前記熱拡散層は、反強磁性層と第1の固定
磁性層との界面において、金属元素が拡散することによ
って形成されるが、前記熱拡散層は、この実験で使用し
た膜構成に示すように、フリー磁性層よりも下側に反強
磁性層及び固定磁性層を形成した場合に発生しやすくな
る。
The thermal diffusion layer is formed by diffusing a metal element at the interface between the antiferromagnetic layer and the first pinned magnetic layer. The thermal diffusion layer has the film structure used in this experiment. As shown in (3), it tends to occur when the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer are formed below the free magnetic layer.

【0326】図18は、デュアルスピンバルブ型薄膜素
子を製作し、前記デュアルスピンバルブ型薄膜素子の2
個の第2の固定磁性層を共に20オングストロームに固
定し、2個の第1の固定磁性層のそれぞれの膜厚を変化
させた場合における、前記第1の固定磁性層の膜厚と、
交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラフである。
この実験で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は
以下の通りである。Si基板/アルミナ/Ta(30)
/反強磁性層;PtMn(150)/第1の固定磁性層
(P1 下);Co(X)/非磁性中間層;Ru(6)
/第2の固定磁性層(P2 下);Co(20)/非磁
性導電層;Cu(20)/フリー磁性層;Co(10)
+NiFe(40)+Co(10)/非磁性導電層;C
u(20)/第2の固定磁性層(P2 上);Co(2
0)/非磁性中間層;Ru(8)/第1の固定磁性層
(P1 上);Co(X)/反強磁性層;PtMn(1
50)/保護層;Ta(30)である。なお各層におけ
る括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングスト
ロームである。
In FIG. 18, a dual spin-valve type thin film element is manufactured.
And the film thicknesses of the first pinned magnetic layers when the two pinned magnetic layers are both fixed to 20 angstroms and the film thickness of each of the two first pinned magnetic layers is changed,
It is a graph which shows the relationship with an exchange coupling magnetic field (Hex).
The film structure of the spin valve thin film element used in this experiment is as follows. Si substrate / alumina / Ta (30)
/ Antiferromagnetic layer; PtMn (150) / First pinned magnetic layer (below P1); Co (X) / Nonmagnetic intermediate layer; Ru (6)
/ Second pinned magnetic layer (below P2); Co (20) / Nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / Free magnetic layer; Co (10)
+ NiFe (40) + Co (10) / nonmagnetic conductive layer; C
u (20) / second pinned magnetic layer (on P2); Co (2
0) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (8) / first pinned magnetic layer (on P1); Co (X) / antiferromagnetic layer; PtMn (1)
50) / protective layer; Ta (30). The numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0327】また本発明では、上記スピンバルブ型薄膜
素子を成膜した後、200(Oe)の磁場を印加しなが
ら260℃で4時間の熱処理を施した。
Further, in the present invention, after forming the above spin-valve type thin film element, heat treatment was performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe).

【0328】なお、実験では、フリー磁性層よりも下側
に形成された第1の固定磁性層(P1 下)を25オン
グストロームで固定して、フリー磁性層よりも上側に形
成された第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚を変化さ
せ、前記第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚と、交換
結合磁界(Hex)との関係について調べた。
In the experiment, the first pinned magnetic layer (below P1) formed below the free magnetic layer was fixed at 25 angstroms, and the first pinned magnetic layer formed above the free magnetic layer was fixed. The thickness of the pinned magnetic layer (on P1) was changed, and the relationship between the film thickness of the first pinned magnetic layer (on P1) and the exchange coupling magnetic field (Hex) was examined.

【0329】また、フリー磁性層よりも上側に形成され
た第1の固定磁性層(P1 上)を25オングストロー
ムで固定して、フリー磁性層よりも下側に形成された第
1の固定磁性層(P1 下)の膜厚を変化させ、前記第
1の固定磁性層(P1 下)の膜厚と交換結合磁界との
関係について調べた。
The first pinned magnetic layer (above P1) formed above the free magnetic layer is fixed at 25 angstroms to form the first pinned magnetic layer below the free magnetic layer. The film thickness (under P1) was changed and the relationship between the film thickness of the first pinned magnetic layer (under P1) and the exchange coupling magnetic field was examined.

【0330】図18に示すように、第1の固定磁性層
(P1 下)を25オングストロームで固定し、第1の
固定磁性層(P1 上)の膜厚を20オングストローム
に近づけていくと、徐々に交換結合磁界は大きくなって
いくが、前記第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚が約
18〜22オングストロームになると、第2の固定磁性
層(P1 上)の膜厚とほぼ同じ膜厚になることから、
上述した理由により、急激に交換結合磁界は低下してし
まう。また前記第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚を
22オングストロームから30オングストロームまで徐
々に大きくしていくと、徐々に交換結合磁界は低下して
いくことがわかる。
As shown in FIG. 18, the first pinned magnetic layer (below P1) was fixed at 25 angstroms, and the film thickness of the first pinned magnetic layer (above P1) was gradually approached to 20 angstroms. Although the exchange coupling magnetic field increases, when the film thickness of the first pinned magnetic layer (on P1) is about 18 to 22 angstroms, it is almost the same as the film thickness of the second pinned magnetic layer (on P1). Since it becomes the film thickness,
Due to the above-mentioned reason, the exchange coupling magnetic field is sharply reduced. Further, it can be seen that when the film thickness of the first pinned magnetic layer (on P1) is gradually increased from 22 angstroms to 30 angstroms, the exchange coupling magnetic field gradually decreases.

【0331】また図18に示すように、第1の固定磁性
層(P1 上)を25オングストローム7で固定し、第
1の固定磁性層(P1 下)の膜厚を20オングストロ
ームに近づけると、徐々に交換結合磁界は大きくなって
いくが、前記第1の固定磁性層(P1 下)の膜厚が約
18〜22オングストロームになると、急激に交換結合
磁界は低下している。また前記第1の固定磁性層(P1
下)の膜厚を22オングストロームよりも大きくする
と、前記膜厚が約26オングストロームまで交換結合磁
界は大きくなるが、前記膜厚を26オングストローム以
上にすると、交換結合磁界は低下することがわかる。
As shown in FIG. 18, the first pinned magnetic layer (on P1) is fixed at 25 angstroms 7, and the film thickness of the first pinned magnetic layer (below P1) is gradually approached to 20 angstroms. However, the exchange coupling magnetic field decreases rapidly when the film thickness of the first pinned magnetic layer (below P1) reaches about 18 to 22 angstroms. The first pinned magnetic layer (P1
It can be seen that when the film thickness in (bottom) is larger than 22 Å, the exchange coupling magnetic field increases until the film thickness reaches about 26 Å, but when the film thickness is 26 Å or more, the exchange coupling magnetic field decreases.

【0332】ここで、第1の固定磁性層(P1)の膜厚
を約22オングストローム程度にした場合の、第1の固
定磁性層(P1 上)における交換結合磁界と、第1の
固定磁性層(P1 下)における交換結合磁界とを比較
すると、第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚を約22
オングストローム程度にした場合の方が、第1の固定磁
性層(P1 下)を約22オングストローム程度にした
場合に比べ交換結合磁界を大きくできることがわかる。
これは前述したように、第1の固定磁性層(P1 下)
と、反強磁性層との界面には、熱拡散層が形成されやす
いので、前記第1の固定磁性層の磁気的な膜厚は、実質
的に小さくなり、第2の固定磁性層(P2 下)の膜厚
とほぼ同程度になってしまうからである。
Here, the exchange coupling magnetic field in the first pinned magnetic layer (on P1) and the first pinned magnetic layer when the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) is set to about 22 Å. Comparing with the exchange coupling magnetic field in (P1 lower), the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1 upper) is about 22.
It can be seen that the exchange coupling magnetic field can be increased when the thickness is set to about angstrom, compared with the case where the first pinned magnetic layer (below P1) is set to about 22 angstrom.
As described above, this is the first pinned magnetic layer (below P1).
Since a thermal diffusion layer is easily formed at the interface with the antiferromagnetic layer, the magnetic film thickness of the first pinned magnetic layer is substantially reduced, and the second pinned magnetic layer (P2 This is because it will be almost the same as the film thickness in (below).

【0333】以上、図14、図16、及び図18に示す
実験結果により本発明では、500(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることができる(第1の固定磁性層(P
1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜厚)を
調べた。
As described above, according to the experimental results shown in FIGS. 14, 16 and 18, in the present invention, the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained (the first pinned magnetic layer (P
The film thickness of 1) / (film thickness of the second pinned magnetic layer (P2)) was examined.

【0334】まず図14に示すように、第1の固定磁性
層(P1)を20オングストロームに固定した場合、5
00(Oe)以上の交換結合磁界を得るには、(第1の
固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P
2)の膜厚)を、0.33以上0.91以下、あるいは
1.1以上にしなければいけないことがわかる。なおこ
のときの第2の固定磁性層(P2)の膜厚は、10〜6
0オングストローム(18〜22オングストロームを除
く)の範囲内である。
First, as shown in FIG. 14, when the first pinned magnetic layer (P1) is pinned to 20 angstroms, 5
To obtain an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more, (film thickness of first pinned magnetic layer (P1)) / (second pinned magnetic layer (P1)
It is understood that the film thickness 2) must be 0.33 or more and 0.91 or less, or 1.1 or more. The film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) at this time is 10 to 6
Within the range of 0 Å (excluding 18 to 22 Å).

【0335】次に図14に示すように、第1の固定磁性
層(P1)を40オングストロームに固定した場合、5
00(Oe)以上の交換結合磁界を得るには、(第1の
固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P
2)の膜厚)を、0.57以上0.95以下、1.05
以上4以下にしなければいけないことがわかる。なおこ
のときの第2の固定磁性層(P2)の膜厚は、10〜6
0オングストローム(38〜42オングストロームを除
く)の範囲内である。
Next, as shown in FIG. 14, when the first pinned magnetic layer (P1) is pinned to 40 angstroms, 5
To obtain an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more, (film thickness of first pinned magnetic layer (P1)) / (second pinned magnetic layer (P1)
2) film thickness) is 0.57 or more and 0.95 or less, 1.05
It is understood that the number should be 4 or less. The film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) at this time is 10 to 6
It is within the range of 0 Å (excluding 38 to 42 Å).

【0336】次に、図16に示すように、第2の固定磁
性層(P2)を30オングストロームに固定した場合、
500(Oe)以上の交換結合磁界を得るには、(第1
の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層
(P2)の膜厚)を、0.33以上0.93以下、ある
いは1.06以上2.33以下にしなければいけないこ
とがわかる。なおこのときの第1の固定磁性層(P1)
の膜厚は、10〜70オングストローム(28〜32オ
ングストロームを除く)の範囲内である。
Next, as shown in FIG. 16, when the second pinned magnetic layer (P2) is pinned to 30 Å,
To obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more, (first
(Thickness of pinned magnetic layer (P1)) / (thickness of second pinned magnetic layer (P2)) must be 0.33 or more and 0.93 or less, or 1.06 or more and 2.33 or less. I understand. At this time, the first pinned magnetic layer (P1)
Is in the range of 10 to 70 Å (excluding 28 to 32 Å).

【0337】さらに図18に示すように、デュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、(第1の固定磁
性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の
膜厚)の範囲のうち、0.9以上1.1以下の範囲を外
せば、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できることがわかる。
Further, as shown in FIG. 18, in the case of a dual spin-valve type thin film element, (film thickness of first pinned magnetic layer (P1)) / (second pinned magnetic layer (P2)) It can be seen that an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained by removing the range of 0.9 or more and 1.1 or less in the range of (film thickness).

【0338】ここで500(Oe)以上の交換結合を得
ることができる最も広い膜厚比の範囲を取ると、(第1
の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層
(P2)の膜厚)は、0.33〜0.95、あるいは
1.05〜4の範囲内となる。
Here, taking the widest range of film thickness ratios with which exchange coupling of 500 (Oe) or more can be obtained (first
(Thickness of pinned magnetic layer (P1)) / (thickness of second pinned magnetic layer (P2)) is in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4.

【0339】ただし、交換結合磁界は膜厚比のみなら
ず、第1の固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P
2)の膜厚も重要な要素の一つであるので、さらに、上
述した膜厚比の範囲内で、しかも第1の固定磁性層(P
1)の膜厚及び第2の固定磁性層(P2)の膜厚を、1
0〜70オングストロームの範囲内とし、且つ第1の固
定磁性層(P1)の膜厚から第2の固定磁性層(P2)
の膜厚を引いた絶対値を2オングストローム以上にすれ
ば、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可
能になる。
However, the exchange coupling magnetic field is not limited to the film thickness ratio, and the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P
Since the film thickness of 2) is one of the important factors, further, within the range of the above film thickness ratio, the first pinned magnetic layer (P
The film thickness of 1) and the film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) are set to 1
Within the range of 0 to 70 angstrom, and from the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) to the second pinned magnetic layer (P2).
If the absolute value obtained by subtracting the film thickness of 2 is set to 2 angstroms or more, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more.

【0340】次に本発明では、1000(Oe)以上の
交換結合磁界を得ることができる(第1の固定磁性層
(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)を調べた。
Next, in the present invention, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained (film thickness of the first pinned magnetic layer (P1)) / (film of the second pinned magnetic layer (P2)). Thickness).

【0341】まず図14に示すように、第1の固定磁性
層(P1)を20オングストロームにした場合、(第1
の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層
(P2)の膜厚)を0.53〜0.91、あるいは1.
1以上にすれば1000(Oe)以上の交換結合磁界を
得ることが可能である。なおこのときの第2の固定磁性
層(P2)の膜厚は、10〜38オングストローム(1
8〜22オングストロームを除く)の範囲内である。
First, as shown in FIG. 14, when the first pinned magnetic layer (P1) is set to 20 angstroms (first
(Thickness of pinned magnetic layer (P1)) / (thickness of second pinned magnetic layer (P2)) is 0.53 to 0.91, or 1.
If it is 1 or more, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. The film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) at this time is 10 to 38 angstroms (1
8 to 22 angstroms are excluded).

【0342】また図14に示すように、第1の固定磁性
層(P1)を40オングストロームにした場合、(第1
の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層
(P2)の膜厚)を0.88〜0.95、あるいは1.
05〜1.8の範囲内にすれば、1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。なおこのとき
の第2の固定磁性層(P2)の膜厚は、22〜45オン
グストローム(38〜42オングストロームを除く)の
範囲内である。
Further, as shown in FIG. 14, when the first pinned magnetic layer (P1) is set to 40 angstroms (first
(The film thickness of the pinned magnetic layer (P1)) / (the film thickness of the second pinned magnetic layer (P2)) is 0.88 to 0.95, or 1.
Within the range of 05 to 1.8, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more. The film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) at this time is in the range of 22 to 45 angstroms (excluding 38 to 42 angstroms).

【0343】さらに図16に示すように、第2の固定磁
性層(P2)を30オングストロームに固定した場合、
(第1の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁
性層(P2)の膜厚)を0.56〜0.93、あるいは
1.06〜1.6の範囲内であれば1000(Oe)以
上の交換結合磁界を得ることが可能である。なおこのと
きの第1の固定磁性層(P1)の膜厚は、10〜50オ
ングストローム(28〜32オングストロームを除く)
の範囲内である。
Further, as shown in FIG. 16, when the second pinned magnetic layer (P2) is pinned to 30 angstroms,
(The thickness of the first pinned magnetic layer (P1)) / (the thickness of the second pinned magnetic layer (P2)) is within the range of 0.56 to 0.93, or 1.06 to 1.6. If so, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more. The film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) at this time is 10 to 50 angstroms (excluding 28 to 32 angstroms).
Within the range of.

【0344】また図18に示すように、デュアルスピン
バルブ型薄膜素子の場合にあっては、(第1の固定磁性
層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)を0.5〜0.9、あるいは1.1〜1.5程度の
範囲内にすれば、1000(Oe)以上の交換結合磁界
を得ることが可能となっている。
As shown in FIG. 18, in the case of a dual spin valve thin film element, (film thickness of first pinned magnetic layer (P1)) / (second pinned magnetic layer (P2)) It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more by setting the film thickness) in the range of 0.5 to 0.9, or 1.1 to 1.5.

【0345】従って、1000(Oe)以上の交換結合
磁界を得るには、第1の固定磁性層(P1)の膜厚)/
(第2の固定磁性層(P2)の膜厚)を、0.53〜
0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内にし、さ
らに、第1の固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層
(P2)の膜厚を10〜50オングストロームの範囲内
で、しかも第1の固定磁性層(P1)の膜厚から第2の
固定磁性層(P2)の膜厚を引いた絶対値が2オングス
トローム以上であることが好ましい。
Therefore, in order to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more, the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1)) /
(The film thickness of the second pinned magnetic layer (P2)) is 0.53 to
0.95, or 1.05 to 1.8, and further, the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) within the range of 10 to 50 angstroms. Moreover, it is preferable that the absolute value obtained by subtracting the film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) from the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) is 2 angstroms or more.

【0346】なお図15及び図17に示すように、上述
した膜厚比及び膜厚の範囲内であれば、ΔMRもそれほ
ど低下せず、約6%以上のΔMRを得ることが可能であ
る。このΔMRの値は従来のスピンバルブ型薄膜素子
(シングルスピンバルブ型薄膜素子に限る)のΔMRと
同程度か若干低い値である。
As shown in FIGS. 15 and 17, if the film thickness ratio and the film thickness range described above are satisfied, ΔMR does not decrease so much, and ΔMR of about 6% or more can be obtained. The value of this ΔMR is the same as or slightly lower than the ΔMR of the conventional spin valve thin film element (limited to the single spin valve thin film element).

【0347】また図15に示すように、第1の固定磁性
層(P1)を40オングストロームにした場合、第2の
固定磁性層(P1)を20オングストロームにした場合
に比べて、ややΔMRは小さくなることがわかる。
Further, as shown in FIG. 15, when the first pinned magnetic layer (P1) is 40 angstroms, ΔMR is slightly smaller than when the second pinned magnetic layer (P1) is 20 angstroms. You can see.

【0348】前記第1の固定磁性層(P1)は、実際に
はΔMRに関与しない層であり、前記ΔMRは、第2の
固定磁性層(P2)の固定磁化と、フリー磁性層の変動
磁化との関係で決定される。ところがセンス電流は、Δ
MRに関与しない第1の固定磁性層(P1)にも流れる
ため、いわゆるシャントロス(分流ロス)が発生し、こ
のシャントロスは、第1の固定磁性層(P1)の膜厚が
厚くなるほど大きくなる。以上のような理由から、第1
の固定磁性層(P1)の膜厚が厚くなるほど、ΔMRは
低下しやすい傾向にある。
The first pinned magnetic layer (P1) is a layer that does not actually participate in ΔMR, and ΔMR is the pinned magnetization of the second pinned magnetic layer (P2) and the variable magnetization of the free magnetic layer. It is decided in relation to. However, the sense current is Δ
Since it also flows in the first pinned magnetic layer (P1) not involved in MR, so-called shunt loss (shunt loss) occurs, and this shunt loss increases as the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) increases. Become. For the above reasons, the first
The thicker the fixed magnetic layer (P1) is, the more the ΔMR tends to decrease.

【0349】次に、第1の固定磁性層(P1)と第2の
固定磁性層(P2)の間に形成される非磁性中間層の適
正な膜厚について測定した。なお、実験には、フリー磁
性層よりも下側に反強磁性層が形成されたボトム型と、
フリー磁性層よりも上側に反強磁性層が形成されたトッ
プ型の2種類のスピンバルブ型薄膜素子を製作し、前記
非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界との関係について調
べた。実験に使用したボトム型のスピンバルブ型薄膜素
子の膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/反強磁性層;PtMn(200)/第1の固定磁
性層;Co(20)/非磁性中間層;Ru(X)/第2
の固定磁性層;Co(25)/非磁性導電層;Co(1
0)/フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)
/Ta(30)であり、トップ型のスピンバルブ型薄膜
素子の膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta
(30)/フリー磁性層;NiFe(40)+Co(1
0)/非磁性導電層;Cu(25)/第2の固定磁性
層;Co(25)/非磁性中間層;Ru(X)/第1の
固定磁性層;Co(20)/反強磁性層;PtMn(2
00)/Ta(30)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。
Next, the proper film thickness of the non-magnetic intermediate layer formed between the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) was measured. In the experiment, a bottom type in which an antiferromagnetic layer was formed below the free magnetic layer,
Two types of top-type spin-valve type thin film elements in which an antiferromagnetic layer was formed above the free magnetic layer were manufactured, and the relationship between the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer and the exchange coupling magnetic field was investigated. The film structure of the bottom type spin valve thin film element used in the experiment is as follows from the bottom: Si substrate / alumina / Ta (3
0) / antiferromagnetic layer; PtMn (200) / first pinned magnetic layer; Co (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (X) / second
Fixed magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic conductive layer; Co (1
0) / free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40)
/ Ta (30), and the film configuration of the top spin-valve thin film element is as follows: Si substrate / alumina / Ta
(30) / free magnetic layer; NiFe (40) + Co (1
0) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / second pinned magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (X) / first pinned magnetic layer; Co (20) / antiferromagnetic Layer; PtMn (2
00) / Ta (30). The numerical value in the parentheses represents the film thickness, and the unit is angstrom.

【0350】また各スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、
200(Oe)の磁場を印加しながら、260℃で4時
間の熱処理を施している。その実験結果を図19に示
す。
After forming each spin-valve type thin film element,
While applying a magnetic field of 200 (Oe), heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours. The experimental results are shown in FIG.

【0351】図19に示すように、トップ型とボトム型
とでは、Ru膜(非磁性中間層)の膜厚に対する交換結
合磁界の挙動が大きく異なっていることがわかる。
As shown in FIG. 19, the behavior of the exchange coupling magnetic field with respect to the film thickness of the Ru film (nonmagnetic intermediate layer) is greatly different between the top type and the bottom type.

【0352】本発明では500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることができる範囲を好ましいとしているの
で、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子において、50
0(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能なRu
膜の膜厚は、2.5〜6.4オングストローム、あるい
は6.6〜10.7オングストロームの範囲内であるこ
とがわかる。さらに好ましくは1000(Oe)以上の
交換結合磁界が得られる範囲内であり、前記Ru膜の膜
厚を、2.8〜6.2オングストローム、あるいは6.
8〜10.3オングストロームの範囲内にすれば、10
00(Oe)以上の交換結合磁界が得られることがわか
る。
In the present invention, the range in which the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained is preferable, and therefore, in the top type spin valve thin film element,
Ru capable of obtaining an exchange coupling magnetic field of 0 (Oe) or more
It can be seen that the film thickness is in the range of 2.5 to 6.4 angstroms, or 6.6 to 10.7 angstroms. More preferably, it is within a range where an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more is obtained, and the thickness of the Ru film is 2.8 to 6.2 angstroms, or 6.
Within the range of 8 to 10.3 angstroms, 10
It can be seen that an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more can be obtained.

【0353】次にボトム型のスピンバルブ型薄膜素子に
おいて、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能なRu膜の膜厚は、3.6〜9.6オングストロ
ームの範囲内であることがわかる。さらに、4.0〜
9.4オングストロームの範囲内とすれば、1000
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能になる。
Next, in the bottom type spin valve thin film element, the film thickness of the Ru film capable of obtaining an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more is in the range of 3.6 to 9.6 angstroms. I understand. Furthermore, 4.0-
1000 in the 9.4 angstrom range
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more.

【0354】ところで、トップ型のスピンバルブ型薄膜
素子と、ボトム型のスピンバルブ型薄膜素子とで、非磁
性中間層の適性な膜厚の範囲が異なるのは、第1の固定
磁性層と第2の固定磁性層との間に作用する交換結合磁
界(RKKY相互作用)が、下地膜の格子定数との関係
や、あるいは、磁性層の伝導電子のエネルギーバンドの
値の変化に非常に敏感に反応するためであると推測され
る。
By the way, the suitable range of the thickness of the non-magnetic intermediate layer is different between the top spin valve thin film element and the bottom spin valve thin film element because the first pinned magnetic layer and The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the second pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is very sensitive to the relationship with the lattice constant of the underlying film or the change in the value of the energy band of conduction electrons in the magnetic layer. It is presumed that this is due to the reaction.

【0355】次に本発明では、4種類のスピンバルブ型
薄膜素子(シングルスピンバルブ型薄膜素子)を製作
し、各スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層(PtMn
合金)の膜厚と、交換結合磁界との関係について測定し
た。
Next, in the present invention, four types of spin-valve type thin film elements (single spin-valve type thin-film elements) were manufactured, and the antiferromagnetic layer (PtMn) of each spin-valve type thin-film element was manufactured.
The relationship between the film thickness of the alloy) and the exchange coupling magnetic field was measured.

【0356】実施例1,2は、固定磁性層が非磁性中間
層を介して第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2層
に分断されたスピンバルブ型薄膜素子、比較例1,2
は、固定磁性層が単層で形成された従来型のスピンバル
ブ型薄膜素子である。
Examples 1 and 2 are spin valve thin film elements in which the pinned magnetic layer is divided into two layers of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer, Comparative Example 1 , 2
Is a conventional spin-valve type thin film element having a fixed magnetic layer formed of a single layer.

【0357】まず実施例1のスピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成された
トップ型であり、膜構成は下から、Si基板/アルミナ
/Ta(30)/フリー磁性層;NiFe(40)+C
o(10)/非磁性導電層;Cu(25)/第2の固定
磁性層;Co(25)/非磁性中間層;Ru(4)/第
1の固定磁性層;Co(20)/反強磁性層;PtMn
(X)/Ta(30)であり、また実施例2のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、フリー磁性層よりも下側に反強磁性
層が形成されたボトム型であり、膜構成は下から、Si
基板/アルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn
(X)/第1の固定磁性層;Co(20)/非磁性中間
層;Ru(8)/第2の固定磁性層;Co(25)/非
磁性導電層;Cu(25)/フリー磁性層;Co(1
0)+NiFe(40)/Ta(30)である。
First, the spin-valve type thin film element of Example 1 is a top type in which an antiferromagnetic layer is formed above the free magnetic layer, and the film constitution is from the bottom to the Si substrate / alumina / Ta (30). / Free magnetic layer; NiFe (40) + C
o (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / second pinned magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (4) / first pinned magnetic layer; Co (20) / anti Ferromagnetic layer; PtMn
(X) / Ta (30), and the spin valve thin film element of Example 2 is a bottom type in which an antiferromagnetic layer is formed below the free magnetic layer, and the film structure is Si
Substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn
(X) / first pinned magnetic layer; Co (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (8) / second pinned magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / free magnetic Layer; Co (1
0) + NiFe (40) / Ta (30).

【0358】また比較例1のスピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成された
トップ型であり、膜構成は下から、Si基板/アルミナ
/Ta(30)/フリー磁性層;NiFe(40)+C
o(10)/非磁性導電層;Cu(25)/固定磁性
層;Co(40)/反強磁性層;PtMn(X)/Ta
(30)であり、また比較例2のスピンバルブ型薄膜素
子は、フリー磁性層よりも反強磁性層が下側に形成され
たボトム型であり、膜構成は下から、Si基板/アルミ
ナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn(X)/固定
磁性層;Co(40)/非磁性導電層;Cu(25)/
フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)/Ta
(30)である。
The spin-valve type thin film element of Comparative Example 1 is of the top type in which the antiferromagnetic layer is formed above the free magnetic layer, and the film constitution is from the bottom to the Si substrate / alumina / Ta (30). / Free magnetic layer; NiFe (40) + C
o (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / fixed magnetic layer; Co (40) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) / Ta
(30), and the spin-valve type thin film element of Comparative Example 2 is a bottom type in which the antiferromagnetic layer is formed below the free magnetic layer, and the film constitution is from the bottom to Si substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) / fixed magnetic layer; Co (40) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) /
Free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40) / Ta
(30).

【0359】なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜構成に
おいて括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオング
ストロームである。
In the film constitution of each spin-valve type thin film element, the numerical value in parentheses indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0360】さらに本発明ではスピンバルブ型薄膜素子
の成膜後、実施例1,2にあっては、200(Oe)の
磁場、比較例1,2にあっては、2k(Oe)の磁場を
印加しながら、260℃で4時間の熱処理を施してい
る。その実験結果を図20に示す。
Further, in the present invention, after forming the spin-valve type thin film element, a magnetic field of 200 (Oe) in Examples 1 and 2, and a magnetic field of 2 k (Oe) in Comparative Examples 1 and 2. Is applied for 4 hours at 260 ° C. The experimental results are shown in FIG.

【0361】図20に示すように、4種類のスピンバル
ブ型薄膜素子は全て、PtMn合金の膜厚を厚くするこ
とにより、交換結合磁界を大きくできることがわかる。
As shown in FIG. 20, it can be understood that the exchange coupling magnetic field can be increased by increasing the film thickness of the PtMn alloy in all four types of spin valve thin film elements.

【0362】ここで本発明では、500(Oe)以上の
交換結合磁界を得られる範囲を好ましい範囲としている
から、比較例1,2では、共にPtMn合金の膜厚を少
なくとも200オングストローム以上で形成しなけれ
ば、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることがで
きないことがわかる。
In the present invention, the range in which the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained is set to a preferable range. Therefore, in Comparative Examples 1 and 2, the PtMn alloys are both formed to have a film thickness of at least 200 angstroms or more. If it is not, it is understood that the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more cannot be obtained.

【0363】一方、実施例1,2においては、PtMn
合金の膜厚を90オングストローム以上にすれば500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能であるこ
とがわかる。そこで本発明では、PtMn合金の好まし
い膜厚の範囲を90〜200オングストロームの範囲内
に設定している。
On the other hand, in Examples 1 and 2, PtMn
500 if the thickness of the alloy is 90 angstroms or more
It is understood that it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more. Therefore, in the present invention, the preferable thickness range of the PtMn alloy is set within the range of 90 to 200 angstroms.

【0364】さらに図20に示すように、実施例1,2
のPtMn合金の膜厚を100オングストローム以上に
すれば、少なくとも1000(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることが可能であるとわかる。そこで本発明で
は、よりも好ましいPtMn合金の膜厚を100〜20
0オングストロームの範囲内に設定している。
Furthermore, as shown in FIG.
It can be seen that it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) or more by setting the film thickness of the PtMn alloy of 1 to 100 angstroms or more. Therefore, in the present invention, a more preferable PtMn alloy film thickness is 100 to 20.
It is set within the range of 0 angstrom.

【0365】次に本発明では、2種類のデュアルスピン
バルブ型薄膜素子を製作し、各スピンバルブ型薄膜素子
における反強磁性層(PtMn合金)の膜厚と、交換結
合磁界との関係について測定した。
Next, in the present invention, two types of dual spin-valve type thin film elements were manufactured, and the relationship between the film thickness of the antiferromagnetic layer (PtMn alloy) in each spin-valve type thin film element and the exchange coupling magnetic field was measured. did.

【0366】実施例は、固定磁性層が非磁性中間層を介
して第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2層に分断
して形成された本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素
子、比較例は、固定磁性層が単層で形成された従来のデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
In the embodiment, the pinned magnetic layer is divided into two layers of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer to form the dual spin valve thin film element of the present invention. The comparative example is a conventional dual spin-valve type thin film element in which the pinned magnetic layer is a single layer.

【0367】まず実施例のスピンバルブ型薄膜素子にお
ける膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/反強磁性層;PtMn(x)/第1の固定磁性
層;Co(20)/非磁性中間層;Ru(6)/第2の
固定磁性層;Co(25)/非磁性導電層;Cu(2
0)/フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)
+Co(10)/非磁性導電層;Cu(20)/第2の
固定磁性層;Co(20)/非磁性中間層;Ru(8)
/第1の固定磁性層;Co(25)/反強磁性層;Pt
Mn(X)/Ta(30)であり、比較例のスピンバル
ブ型薄膜素子における膜構成は、下から、Si基板/ア
ルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn(X)/
固定磁性層;Co(30)/非磁性導電層;Cu(2
0)/フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)
+Co(10)/非磁性導電層;Cu(20)/固定磁
性層;Co(30)/反強磁性層;PtMn(X)/T
a(30)である。
First, the film constitution of the spin-valve type thin film element of the example is as follows from the bottom: Si substrate / alumina / Ta (3
0) / antiferromagnetic layer; PtMn (x) / first pinned magnetic layer; Co (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (6) / second pinned magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic conductive Layer; Cu (2
0) / free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40)
+ Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / second pinned magnetic layer; Co (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (8)
/ First pinned magnetic layer; Co (25) / Anti-ferromagnetic layer; Pt
Mn (X) / Ta (30), and the film configuration of the spin valve thin film element of the comparative example is as follows from the bottom: Si substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) /
Fixed magnetic layer; Co (30) / nonmagnetic conductive layer; Cu (2
0) / free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40)
+ Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / fixed magnetic layer; Co (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) / T
It is a (30).

【0368】なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜構成に
おける括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオング
ストロームである。
The numerical value in parentheses in the film structure of each spin-valve type thin film element indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0369】また各スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、
実施例では、200(Oe)の磁場を、比較例では2k
(Oe)の磁場を印加しながら260℃で4時間の熱処
理を施している。その実験結果を図21に示す。
After forming each spin-valve type thin film element,
A magnetic field of 200 (Oe) was used in the example, and 2 k in the comparative example.
Heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of (Oe). The experimental results are shown in FIG.

【0370】図21に示すように、比較例ではPtMn
合金の膜厚を約200オングストローム以上で形成しな
いと、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できないとわかる。
As shown in FIG. 21, PtMn is used in the comparative example.
It can be seen that an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more cannot be obtained unless the film thickness of the alloy is about 200 Å or more.

【0371】これに対し、実施例では、PtMn合金の
膜厚を、100オングストローム以上で形成すれば50
0(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができるとわ
かる。そこで本発明では、好ましい反強磁性層の膜厚を
100〜200オングストロームの範囲内に設定してい
る。さらに実施例では、PtMn合金の膜厚を110オ
ングストローム以上で形成すれば、1000(Oe)以
上の交換結合磁界を得ることが可能であるため、本発明
では、より好ましい反強磁性層の膜厚を110〜200
オングストロームの範囲内に設定している。
On the other hand, in the embodiment, if the film thickness of the PtMn alloy is 100 angstroms or more, it is 50.
It can be seen that an exchange coupling magnetic field of 0 (Oe) or more can be obtained. Therefore, in the present invention, the preferable thickness of the antiferromagnetic layer is set within the range of 100 to 200 angstrom. Further, in the example, if the PtMn alloy is formed to have a film thickness of 110 Å or more, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. 110-200
Set within the Angstrom range.

【0372】また図22は、PtMn合金の膜厚と、Δ
MRとの関係を示すグラフである。図22に示すよう
に、比較例では、PtMn合金の膜厚を200オングス
トローム以上で形成すると、約10%以上のΔMRを得
ることが可能となっているが、実施例においては、Pt
Mn合金の膜厚を100オングストローム程度に薄くし
ても、従来とほぼ同じ程度のΔMRを確保できることが
わかる。
FIG. 22 shows the film thickness of PtMn alloy and Δ
It is a graph which shows the relationship with MR. As shown in FIG. 22, in the comparative example, when the film thickness of the PtMn alloy is formed to be 200 angstroms or more, it is possible to obtain ΔMR of about 10% or more.
It can be seen that even if the film thickness of the Mn alloy is reduced to about 100 Å, ΔMR that is almost the same as the conventional one can be secured.

【0373】ところで、スピンバルブ型薄膜素子におけ
る積層膜のうち、最も膜厚の厚いのは反強磁性層であ
る。このため本発明によれば、図20及び図21に示す
ように、前記反強磁性層の膜厚を薄くしても、具体的に
は従来のスピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層の膜厚の
半分以下で形成しても、大きい交換結合磁界を得ること
が可能となっている。このため本発明では、スピンバル
ブ型薄膜素子全体の膜厚を薄くすることができ、図13
に示すように、前記スピンバルブ型薄膜素子122の上
下に形成されるギャップ層121,125の膜厚を絶縁
性を確保できる程度に充分に厚くしても、ギャップ長G
lを小さくでき、狭ギャップ化を実現できる。
By the way, of the laminated films in the spin-valve type thin film element, the thickest is the antiferromagnetic layer. Therefore, according to the present invention, as shown in FIGS. 20 and 21, even if the thickness of the antiferromagnetic layer is reduced, specifically, the film of the antiferromagnetic layer of the conventional spin valve thin film element is used. A large exchange coupling magnetic field can be obtained even if the thickness is less than half the thickness. Therefore, in the present invention, the film thickness of the entire spin valve thin film element can be reduced, and
As shown in, even if the gap layers 121 and 125 formed above and below the spin-valve type thin film element 122 are thick enough to ensure insulation, the gap length G
l can be made small and a narrow gap can be realized.

【0374】次に、フリー磁性層を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
断して形成した本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子
を製作し、前記第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層との膜厚比と、交換結合磁界との関係について測定し
た。まず、第1のフリー磁性層(非磁性導電層に接し、
ΔMRに直接関与する側のフリー磁性層)の膜厚を50
オングストロームで固定し、第2のフリー磁性層(ΔM
Rに直接関与しない側のフリー磁性層)の膜厚を変化さ
せた。膜構成は下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/第2のフリー磁性層(F2);NiFe(X)/
非磁性中間層;Ru(8)/第1のフリー磁性層(F
1);NiFe(40)+Co(10)/非磁性導電
層;Cu(20)/Ru(8)/反強磁性層;PtMn
(150)/Ta(30)であり、各層における括弧内
の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームで
ある。
Next, the spin-valve type thin film element according to the present invention, in which the free magnetic layer is divided into two layers of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer, is manufactured. The relationship between the film thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer and the exchange coupling magnetic field was measured. First, the first free magnetic layer (contacting the non-magnetic conductive layer,
The thickness of the free magnetic layer on the side directly involved in ΔMR is 50
The second free magnetic layer (ΔM
The thickness of the free magnetic layer on the side not directly involved in R) was changed. From the bottom, the film structure is Si substrate / alumina / Ta (3
0) / second free magnetic layer (F2); NiFe (X) /
Non-magnetic intermediate layer; Ru (8) / first free magnetic layer (F
1); NiFe (40) + Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / Ru (8) / antiferromagnetic layer; PtMn
(150) / Ta (30), the numerical value in the parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0375】なおスピンバルブ型薄膜素子を成膜後、2
00(Oe)の磁場を印加しながら、260℃で4時間
の熱処理を施している。
After forming the spin-valve type thin film element, 2
While applying a magnetic field of 00 (Oe), heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours.

【0376】図23に示すように、第2のフリー磁性層
(F2)の膜厚が40オングストローム程度まで大きく
なると、交換結合磁界は大きくなることがわかる。ま
た、前記第2のフリー磁性層(F2)の膜厚が60オン
グストローム以上になると、徐々の交換結合磁界は低下
していくことがわかる。
As shown in FIG. 23, it can be seen that when the film thickness of the second free magnetic layer (F2) increases to about 40 Å, the exchange coupling magnetic field increases. Further, it can be seen that when the film thickness of the second free magnetic layer (F2) becomes 60 angstroms or more, the exchange coupling magnetic field gradually decreases.

【0377】前記第2のフリー磁性層(F2)の膜厚が
40〜60オングストロームの範囲内であると、交換結
合磁界は急激に小さくなり測定不可能であった。その原
因は、第1のフリー磁性層(F1)の膜厚(=50オン
グストローム)と、第2のフリー磁性層の膜厚とがほぼ
同じ値になるため、前記第1のフリー磁性層(F1)及
び第2のフリー磁性層(F2)の磁気モーメントがほぼ
同じになり、印加磁場に対し、前記第1のフリー磁性層
(F1)の磁化及び第2のフリー磁性層(F2)の磁化
が両方とも印加磁場方向へ向こうとする。磁気モーメン
トの値が異なれば、第1のフリー磁性層(F1)と第2
のフリー磁性層(F2)との間には交換結合磁界(RK
KY相互作用)が発生し、前記第1のフリー磁性層(F
1)の磁化と第2のフリー磁性層(F2)の磁化とが反
平行の状態になろうとするが、前述のように、前記第1
のフリー磁性層(F1)の磁化及び第2のフリー磁性層
(F2)の磁化が両方とも同一方向に向こうとするた
め、前記第1のフリー磁性層(F1)と第2のフリー磁
性層(F2)との磁化状態は不安定化し、後述するよう
に、前記第2のフリー磁性層(F2)の変動磁化と、固
定磁性層(第1の固定磁性層)の固定磁化との相対角度
が制御できなくなり、ΔMRは急激に低下する。
When the film thickness of the second free magnetic layer (F2) was in the range of 40 to 60 Å, the exchange coupling magnetic field became so small that it could not be measured. The reason is that the film thickness (= 50 angstrom) of the first free magnetic layer (F1) and the film thickness of the second free magnetic layer have almost the same value, and therefore the first free magnetic layer (F1) ) And the second free magnetic layer (F2) have almost the same magnetic moment, and the magnetization of the first free magnetic layer (F1) and the magnetization of the second free magnetic layer (F2) with respect to the applied magnetic field. Both try to go in the direction of the applied magnetic field. If the magnetic moment values are different, the first free magnetic layer (F1) and the second free magnetic layer (F1)
Of the exchange coupling magnetic field (RK) between the free magnetic layer (F2) of
KY interaction) occurs, and the first free magnetic layer (F
The magnetization of 1) and the magnetization of the second free magnetic layer (F2) tend to be antiparallel to each other.
Since the magnetization of the free magnetic layer (F1) and the magnetization of the second free magnetic layer (F2) both try to go in the same direction, the first free magnetic layer (F1) and the second free magnetic layer (F1) The magnetization state with F2) becomes unstable, and as described later, the relative angle between the variable magnetization of the second free magnetic layer (F2) and the fixed magnetization of the pinned magnetic layer (first pinned magnetic layer) is It becomes out of control, and ΔMR drops sharply.

【0378】本発明では500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることができる範囲を好ましい範囲に設定して
いるので、図23に示すように、(第1のフリー磁性層
(F1)の膜厚)/(第2のフリー磁性層(F2)の膜
厚)を、0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の
範囲内で形成すれば、500(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることができるとわかる。
In the present invention, the range in which the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained is set to a preferable range. Therefore, as shown in FIG. 23, (the film of the first free magnetic layer (F1) is If the thickness) / (the thickness of the second free magnetic layer (F2)) is formed within the range of 0.56 to 0.83 or 1.25 to 5, the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. You can get

【0379】さらに前記(第1のフリー磁性層(F1)
の膜厚/第2のフリー磁性層(F2)の膜厚)を、0.
61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲内で
形成すれば1000(Oe)以上の交換結合磁界を得る
ことができてより好ましい。
Further, as described above (first free magnetic layer (F1))
Film thickness / the film thickness of the second free magnetic layer (F2)).
It is more preferable to form it in the range of 61 to 0.83, or 1.25 to 2.1 because an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0380】次に本発明では、フリー磁性層を非磁性中
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層に分断して形成した本発明におけるスピンバルブ
型薄膜素子を製作し、前記第1のフリー磁性層と第2の
フリー磁性層との膜厚比と、ΔMRとの関係について測
定した。まず、第2のフリー磁性層(ΔMRに直接関与
しない側のフリー磁性層)を20オングストロームで固
定し、第1のフリー磁性層(非磁性導電層に接し、ΔM
Rに直接関与する側のフリー磁性層)の膜厚を変化させ
た。膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/第2のフリー磁性層;NiFe(20)/非磁性
中間層;Ru(8)/第1のフリー磁性層;NiFe
(X)+Co(10)/非磁性導電層;Cu(20)/
第1の固定磁性層;Co(25)/非磁性中間層;Ru
(8)/第2の固定磁性層;Co(20)/反強磁性
層;PtMn(15)/Ta(30)であり、各層にお
ける括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングス
トロームである。
Next, in the present invention, the spin valve thin film element according to the present invention in which the free magnetic layer is divided into two layers of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer. Was manufactured, and the relationship between the film thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer and ΔMR was measured. First, the second free magnetic layer (the free magnetic layer on the side not directly involved in ΔMR) is fixed at 20 Å, and the first free magnetic layer (contacting the nonmagnetic conductive layer, ΔM
The thickness of the free magnetic layer on the side directly involved in R) was changed. From the bottom, the film structure is Si substrate / alumina / Ta (3
0) / second free magnetic layer; NiFe (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (8) / first free magnetic layer; NiFe
(X) + Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) /
First pinned magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic intermediate layer; Ru
(8) / second pinned magnetic layer; Co (20) / antiferromagnetic layer; PtMn (15) / Ta (30), the numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom. Is.

【0381】なお本発明では、スピンバルブ型薄膜素子
を成膜後、200(Oe)の磁場を印加して260℃で
4時間の熱処理を施している。また上記膜構成を見てわ
かるように、本発明では第1のフリー磁性層は2層で形
成されており、NiFe膜の膜厚を変化させている。そ
の実験結果を図24に示すが、図24に示す横軸は、N
iFe合金の膜厚と、Co膜の膜厚(=10オングスト
ローム)を足した第1のフリー磁性層総合の膜厚であ
る。
In the present invention, after forming the spin-valve type thin film element, a magnetic field of 200 (Oe) is applied and heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours. Further, as can be seen from the above film structure, in the present invention, the first free magnetic layer is formed of two layers, and the thickness of the NiFe film is changed. The experimental results are shown in FIG. 24, where the horizontal axis in FIG.
It is the total thickness of the first free magnetic layer obtained by adding the thickness of the iFe alloy and the thickness of the Co film (= 10 Å).

【0382】図24に示すように、第1のフリー磁性層
(F1)の膜厚が、20オングストロームに近づくと、
第2のフリー磁性層(F2)の膜厚とほぼ同程度になる
ため、ΔMRは急激に低下することがわかる。また、図
24に示すように、第1のフリー磁性層(F1)の膜厚
が約30オングストローム以上になると、ΔMRは上昇
し、従来のスピンバルブ型薄膜素子(シングルスピンバ
ルブ型薄膜素子)と同程度のΔMRを得ることが可能で
ある。
As shown in FIG. 24, when the film thickness of the first free magnetic layer (F1) approaches 20 Å,
It can be seen that ΔMR drops sharply because the film thickness is almost the same as the film thickness of the second free magnetic layer (F2). Further, as shown in FIG. 24, when the film thickness of the first free magnetic layer (F1) is about 30 angstroms or more, ΔMR increases, and the conventional spin valve thin film element (single spin valve thin film element) is compared. It is possible to obtain a similar ΔMR.

【0383】ところで、図23から導き出した500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能な(第1
のフリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフリー磁性
層(F2)の膜厚)の範囲を、図24上に表してみる
と、第1のフリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフ
リー磁性層(F2)の膜厚)を1.25〜5の範囲内に
すれば、高いΔMRを得ることが可能となっている。
By the way, 500 derived from FIG.
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more (first
24, the film thickness of the first free magnetic layer (F1) / (the film thickness of the second free magnetic layer (F2)) is shown in FIG. By setting the thickness) / (the film thickness of the second free magnetic layer (F2)) within the range of 1.25 to 5, a high ΔMR can be obtained.

【0384】次に本発明では、第1のフリー磁性層と第
2のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚
を変化させて、前記非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界
との関係について測定した。実験に使用したスピンバル
ブ型薄膜素子(デュアルスピンバルブ型薄膜素子)の膜
構成は下から、Si基板/アルミナ/Ta(30)/反
強磁性層;PtMn(150)/Ru(6)/非磁性導
電層;Cu(20)/第1のフリー磁性層;Co(1
0)+NiFe(50)/非磁性中間層;Ru(X)/
第1のフリー磁性層;NiFe(30)+Co(10)
/非磁性導電層;Cu(20)/Ru(8)/反強磁性
層;PtMn(150)/Ta(30)であり、各層に
おける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。
Next, in the present invention, the film thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is changed to replace the film thickness of the non-magnetic intermediate layer. The relationship with the coupling magnetic field was measured. The film structure of the spin-valve type thin film element (dual spin-valve type thin film element) used in the experiment is as follows from the bottom: Si substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (150) / Ru (6) / non Magnetic conductive layer; Cu (20) / first free magnetic layer; Co (1
0) + NiFe (50) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (X) /
First free magnetic layer; NiFe (30) + Co (10)
/ Non-magnetic conductive layer; Cu (20) / Ru (8) / Anti-ferromagnetic layer; PtMn (150) / Ta (30), the value in parentheses in each layer represents the film thickness, and the unit is angstrom. Is.

【0385】なお本発明ではスピンバルブ型薄膜素子を
成膜後、200(Oe)の磁場を印加しながら、260
℃で4時間の熱処理を施している。その実験結果を図2
0に示す。
In the present invention, after forming the spin-valve type thin film element, 260 is applied while applying a magnetic field of 200 (Oe).
Heat treatment is performed for 4 hours at ℃. The experimental results are shown in Fig. 2.
It shows in 0.

【0386】図20に示すように、500(Oe)以上
の交換結合磁界を得るには、Ru膜の膜厚を5.5〜1
0.0オングストロームの範囲内で形成すればよいこと
がわかる。また1000(Oe)以上の交換結合磁界を
得るには、Ru膜の膜厚を5.9〜9.4オングストロ
ームの範囲内で形成すればよいことがわかる。
As shown in FIG. 20, in order to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more, the thickness of the Ru film should be 5.5-1.
It is understood that the film may be formed within the range of 0.0 angstrom. Further, it is understood that the Ru film may be formed within the thickness range of 5.9 to 9.4 angstrom in order to obtain the exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more.

【0387】[0387]

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、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
定磁性層の2層に分断して形成し、前記第1の固定磁性
層と第2の固定磁性層との間に発生する交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって、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を反平行状態にすれ
ば、前記固定磁性層の磁化状態を非常に安定した状態に
保つことが可能である。
According to the present invention described in detail above, the pinned magnetic layer is divided into two layers of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer with the nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween, Due to the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, the magnetization of the first pinned magnetic layer and the magnetization of the second pinned magnetic layer are antiparallel. By setting the state, the magnetization state of the pinned magnetic layer can be kept very stable.

【0388】特に本発明では、前記第1の固定磁性層と
第2の固定磁性層との膜厚比、及び膜厚を適性な範囲内
で調節することにより、500(Oe)以上の交換結合
磁界、さらに好ましくは1000(Oe)以上の交換結
合磁界を得ることが可能である。
Particularly, in the present invention, the exchange coupling of 500 (Oe) or more is achieved by adjusting the film thickness ratio between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer and the film thickness within an appropriate range. It is possible to obtain a magnetic field, more preferably an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more.

【0389】また本発明では、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を、R
u,Rh,Ir,Cr,Re,Cuなどで形成し、さら
に、フリー磁性層よりも上側に前記非磁性中間層が形成
される場合と、下側に非磁性中間層が形成される場合と
で、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で調節する
ことにより、500(Oe)以上の交換結合磁界を得る
ことができ、より好ましくは1000(Oe)以上の交
換結合磁界を得ることができる。
In the present invention, the nonmagnetic intermediate layer interposed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is R
u, Rh, Ir, Cr, Re, Cu, etc., and the case where the non-magnetic intermediate layer is formed above the free magnetic layer and the case where the non-magnetic intermediate layer is formed below the free magnetic layer. By adjusting the film thickness of the non-magnetic intermediate layer within an appropriate range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more, more preferably 1000 (Oe) or more. be able to.

【0390】さらに本発明では、反強磁性層として、ブ
ロッキング温度が高く、また固定磁性層(第1の固定磁
性層)との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁
界)が大きく、しかも耐食性に優れた反強磁性材料とし
て、PtMn合金を使用している。あるいはX―Mn
(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1種
または2種以上の元素である)、Pt―Mn―X′(た
だしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Agのい
ずれか1種または2種以上の元素である)で形成しても
よい。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layer has a high blocking temperature, and the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the pinned magnetic layer (first pinned magnetic layer) is large. Moreover, a PtMn alloy is used as an antiferromagnetic material having excellent corrosion resistance. Or X-Mn
(However, X is any one kind or two or more kinds elements of Pd, Ir, Rh, Ru), Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag) Any one of them or two or more of them) may be formed.

【0391】本発明のように、固定磁性層を第1の固定
磁性層と第2の固定磁性層の2層に分断した場合では、
前記反強磁性層の膜厚を、従来の反強磁性層の半分程度
の膜厚で形成しても、500(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることができ、より好ましくは1000(Oe)
以上の交換結合磁界を得ることができる。
When the pinned magnetic layer is divided into the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer as in the present invention,
Even if the thickness of the antiferromagnetic layer is about half that of the conventional antiferromagnetic layer, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained, and more preferably 1000 (Oe).
The above exchange coupling magnetic field can be obtained.

【0392】さらに本発明では、フリー磁性層が固定磁
性層と同様に、非磁性中間層を介して第1のフリー磁性
層と第2のフリー磁性層に分断されて形成されているこ
とが好ましい。第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層との間には交換結合磁界(RKKY相互作用)が発生
し、前記第1のフリー磁性層の磁化と第2のフリー磁性
層の磁化とが反平行状態に磁化され、外部磁界に対して
感度よく反転できるようになる。
Further, in the present invention, it is preferable that the free magnetic layer is divided into the first free magnetic layer and the second free magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer, similarly to the fixed magnetic layer. . An exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) is generated between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, and the magnetization of the first free magnetic layer and the magnetization of the second free magnetic layer are separated from each other. It is magnetized in an antiparallel state and can be inverted with high sensitivity to an external magnetic field.

【0393】また本発明では、前記第1のフリー磁性層
と第2のフリー磁性層との膜厚比を適正な範囲内で形成
し、さらに前記第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をRu膜などで形成
し、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で形成すれ
ば、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可
能であり、より好ましくは1000(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることができる。
In the present invention, the film thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is formed within an appropriate range, and the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are formed. If a nonmagnetic intermediate layer interposed between the layers is formed of a Ru film or the like and the thickness of the nonmagnetic intermediate layer is formed within an appropriate range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. It is possible, and more preferably, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0394】さらに本発明によれば、第1の固定磁性層
との界面において熱処理を必要とする反強磁性層を使用
した場合に、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の大小を適正に調節し、
さらに前記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によって、第1の固定磁性層の
磁化を向けたい方向に向けることができ、しかも前記第
1の固定磁性層の磁化と第2の固定磁性層の磁化とを反
平行状態に適正に制御することが可能である。
Further, according to the present invention, when an antiferromagnetic layer requiring heat treatment at the interface with the first pinned magnetic layer is used, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer and the second
Properly adjust the magnitude of the magnetic moment of the fixed magnetic layer of
Further, by appropriately adjusting the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment, the magnetization of the first pinned magnetic layer can be oriented in the desired direction, and the magnetization of the first pinned magnetic layer can be directed. And the magnetization of the second pinned magnetic layer can be appropriately controlled to be in an antiparallel state.

【0395】さらに本発明によれば、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の固定磁性層との磁化状態をさ
らに熱的に安定されることが可能である。
Further, according to the present invention, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current and the first
By making the magnetic moment of the fixed magnetic layer and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer coincide with the direction of the synthetic magnetic moment that can be obtained, the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer can be obtained. The magnetization state with the magnetic layer can be further thermally stabilized.

【0396】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。
The control of the sense current direction can be applied to any antiferromagnetic material used in the antiferromagnetic layer. For example, the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer (first pinned magnetic layer) can be used. Exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with
It does not matter whether the heat treatment is necessary or not to generate.

【0397】さらに、従来のように、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。
Further, even in the case of a single spin-valve type thin film element in which the pinned magnetic layer is formed of a single layer as in the conventional case, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the above-mentioned sense current is By matching the magnetization direction of the pinned magnetic layer with the magnetization direction of the pinned magnetic layer, the magnetization of the pinned magnetic layer can be thermally stabilized.

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

【図1】本発明における第1実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 1 is a cross-sectional view of a spin valve thin film element according to a first embodiment of the present invention,

【図2】図1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、
FIG. 2 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 1 viewed from the side facing a recording medium,

【図3】本発明における第2実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 3 is a cross-sectional view of a spin valve thin film element according to a second embodiment of the present invention,

【図4】図3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、
4 is a cross-sectional view of the spin-valve thin-film element shown in FIG. 3 viewed from the side facing a recording medium,

【図5】本発明における第3実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 5 is a cross-sectional view of a spin valve thin film element of a third embodiment of the present invention,

【図6】図5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、
6 is a cross-sectional view of the spin-valve thin-film element shown in FIG. 5 viewed from the side facing a recording medium,

【図7】本発明における第4実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 7 is a cross-sectional view of a spin valve thin film element according to a fourth embodiment of the present invention,

【図8】図7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、
8 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 7 viewed from the side facing a recording medium,

【図9】本発明における第5実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 9 is a cross-sectional view of a spin-valve type thin film element according to a fifth embodiment of the present invention,

【図10】図9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、
FIG. 10 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 9 viewed from the side facing a recording medium,

【図11】本発明における第6実施形態のスピンバルブ
型薄膜素子の横断面図、
FIG. 11 is a cross-sectional view of a spin valve thin film element of a sixth embodiment of the present invention,

【図12】図11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、
12 is a cross-sectional view of the spin-valve thin-film element shown in FIG. 11 viewed from the side facing a recording medium,

【図13】読み出しヘッド(再生ヘッド)を記録媒体と
の対向面からみた断面図、
FIG. 13 is a cross-sectional view of a read head (playback head) as viewed from a surface facing a recording medium;

【図14】第1の固定磁性層(P1)の膜厚を20、あ
るいは40オングストロームで固定した場合の、第2の
固定磁性層(P2)の膜厚と、交換結合磁界との関係、
及び(第1の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固
定磁性層(P2)の膜厚)と、交換結合磁界(Hex)
との関係を示すグラフ、
FIG. 14 shows a relationship between the film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) and the exchange coupling magnetic field when the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) is fixed at 20 or 40 Å.
And (thickness of first pinned magnetic layer (P1)) / (thickness of second fixed magnetic layer (P2)), and exchange coupling magnetic field (Hex)
A graph showing the relationship with

【図15】第1の固定磁性層(P1)の膜厚を20、あ
るいは40オングストロームで固定した場合の、第2の
固定磁性層(P2)の膜厚と、ΔMR(%)との関係を
示すグラフ、
FIG. 15 shows the relationship between the film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) and ΔMR (%) when the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) is fixed at 20 or 40 Å. Graph showing,

【図16】第2の固定磁性層(P2)を30オングスト
ロームで固定した場合の、第1の固定磁性層(P1)の
膜厚と、交換結合磁界との関係、及び(第1の固定磁性
層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)と交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラフ、
FIG. 16 shows the relationship between the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) and the exchange coupling magnetic field when the second pinned magnetic layer (P2) is pinned at 30 Å, and (first pinned magnetic layer). A graph showing the relationship between the layer (P1) film thickness) / (the second pinned magnetic layer (P2) film thickness) and the exchange coupling magnetic field (Hex),

【図17】第2の固定磁性層(P2)を30オングスト
ロームで固定した場合の、第1の固定磁性層(P1)の
膜厚と、ΔMR(%)との関係を示すグラフ、
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1) and ΔMR (%) when the second pinned magnetic layer (P2) is pinned at 30 Å.

【図18】デュアルスピンバルブ型薄膜素子において、
第1の固定磁性層(上)の膜厚及び第1の固定磁性層
(下)の膜厚と交換結合磁界(Hex)との関係、さら
に(第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚)/(第2の
固定磁性層(P2 上)の膜厚)及び(第1の固定磁性
層(P1 下)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2
下)の膜厚)と交換結合磁界(Hex)との関係を示す
グラフ、
FIG. 18 shows a dual spin valve thin film element
The relationship between the film thickness of the first pinned magnetic layer (top) and the film thickness of the first pinned magnetic layer (bottom), and the exchange coupling magnetic field (Hex), and the film of the first pinned magnetic layer (on P1) Thickness) / (thickness of second pinned magnetic layer (on P2)) and (thickness of first pinned magnetic layer (below P1)) / (second pinned magnetic layer (P2)
A graph showing the relationship between (under) film thickness) and the exchange coupling magnetic field (Hex),

【図19】第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の間に
介在するRu(非磁性中間層)の膜厚と交換結合磁界
(Hex)との関係を示すグラフ、
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the film thickness of Ru (nonmagnetic intermediate layer) interposed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer and the exchange coupling magnetic field (Hex);

【図20】4種類のスピンバルブ型薄膜素子を使用し、
各スピンバルブ型薄膜素子のPtMn(反強磁性層)の
膜厚と、交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラ
フ、
FIG. 20 uses four kinds of spin-valve type thin film elements,
A graph showing the relationship between the film thickness of PtMn (antiferromagnetic layer) of each spin valve thin film element and the exchange coupling magnetic field (Hex),

【図21】2種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を
使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のPtMn
(反強磁性層)の膜厚と、交換結合磁界(Hex)との
関係を示すグラフ、
FIG. 21: PtMn of each dual spin valve thin film element using two types of dual spin valve thin film elements
A graph showing the relationship between the film thickness of the (antiferromagnetic layer) and the exchange coupling magnetic field (Hex),

【図22】2種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を
使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のPtMn
(反強磁性層)の膜厚と、ΔMR(%)との関係を示す
グラフ、
FIG. 22 shows PtMn of each dual spin valve thin film element using two types of dual spin valve thin film elements.
A graph showing the relationship between the film thickness of the (antiferromagnetic layer) and ΔMR (%),

【図23】第1のフリー磁性層(F1)の膜厚を50オ
ングストロームで固定した場合、第2のフリー磁性層
(F2)の膜厚と交換結合磁界(Hex)との関係、及
び(第1のフリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフ
リー磁性層(F2)の膜厚)と交換結合磁界(Hex)
との関係を示すグラフ、
FIG. 23 shows the relationship between the film thickness of the second free magnetic layer (F2) and the exchange coupling magnetic field (Hex) when the film thickness of the first free magnetic layer (F1) is fixed at 50 Å, and 1) thickness of free magnetic layer (F1) / (thickness of second free magnetic layer (F2)) and exchange coupling magnetic field (Hex)
A graph showing the relationship with

【図24】第2のフリー磁性層(F2)の膜厚を20オ
ングストロームで固定した場合、第1のフリー磁性層
(F1)の膜厚とΔMR(%)との関係、及び(第1の
フリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフリー磁性層
(F2)の膜厚)とΔMR(%)との関係を示すグラ
フ、
FIG. 24 is a graph showing the relationship between the film thickness of the first free magnetic layer (F1) and ΔMR (%) when the film thickness of the second free magnetic layer (F2) is fixed at 20 Å, and (first A graph showing the relationship between free magnetic layer (F1) film thickness / (second free magnetic layer (F2) film thickness) and ΔMR (%),

【図25】第1のフリー磁性層(F1)と第2のフリー
磁性層(F2)の間に介在するRu(非磁性中間層)の
膜厚と、交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラ
フ、
FIG. 25 shows the relationship between the film thickness of Ru (nonmagnetic intermediate layer) interposed between the first free magnetic layer (F1) and the second free magnetic layer (F2) and the exchange coupling magnetic field (Hex). Graph showing,

【図26】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子、及
び従来におけるスピンバルブ型薄膜素子におけるヒステ
リシスループ、
FIG. 26 is a spin valve thin film element according to the present invention, and a hysteresis loop in a conventional spin valve thin film element;

【図27】反強磁性層をPtMnで形成した場合、Ni
Oで形成した場合、及びFeMnで形成した場合の各ス
ピンバルブ型薄膜素子における環境温度(℃)と交換結
合磁界(Hex)との関係を示すグラフ、
FIG. 27 shows Ni when the antiferromagnetic layer is formed of PtMn.
A graph showing the relationship between the ambient temperature (° C.) and the exchange coupling magnetic field (Hex) in each spin-valve type thin film element when formed of O and when formed of FeMn,

【図28】従来におけるスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面からみた断面図、
FIG. 28 is a cross-sectional view of a conventional spin-valve thin film element as viewed from the surface facing a recording medium,

【符号の説明】 10、30、50、70、91 下地層 11、28、31、44、51、80、92、108
反強磁性層 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 15、24、35、40、55、76、96、104
非磁性導電層 16、21、36 フリー磁性層 19、29、45、61、81、109 保護層 32、93 第1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1の固定磁性層(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 62、82、130 ハードバイアス層 63、83、131 導電層 112、113、114 センス電流
[Description of Reference Signs] 10, 30, 50, 70, 91 Underlayer 11, 28, 31, 44, 51, 80, 92, 108
Antiferromagnetic layer 12, 27, 52, 79 First pinned 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 15, 24, 35, 40, 55, 76, 96, 104
Non-magnetic conductive layers 16, 21, 36 Free magnetic layers 19, 29, 45, 61, 81, 109 Protective layers 32, 93 First pinned magnetic layer (bottom) 34, 95 Second pinned magnetic layer (bottom) 41 , 105 second pinned magnetic layer (upper) 43, 107 first pinned magnetic layer (upper) 56, 73, 101 first free magnetic layer 60, 71, 97 second free magnetic layer 62, 82, 130 Hard bias layers 63, 83, 131 conductive layers 112, 113, 114 sense current

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−16920(JP,A) 特開 平7−169026(JP,A) 特開 平10−105928(JP,A) 特開 平6−223336(JP,A) 米国特許5408377(US,A)Continued front page       (56) References JP-A-9-16920 (JP, A)                 Japanese Patent Laid-Open No. 7-169026 (JP, A)                 JP 10-105928 (JP, A)                 JP-A-6-223336 (JP, A)                 US Patent 5408377 (US, A)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反強磁性層と、この反強磁性層と接して
形成され、前記反強磁性層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と、前記固定磁性層に非磁
性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向
と交叉する方向に磁化が揃えられるフリー磁性層とを有
するシングルスピンバルブ型薄膜素子において、 前記固定磁性層は、反強磁性層に接する第1の固定磁性
層と、前記第1の固定磁性層と非磁性中間層を介して重
ねられる第2の固定磁性層の2層で形成されて、前記第
1の固定磁性層と前記第2の固定磁性層の磁気モーメン
トの方向が反平行となるように、前記第1の固定磁性層
の磁気モーメント(飽和磁化Ms・膜厚t)が、前記第
2の固定磁性層の磁気モーメントと異なっており、 前記フリー磁性層は、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層で形成され、 前記第1のフリー磁性層の磁気モーメントと第2のフリ
ー磁性層の磁気モーメントとの合成磁気モーメントの絶
対値が、前記第1の固定磁性層の磁気モーメントと第2
固定磁性層の磁気モーメントとの合成磁気モーメント
の絶対値よりも大きいことを特徴とするスピンバルブ型
薄膜素子。
1. An antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer which is formed in contact with the antiferromagnetic layer and whose magnetization direction is pinned by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, and a non-fixed magnetic layer. In a single spin-valve thin film element having a free magnetic layer formed via a magnetic conductive layer and having a magnetization aligned in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer, the pinned magnetic layer is an antiferromagnetic layer. contact a first fixed magnetic layer, is formed of two layers of the first pinned magnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer through the second pinned magnetic layer being superposed, the second
Magnetic momentum of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
The magnetic moment (saturation magnetization Ms / thickness t) of the first pinned magnetic layer is different from the magnetic moment of the second pinned magnetic layer so that the magnetic fields of the first pinned magnetic layer are antiparallel to each other. The layer is formed of two layers of a first free magnetic layer and a second free magnetic layer with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween, and the magnetic moment of the first free magnetic layer and the magnetic moment of the second free magnetic layer. And the absolute value of the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer and the second
Is larger than the absolute value of the combined magnetic moment with the magnetic moment of the pinned magnetic layer of 1.
【請求項2】 フリー磁性層の上下に積層された非磁性
導電層と、一方の前記非磁性導電層の上に形成された上
側固定磁性層と、他方の非磁性導電層の下に形成された
下側固定磁性層と、上側固定磁性層の上、及び下側固定
磁性層の下に形成された反強磁性層とを有し、前記上側
及び下側の固定磁性層と、フリー磁性層とが交叉する方
向に磁化されて成るデュアルスピンバルブ型薄膜素子に
おいて、 前記各固定磁性層は、反強磁性層に接する第1の固定
性層と、前記第1の固定磁性層と非磁性中間層を介して
重ねられる第2の固定磁性層の2層で形成されて、前記
第1の固定磁性層と前記第2の固定磁性層の磁気モーメ
ントの方向が反平行となるように、前記第1の固定磁性
層の磁気モーメント(飽和磁化Ms・膜厚t)が、前記
第2の固定磁性層の磁気モーメントと異なっており、 前記フリー磁性層は、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層で形成され、 第1のフリー磁性層の磁気モーメントと第2のフリー磁
性層の磁気モーメントを足し合わせた合成磁気モーメン
トの絶対値は、上側固定磁性層における第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
トを足し合わせた合成磁気モーメントの絶対値よりも大
きく、且つ、下側固定磁性層における第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
を足し合わせた合成磁気モーメントの絶対値よりも大き
いことを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
2. A nonmagnetic conductive layer stacked above and below the free magnetic layer, an upper pinned magnetic layer formed on one of the nonmagnetic conductive layers, and a nonmagnetic conductive layer formed on the other nonmagnetic conductive layer. A lower pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer formed on the upper pinned magnetic layer and below the lower pinned magnetic layer, the upper and lower pinned magnetic layers, and a free magnetic layer. in the dual spin-valve type thin film element bets, which are magnetized in a direction intersecting, each fixed magnetic layer has a first fixed magnetic <br/> layer in contact with the antiferromagnetic layer, the first pinned magnetic is formed of two layers of the second pinned magnetic layer which is superposed over the layer and a non-magnetic intermediate layer, the
Magnetic moment of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
As the direction of the cement is antiparallel, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (saturation magnetization Ms · thickness t) is, is different from the magnetic moment of the second pinned magnetic layer, the free magnetic The layer is formed of two layers of a first free magnetic layer and a second free magnetic layer with a non-magnetic intermediate layer interposed between the magnetic moment of the first free magnetic layer and the magnetic moment of the second free magnetic layer. the absolute value of the sum combined resultant magnetic moment is greater than the first absolute value of the magnetic moment and the synthesized magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the second pinned magnetic layer of the fixed magnetic layer in the upper fixed magnetic layer, and , scan, wherein greater than the absolute value of the first magnetic moment of the pinned magnetic layer and the resultant magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the second pinned magnetic layer in the lower fixed magnetic layer Nbarubu type thin film element.
【請求項3】 前記(第1のフリー磁性層の磁気的膜厚
/第2のフリー磁性層の磁気的膜厚)は、0.56〜
0.83、あるいは1.25〜5の範囲内である請求項
1または2に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
3. The above (magnetic thickness of first free magnetic layer / magnetic thickness of second free magnetic layer) is 0.56 to
The spin valve thin film element according to claim 1 or 2, which has a thickness within the range of 0.83 or 1.25 to 5.
【請求項4】 前記(第1のフリー磁性層の磁気的膜厚
/第2のフリー磁性層の磁気的膜厚)は、0.61〜
0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲内である請
求項3記載のスピンバルブ型薄膜素子。
4. The (magnetic thickness of first free magnetic layer / magnetic thickness of second free magnetic layer) is 0.61 to
The spin valve thin film element according to claim 3, wherein the spin valve thin film element has a thickness within the range of 0.83 or 1.25 to 2.1.
【請求項5】 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は、5.5〜1
0.0オングストロームの範囲内である請求項1ないし
4のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
5. The thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is 5.5 to 1
The spin valve thin film element according to any one of claims 1 to 4, wherein the spin valve thin film element has a thickness within the range of 0.0 angstrom.
【請求項6】 前記非磁性中間層の膜厚は、5.9〜
9.4オングストロームの範囲内である請求項5記載の
スピンバルブ型薄膜素子。
6. The thickness of the non-magnetic intermediate layer is 5.9 to
The spin valve thin film element according to claim 5, wherein the spin valve thin film element has a thickness in the range of 9.4 Å.
【請求項7】 請求項1ないし請求項6のいずれかに記
載されたスピンバルブ型薄膜素子の上下に、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。
7. A thin-film magnetic head, wherein shield layers are formed above and below the spin-valve thin-film element according to any one of claims 1 to 6 with a gap layer interposed therebetween.
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