JP3520242B2 - Magnetic head - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性トンネル接
合を感磁部として用いた磁気ヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic head using a ferromagnetic tunnel junction as a magnetic sensing section.
【0002】[0002]
【従来の技術】高密度磁気記録における再生磁気ヘッド
として、異方性磁気抵抗(以下AMRと称する)効果を
用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以下MR磁気ヘッド
と称する)が商品化されている。しかしながら、磁性膜
にNiFe等のAMR効果膜を用いているため、磁気抵抗
(MR)変化率が約2%、感度が0.5%/Oeと低い。こ
のため、さらに高MR変化率、高感度なMR膜が望まれ
ている。2. Description of the Related Art As a reproducing magnetic head for high density magnetic recording, a magnetoresistive effect type magnetic head (hereinafter referred to as MR magnetic head) using an anisotropic magnetoresistive (hereinafter referred to as AMR) effect has been commercialized. . However, since the AMR effect film such as NiFe is used as the magnetic film, the magnetoresistance (MR) change rate is about 2% and the sensitivity is low at 0.5% / Oe. Therefore, an MR film having a higher MR change rate and a higher sensitivity is desired.
【0003】このような要望に応える技術として、近
年、巨大磁気抵抗効果(GMR効果)という新しい現象
が見出され、従来のAMR効果より大きな磁気抵抗変化
率が得られるということから、研究が進められている。
その中でも、スピンバルブ(SV)膜を用いたGMR効
果が注目されている。スピンバルブ膜は、強磁性膜/非
磁性金属膜/強磁性膜/反強磁性膜の膜構成からなる多
層膜であり、2〜5%/Oeの高感度な特性を示すため、次
世代磁気ヘッドの再生素子として注目され、実用化研究
が始められている。As a technique to meet such a demand, a new phenomenon called a giant magnetoresistive effect (GMR effect) has been found in recent years, and a larger magnetoresistive change rate than the conventional AMR effect can be obtained. Has been.
Among them, the GMR effect using a spin valve (SV) film is drawing attention. The spin valve film is a multi-layered film composed of a ferromagnetic film / non-magnetic metal film / ferromagnetic film / antiferromagnetic film, and exhibits high sensitivity of 2 to 5% / Oe. It has attracted attention as a head reproducing element, and research for its practical use has begun.
【0004】一方、GMR効果とは別に、強磁性膜/絶
縁膜/強磁性膜の接合構造を持ち、両強磁性膜の磁化の
相対角度に依存してトンネル効果があらわれる強磁性ト
ンネル効果という現象が見出され、この現象を利用した
磁気抵抗効果素子の研究及び開発が進められている。強
磁性トンネル効果膜は非常に高い磁場感度を有するた
め、10Gbit/inch2以上の超高密度磁気記録における再
生磁気ヘッドとして可能性がある。S.Maekawa and V.Ga
fvert等は、IEEE Trans. Magn., MAG-18, 707(1982)に
おいて、磁性体/絶縁体/磁性体接合で両磁性膜の磁化
の相対角度に依存してトンネル効果が現れることが期待
されることを理論的、実験的に示した。On the other hand, apart from the GMR effect, a phenomenon called a ferromagnetic tunnel effect, which has a junction structure of ferromagnetic film / insulating film / ferromagnetic film, and in which a tunnel effect appears depending on the relative angle of magnetization of both ferromagnetic films. Has been found, and research and development of a magnetoresistive effect element utilizing this phenomenon are under way. Since the ferromagnetic tunnel effect film has a very high magnetic field sensitivity, it has a possibility as a reproducing magnetic head in ultra high density magnetic recording of 10 Gbit / inch 2 or more. S. Maekawa and V. Ga
fvert et al., IEEE Trans. Magn., MAG-18, 707 (1982), is expected to show a tunnel effect depending on the relative angle of magnetization of both magnetic films at a magnetic substance / insulator / magnetic substance junction. It was shown theoretically and experimentally.
【0005】特開平4-42417号公報は、強磁性トンネル
効果膜を有する磁気ヘッドを開示しており、従来のMR
磁気ヘッドにくらべ、微小な漏洩磁束の変化を高感度、
かつ、高分解能に検出できること、接合面積を狭めるこ
とにより、絶縁膜におけるピンホ−ルの発生確率を小さ
くして、再生感度を一層向上させることができる旨述べ
られている。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 4-42417 discloses a magnetic head having a ferromagnetic tunnel effect film.
Highly sensitive to minute changes in magnetic flux leakage compared to magnetic heads
It is also stated that the detection probability with high resolution and the reduction of the bonding area can reduce the probability of occurrence of pinholes in the insulating film and further improve the reproduction sensitivity.
【0006】また、特開平4-103014号公報は、磁性膜に
反強磁性体からのバイアス磁界を印加する強磁性トンネ
ル効果膜およびそれを用いた磁気ヘッドを開示してい
る。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 4-130014 discloses a ferromagnetic tunnel effect film for applying a bias magnetic field from an antiferromagnetic material to a magnetic film and a magnetic head using the film.
【0007】更に、T.Miyazaki及びN.Tezuka等は、J.Ma
gn.Magn.Mater.139(1995)L231において、Fe/Al2O3/Feト
ンネル接合で室温においてMR変化率18%が得られた
と報告している。また、M.Pomerantz,J.C.Sloczewski及
びE.Spiller等は、Fe/a-Carbon/Fe膜について開示して
いる。Furthermore, T. Miyazaki and N. Tezuka et al.
gn. Magn. Mater. 139 (1995) L231, it was reported that an MR ratio of 18% was obtained at room temperature in a Fe / Al 2 O 3 / Fe tunnel junction. Also, M. Pomerantz, JC Sloczewski, E. Spiller, and others disclose Fe / a-Carbon / Fe films.
【0008】しかしながら、これまで報告された強磁性
トンネル接合には、磁気ヘッドとして利用するに当た
り、種々の解決すべき課題が存する。その最大の課題
は、高いMR変化率を再現性よく得ることができる磁気
ヘッドの実現である。However, the ferromagnetic tunnel junctions reported so far have various problems to be solved when used as a magnetic head. The biggest problem is to realize a magnetic head that can obtain a high MR change rate with good reproducibility.
【0009】また、シールド型磁気ヘッドを高密度記録
再生に適用するためには、ABS面でのシールド間隔を
狭める必要がある。シールド型磁気ヘッドにおいて、通
常、シールド間には強磁性トンネル接合部の他、強磁性
トンネル接合部とシールド膜との絶縁性を保つためのア
ルミナなどの絶縁膜が存在するから、シールド間隔を狭
めるためには、絶縁膜や強磁性トンネル接合部の厚みを
できる限り薄くしなければならない。しかしながら、公
知文献に示されるように、電極膜が、ABS面に露出す
るようにすると、絶縁膜や強磁性トンネル接合部の厚み
を薄くしても、電極膜とシールド膜との間に、依然とし
て間隔が必要であるため、シールド間隔を狭めることが
できず、高密度記録再生に適さない。Further, in order to apply the shield type magnetic head to high density recording / reproducing, it is necessary to narrow the shield interval on the ABS surface. In a shielded magnetic head, normally, in addition to the ferromagnetic tunnel junction between the shields, there is an insulating film such as alumina for maintaining the insulating property between the ferromagnetic tunnel junction and the shield film, so the shield interval is narrowed. Therefore, the thickness of the insulating film and the ferromagnetic tunnel junction must be made as thin as possible. However, as disclosed in a known document, when the electrode film is exposed on the ABS surface, even if the thickness of the insulating film or the ferromagnetic tunnel junction is reduced, the electrode film and the shield film still have a gap between the electrode film and the shield film. Since the space is required, the shield space cannot be narrowed, which is not suitable for high density recording / reproduction.
【0010】公知文献では、全ての電流が強磁性トンネ
ル接合部を流れるようにするため、電極膜の面積を大き
くしている。しかし、強磁性トンネル接合部とシールド
膜との間では一定レベル以上の絶縁耐電圧をとる必要が
あるため、公知文献に示されているよう広い電極膜面積
にしてABS面に露出させると、静電気による絶縁破壊
などが起こりやすくなるため、望ましくない。In the known literature, the area of the electrode film is increased in order to allow all the current to flow through the ferromagnetic tunnel junction. However, since it is necessary to have a dielectric withstanding voltage of a certain level or higher between the ferromagnetic tunnel junction and the shield film, static electricity will not be generated if exposed to the ABS surface with a wide electrode film area as shown in a known document. This is not desirable because it easily causes dielectric breakdown.
【0011】なお、本発明における強磁性トンネル接合
は上記の強磁性トンネル効果膜と同一のものである。The ferromagnetic tunnel junction in the present invention is the same as the above-mentioned ferromagnetic tunnel effect film.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高い
MR変化率を、再現性よく得ることができる強磁性トン
ネル接合型磁気ヘッドを提供することである。An object of the present invention is to provide a ferromagnetic tunnel junction type magnetic head which can obtain a high MR change rate with good reproducibility.
【0013】上述した課題は、本発明の請求項1乃至1
4の発明により解決される。 The above-mentioned problems can be solved by claims 1 to 1 of the present invention.
It is solved by the invention of 4.
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る磁気ヘッドの
斜視図である。図において、寸法は誇張されている。図
示された本発明に係る磁気ヘッドは、スライダ1と、強
磁性トンネル接合を利用した磁気変換素子(以下強磁性
トンネル接合型磁気変換素子と称する)2と、更に、誘
導型磁気変換素子3とを含む。スライダ1は媒体対向面
側にレール部11、12を有し、レール部11、12の
表面が空気ベアリング面13、14を構成している。レ
ール部11、12は2本に限らない。1〜3本のレール
部を有することがあり、レール部を持たない平面となる
こともある。また、浮上特性改善等のために、空気ベア
リング面(以下ABS面と称する)に種々の幾何学的形
状が付されることもある。何れのタイプのスライダであ
っても、本発明の適用が可能である。1 is a perspective view of a magnetic head according to the present invention. In the figure, the dimensions are exaggerated. The illustrated magnetic head according to the present invention comprises a slider 1, a magnetic conversion element utilizing a ferromagnetic tunnel junction (hereinafter referred to as a ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element) 2, and an induction type magnetic conversion element 3. including. The slider 1 has rail portions 11 and 12 on the medium facing surface side, and the surfaces of the rail portions 11 and 12 form air bearing surfaces 13 and 14. The rail portions 11 and 12 are not limited to two. It may have 1 to 3 rail portions, and may be a flat surface without rail portions. Further, in order to improve the levitation characteristics, various geometric shapes may be attached to the air bearing surface (hereinafter referred to as ABS surface). The present invention can be applied to any type of slider.
【0017】磁気変換素子2、3は、レール部11、1
2の一方または両者の媒体移動方向a1の端部に設けら
れている。媒体移動方向a1は、媒体が高速移動した時
に連れ回る空気の流出方向と一致する。スライダ1の媒
体移動方向a1の端面には、強磁性トンネル接合型磁気
変換素子2に接続された取り出し電極41、42及び磁
気変換素子3に接続された取り出し電極43、44が設
けられている。The magnetic conversion elements 2 and 3 have rail portions 11 and 1, respectively.
It is provided at the end of one or both of the two in the medium moving direction a1. The medium moving direction a1 coincides with the outflow direction of air entrained when the medium moves at high speed. Lead-out electrodes 41, 42 connected to the ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2 and lead-out electrodes 43, 44 connected to the magnetic conversion element 3 are provided on the end surface of the slider 1 in the medium moving direction a1.
【0018】図2は図1に示した強磁性トンネル接合型
磁気ヘッドの磁気変換素子部分の拡大断面図である。強
磁性トンネル接合型磁気変換素子2は再生素子であり、
誘導型磁気変換素子3は書き込み素子である。強磁性ト
ンネル接合型磁気変換素子2及び誘導型磁気変換素子3
は、スライダ1を構成するセラミック基体101の上に
設けられた絶縁膜102の上に積層されている。セラミ
ック基体101は、通常、Al2O3-TiCで構成される。Al2
O3-TiCは導電性があるので、電気絶縁をする手段とし
て、例えばAl2O3でなる絶縁膜102が付着されてい
る。セラミック基体101が高い絶縁性を有する場合
は、絶縁膜102は省略できる。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a magnetic conversion element portion of the ferromagnetic tunnel junction type magnetic head shown in FIG. The ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2 is a reproducing element,
The inductive magnetic conversion element 3 is a writing element. Ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2 and induction type magnetic conversion element 3
Are laminated on an insulating film 102 provided on a ceramic substrate 101 forming the slider 1. The ceramic substrate 101 is usually composed of Al 2 O 3 —TiC. Al 2
Since O 3 -TiC has conductivity, an insulating film 102 made of Al 2 O 3 , for example, is attached as a means for electrical insulation. When the ceramic base 101 has high insulation, the insulating film 102 can be omitted.
【0019】図3は強磁性トンネル接合型磁気変換素子
2の部分の拡大断面図、図4はその拡大斜視図である。
これらの図に示すように、強磁性トンネル接合型磁気変
換素子2は、強磁性トンネル接合部21と、電極膜2
2、23とを含み、スライダ1の一部を構成する絶縁支
持膜24、25によって支持されている。強磁性トンネ
ル接合部21は、絶縁膜210と、第1の強磁性膜21
1と、第2の強磁性膜212とを含んでいる。第1の強
磁性膜211と第2の強磁性膜212とは、絶縁膜21
0を介して積層されている。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion of the ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2, and FIG. 4 is an enlarged perspective view thereof.
As shown in these figures, the ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2 includes a ferromagnetic tunnel junction portion 21 and an electrode film 2.
2 and 23, and are supported by insulating support films 24 and 25 that form a part of the slider 1. The ferromagnetic tunnel junction 21 includes the insulating film 210 and the first ferromagnetic film 21.
1 and a second ferromagnetic film 212. The first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 are the insulating film 21.
They are stacked with 0 in between.
【0020】電極膜22、23は、第1の電極膜22
と、第2の電極膜23とを含んでいる。第1の電極膜2
2は第1の強磁性膜211に接続され、第2の電極膜2
3は第2の強磁性膜212に接続されている。The electrode films 22 and 23 are the first electrode film 22.
And a second electrode film 23. First electrode film 2
2 is connected to the first ferromagnetic film 211, and the second electrode film 2
3 is connected to the second ferromagnetic film 212.
【0021】これらの第1の電極膜22及び第2の電極
膜23は、ABS面13(または14)に露出しないよ
うに設けられている。その具体的手段として、実施例で
は、強磁性トンネル接合部21において、外部磁界を検
出する先端をABS面13(または14)に位置させる
と共に、第1の電極膜22及び第2の電極膜23を、強
磁性トンネル接合部21の先端の位置するABS面13
(または14)から、間隔D1だけ後退させてある。The first electrode film 22 and the second electrode film 23 are provided so as not to be exposed on the ABS surface 13 (or 14). As a specific means, in the embodiment, in the ferromagnetic tunnel junction portion 21, the tip for detecting the external magnetic field is located on the ABS surface 13 (or 14), and the first electrode film 22 and the second electrode film 23 are provided. Is the ABS surface 13 where the tip of the ferromagnetic tunnel junction 21 is located.
(Or 14), the distance D1 is set back.
【0022】強磁性トンネル接合型磁気変換素子2は、
第1の磁気シールド膜51と、第2の磁気シールド膜5
2との間において、絶縁支持膜24、25の内部に配置
されている。第1の磁気シールド膜51はセラミック基
体101に設けられた絶縁膜102の上に付着され、絶
縁支持膜24は第1の磁気シールド膜51の上に付着さ
れている。The ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2 is
First magnetic shield film 51 and second magnetic shield film 5
2 is disposed inside the insulating support films 24 and 25. The first magnetic shield film 51 is attached on the insulating film 102 provided on the ceramic substrate 101, and the insulating support film 24 is attached on the first magnetic shield film 51.
【0023】上述のように、ABS面13(または1
4)に第1の電極膜22及び第2の電極膜23が露出し
ない構造にすることにより、第1の磁気シールド膜51
及び第2の磁気シールド膜52と、強磁性トンネル接合
型磁気変換素子2、特に、第1の電極膜22及び第2の
電極膜23との間で、静電破壊が起こりにくくなり、耐
電圧が改善されることが解った。As mentioned above, the ABS surface 13 (or 1
By adopting a structure in which the first electrode film 22 and the second electrode film 23 are not exposed in 4), the first magnetic shield film 51
Also, electrostatic breakdown is less likely to occur between the second magnetic shield film 52 and the ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2, particularly the first electrode film 22 and the second electrode film 23, and the withstand voltage is reduced. Have been found to improve.
【0024】しかも、ABS面13(または14)にお
ける第1の磁気シールド膜51及び第2の磁気シールド
膜52と、感磁部となる強磁性トンネル接合部21との
間の間隔を狭くできるため、従来より高密度記録再生が
可能になる。Moreover, the space between the first magnetic shield film 51 and the second magnetic shield film 52 on the ABS surface 13 (or 14) and the ferromagnetic tunnel junction portion 21 serving as the magnetic sensitive portion can be narrowed. Higher density recording / reproducing than before is possible.
【0025】実施例には、再生素子となる強磁性トンネ
ル接合型磁気変換素子2と共に、書き込み素子となる誘
導型磁気変換素子3を有する複合型磁気ヘッドが図示さ
れている。誘導型磁気変換素子3は、強磁性トンネル接
合型磁気変換素子2に対する第2の磁気シールド膜を兼
ねている下部磁性膜52、上部磁性膜32、コイル膜3
3、アルミナ等でなるギャップ膜34、ノボラック樹脂
等の有機樹脂で構成された絶縁膜35及びアルミナ等で
なる保護膜36などを有している。下部磁性膜52及び
上部磁性膜32の先端部は微小厚みのギャップ膜34を
隔てて対向する下部ポール部P1及び上部ポール部P2
となっており、下部ポール部P1及び上部ポール部P2
において書き込みを行なう。下部磁性膜52及び上部磁
性膜32は、そのヨーク部が下部ポール部P1及び上部
ポール部P2とは反対側にあるバックギャップ部におい
て、磁気回路を完成するように互いに結合されている。
絶縁膜35の内部には、ヨーク部の結合部のまわりを渦
巻状にまわるように、コイル膜33を形成してある。コ
イル膜33の両端は、取り出し電極43、44に導通さ
れている。コイル膜33の巻数および膜数は任意であ
る。The embodiment shows a composite magnetic head having a ferromagnetic tunnel junction type magnetic conversion element 2 as a reproducing element and an inductive type magnetic conversion element 3 as a writing element. The inductive magnetic conversion element 3 includes a lower magnetic film 52, an upper magnetic film 32, and a coil film 3 which also serve as a second magnetic shield film for the ferromagnetic tunnel junction magnetic conversion element 2.
3, a gap film 34 made of alumina or the like, an insulating film 35 made of an organic resin such as novolac resin, and a protective film 36 made of alumina or the like. The tip portions of the lower magnetic film 52 and the upper magnetic film 32 are opposed to each other with a gap film 34 having a small thickness therebetween, and are opposed to each other.
The lower pole portion P1 and the upper pole portion P2
Write in. The lower magnetic film 52 and the upper magnetic film 32 are coupled to each other so as to complete a magnetic circuit in the back gap portion where the yoke portion is on the side opposite to the lower pole portion P1 and the upper pole portion P2.
Inside the insulating film 35, a coil film 33 is formed so as to spiral around the coupling portion of the yoke portion. Both ends of the coil film 33 are electrically connected to the extraction electrodes 43 and 44. The number of turns and the number of films of the coil film 33 are arbitrary.
【0026】次に、図5〜図17を参照して本発明に係
る磁気ヘッドを製造する方法を説明する。Next, a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【0027】まず、膜厚30μmのアルミナ絶縁膜10
2が形成されたAlTiC基板101(図5参照)上に、セ
ンダストをDCスパッタ法でスパッタして、膜厚2μm
の第1の磁気シールド膜51を形成し(図6参照)、次
に、真空中において、約450℃の温度条件で約2時間
の磁場中熱処理を行なった後、フォトリソ及びArイオ
ンエッチングにより所定の形状にした。First, the alumina insulating film 10 having a thickness of 30 μm is formed.
2 was formed on the AlTiC substrate 101 (see FIG. 5) on which the sendust was sputtered by DC sputtering to obtain a film thickness of 2 μm.
First magnetic shield film 51 is formed (see FIG. 6), and then heat treatment is performed in a magnetic field at a temperature of about 450 ° C. for about 2 hours in vacuum, and then predetermined by photolithography and Ar ion etching. It has a shape of.
【0028】次に、絶縁膜24として膜厚100nmの
アルミナ膜をRFスパッタ法で成膜(図7参照)し、続
いて第1の電極膜22としてTa/Cu/Ta膜をDC
スパッタ法で成膜した(図8参照)。その後、レジスト
を用いてパターニングを行ない、次に、Arイオンエッ
チングにより所定の形状に加工し、第1の電極膜22と
した(図9参照)。Next, an alumina film having a thickness of 100 nm is formed as the insulating film 24 by the RF sputtering method (see FIG. 7), and then a Ta / Cu / Ta film is formed as the first electrode film 22 by DC.
A film was formed by the sputtering method (see FIG. 8). After that, patterning was performed using a resist and then processed into a predetermined shape by Ar ion etching to form the first electrode film 22 (see FIG. 9).
【0029】次に、強磁性トンネル接合部21を形成す
る手段として、Co-50at%Fe(10nm)/酸化アルミニウム(5n
m)/Fe(5nm)及びその表面酸化防止膜Ta(5nm)を以下のよ
うに作成した。まず、第1の電極膜22の上にCo-50at%
Fe(10nm)/Al(5nm)をDCスパッタ法で連続成膜した。そ
の後、サンプルを大気中に取り出し、約60℃の大気中
に24時間放置してアニールし、Al(5nm)を自然酸化さ
せた。これにより、第1の強磁性膜211と、中間の絶
縁膜210となるCo-50at%Fe(10nm)/酸化アルミニウム
(5nm)膜とを形成した(図10参照)。Next, as a means for forming the ferromagnetic tunnel junction portion 21, Co-50at% Fe (10nm) / aluminum oxide (5n
m) / Fe (5 nm) and its surface anti-oxidation film Ta (5 nm) were prepared as follows. First, Co-50at% on the first electrode film 22.
Fe (10 nm) / Al (5 nm) was continuously deposited by the DC sputtering method. Then, the sample was taken out into the air and left in the air at about 60 ° C. for 24 hours for annealing to naturally oxidize Al (5 nm). As a result, the first ferromagnetic film 211 and Co-50at% Fe (10nm) / aluminum oxide to be the intermediate insulating film 210 are formed.
A (5 nm) film was formed (see FIG. 10).
【0030】その後、短絡防止用絶縁膜213を形成す
るため、形成すべきトンネル接合部以外のところをレジ
ストカバーし、RFスパッタ法でアルミナ絶縁膜(膜厚
50nm)を成膜した。その後に、レジストをリフトオフ
し、短絡防止用絶縁膜213を形成した(図11参
照)。絶縁膜213は、強磁性トンネル接合部21以外
でトンネル電流が流れないようにするために形成される
ものである。Thereafter, in order to form the short-circuit preventing insulating film 213, the area other than the tunnel junction portion to be formed is covered with a resist, and the alumina insulating film (film thickness is formed by RF sputtering.
50 nm) was deposited. After that, the resist was lifted off to form a short-circuit prevention insulating film 213 (see FIG. 11). The insulating film 213 is formed so as to prevent the tunnel current from flowing except in the ferromagnetic tunnel junction portion 21.
【0031】次に、サンプルを再びDCスパッタ装置内
にセットし、Fe(5nm)及びTa(5nm)を連続成膜し、第2の
強磁性膜212を形成した(図12及び13参照)。な
お、Ta(5nm)膜はプロセス遂行中に表面が酸化されるの
を防止する保護膜となる。Next, the sample was set in the DC sputtering apparatus again, and Fe (5 nm) and Ta (5 nm) were continuously formed to form the second ferromagnetic film 212 (see FIGS. 12 and 13). The Ta (5 nm) film serves as a protective film that prevents the surface from being oxidized during the process.
【0032】次に、レジストを用いてパターニングし、
Arイオンエッチングをした後、レジストを剥離して、
強磁性トンネル接合部21を形成した。次に再び、レジ
ストを用いてパターニングし、続いてTa/Cu/Ta
膜を成膜し、その後、リフトオフ法により、第2の電極
膜23を形成した(図14参照)。Next, patterning is performed using a resist,
After Ar ion etching, remove the resist,
The ferromagnetic tunnel junction 21 was formed. Next, patterning is performed again using a resist, followed by Ta / Cu / Ta.
A film was formed, and then the second electrode film 23 was formed by the lift-off method (see FIG. 14).
【0033】次に、上部の絶縁膜25として、膜厚12
0nmのアルミナ膜をRFスパッタ法で形成(図15)し
た。次に、第2の磁気シールド膜52として、NiFe(膜
厚2μm)をDCスパッタ法で成膜し、その後、フォトリ
ソグラフィ及びエッチング技術により、所定の形状にパ
ターンニングした(図16参照)。Next, as the upper insulating film 25, a film thickness of 12
A 0 nm alumina film was formed by RF sputtering (FIG. 15). Next, as the second magnetic shield film 52, NiFe (film thickness 2 μm) was formed by the DC sputtering method, and then patterned into a predetermined shape by the photolithography and etching technique (see FIG. 16).
【0034】この後、図1及び図2に示した磁気ヘッド
を得るために必要な工程を実行し、更に、図17のX1
ーX1線に沿って、ウエハ切断、加工研磨を施すことに
より、ABS面に強磁性トンネル接合部21を露出させ
た。以上のようにして、接合面積1μm×2μm(接合高
1μm、接合幅2μm)の強磁性トンネル接合部21を有
する磁気ヘッドを得た。Thereafter, the steps necessary to obtain the magnetic head shown in FIGS. 1 and 2 are performed, and further, X1 in FIG.
The ferromagnetic tunnel junction portion 21 was exposed on the ABS surface by cutting the wafer and performing polishing along the line X1. As described above, a magnetic head having a ferromagnetic tunnel junction portion 21 having a junction area of 1 μm × 2 μm (junction height 1 μm, junction width 2 μm) was obtained.
【0035】比較として、電極膜22、23がABS面
に露出している強磁性トンネル接合型磁気ヘッドも作製
した。For comparison, a ferromagnetic tunnel junction type magnetic head in which the electrode films 22 and 23 were exposed on the ABS surface was also manufactured.
【0036】<特性評価>作製した磁気ヘッドを磁気ヘ
ッドジンバルに取り付け、静電破壊試験を行なった。静
電破壊試験に当たっては、表面を研磨した金属板を用意
し、この金属板に電源を接続し、金属板に磁気ヘッドを
載せた。磁気ヘッドをアースに接続し、磁気ヘッド及び
金属板の間の抵抗と、金属板に印加された電圧との関係
を調べた。その結果、電極膜22、23がABS面に露
出している従来の磁気ヘッドでは、印加電圧が50Vで
抵抗が急激に上昇し、静電破壊を生じた。これに対し、
本発明の磁気ヘッドでは約150Vではじめて静電破壊
が起こり、従来の磁気ヘッドの約3倍の耐電圧を有する
ことがわかった。<Characteristic Evaluation> The manufactured magnetic head was attached to a magnetic head gimbal and an electrostatic breakdown test was conducted. In the electrostatic breakdown test, a metal plate having a polished surface was prepared, a power source was connected to this metal plate, and a magnetic head was placed on the metal plate. The magnetic head was connected to ground, and the relationship between the resistance between the magnetic head and the metal plate and the voltage applied to the metal plate was investigated. As a result, in the conventional magnetic head in which the electrode films 22 and 23 were exposed on the ABS surface, the resistance sharply increased at the applied voltage of 50 V and electrostatic breakdown occurred. In contrast,
It has been found that the magnetic head of the present invention causes electrostatic breakdown for the first time at about 150 V and has a withstand voltage about three times that of the conventional magnetic head.
【0037】第1の強磁性膜211及び第2の強磁性膜
212の間に備えられた絶縁膜210は、高いMR変化
率を再現性良く得ること、及び、磁気ヘッド構造を簡素
化するために、きわめて重要な役割を担っている。特
に、絶縁膜210によるバリアポテンシャルを0.5〜
3eVの範囲に設定した場合、高いMR変化率を再現性良
く得るとともに、磁気ヘッド構造を簡素化できる。次に
この点について述べる。The insulating film 210 provided between the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 is for obtaining a high MR change rate with good reproducibility and for simplifying the magnetic head structure. It plays an extremely important role. In particular, the barrier potential of the insulating film 210 is 0.5 to
When set in the range of 3 eV, a high MR change rate can be obtained with good reproducibility and the magnetic head structure can be simplified. Next, this point will be described.
【0038】強磁性トンネル接合において、電子eがス
ピンの向きを保ったまま、第1の強磁性膜211から、
絶縁膜210を介して、第2の強磁性膜212に通り抜
けるとき、電子eの透過率はスピンを考慮して求めた波
動関数を用いて、入射波と透過波の振幅自乗比から求め
られ、そのトンネルコンダクタンスGは、
G=G0′(1+P1′・P2′)COSθ
と表される。ここで、
P1′=[(K1↑-K1↓)/(K1↑+K1↓)]α1
P2′=[(K2↑-K2↓)/(K2↑+K2↓)]α2
G0′:両強磁性膜内での電子の波数K1↑、K1↓、K2↑、K
2↓及びバリアポテンシャルの高さで定まる定数
α1、α2:バリアポテンシャルの高さに依存する係数
P1′、P2′:両強磁性膜1、2の有効スピン偏極度
P1、P2:両強磁性膜1、2のスピン偏極度(有効スピン
偏極度P1′、P2′の分数部分)
である。トンネルコンダクタンスの変化率△G/G0は、
△G/G0=2・P1′・P2′
となる。トンネルコンダクタンスの変化率△G/G0はMR
変化率と同義である。In the ferromagnetic tunnel junction, from the first ferromagnetic film 211, the electron e maintains its spin direction.
When passing through the second ferromagnetic film 212 through the insulating film 210, the transmittance of the electron e is obtained from the amplitude square ratio of the incident wave and the transmitted wave by using the wave function obtained in consideration of spin, The tunnel conductance G is expressed as G = G 0 ′ (1 + P 1 ′ · P 2 ′) COSθ. Where P 1 ′ = [(K 1 ↑ -K 1 ↓ ) / (K 1 ↑ + K 1 ↓ )] α 1 P 2 ′ = [(K 2 ↑ -K 2 ↓ ) / (K 2 ↑ + K 2 ↓ )] α 2 G 0 ′: Electron wavenumbers K 1 ↑ , K 1 ↓ , K 2 ↑ , K in both ferromagnetic films
2 ↓ and constants determined by the height of barrier potential α 1 , α 2 : Coefficients P 1 ′, P 2 ′: Effective spin polarization P 1 , P of both ferromagnetic films 1 and 2 depending on the height of barrier potential 2 : The spin polarization of both ferromagnetic films 1 and 2 (the fractional part of the effective spin polarization P 1 ′ and P 2 ′). The rate of change of tunnel conductance ΔG / G 0 is ΔG / G 0 = 2 · P 1 ′ · P 2 ′. Change rate of tunnel conductance △ G / G 0 is MR
It is synonymous with the rate of change.
【0039】バリアポテンシャルの高さが低いと、それ
に依存する係数α1、α2が小さくなるため、両強磁性膜
の有効スピン偏極度P1′、P2′も小さくなり、MR変化
率が低くなる。逆に、バリアポテンシャルが充分に高い
と、有効スピン偏極度P1′、P 2′が、スピン偏極度P1、P
2に近づき、高いMR変化率が得られる。If the barrier potential is low,
Coefficient α depending on1, Α2Both ferromagnetic films
Effective spin polarization P of1′, P2′ Also becomes smaller, MR change
The rate is low. On the contrary, the barrier potential is sufficiently high
And the effective spin polarization P1′, P 2′ Is the spin polarization P1, P
2And a high MR change rate is obtained.
【0040】バリアポテンシャルが0.5〜3eVの範囲
にある場合、高いMR変化率を、再現性よく得ることが
できる。その理由の一つは、バリアポテンシャルを0.
5〜3eVの範囲に保つことにより、均一性が良好で、ピ
ンホールの非常に少ない絶縁膜210の形成が保証され
るためと推測される。When the barrier potential is in the range of 0.5 to 3 eV, a high MR change rate can be obtained with good reproducibility. One of the reasons is that the barrier potential is 0.
It is presumed that keeping the range of 5 to 3 eV ensures the formation of the insulating film 210 with good uniformity and very few pinholes.
【0041】もう一つの理由は、上述したバリアポテン
シャルの範囲では、第1の強磁性膜211と第2の強磁
性膜212との間に、絶縁膜210を介して、安定した
反強磁性的結合を生じるためと推測される。バリアポテ
ンシャルが1.5〜2.5eVの範囲では、特に好ましい
結果が得られた。Another reason is that in the above-mentioned range of barrier potential, a stable antiferromagnetic property is provided between the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 via the insulating film 210. It is presumed that it causes binding. Particularly preferable results were obtained when the barrier potential was in the range of 1.5 to 2.5 eV.
【0042】バリアポテンシャルが3eVを越えると、高
いMR変化率を得ることができなくなる。原因は明確で
はないが、3eVを越えるバリアポテンシャルの範囲で
は、トンネル電流が流れなくなるためではないかと推測
される。When the barrier potential exceeds 3 eV, a high MR change rate cannot be obtained. The cause is not clear, but it is presumed that tunnel current does not flow in the range of barrier potential over 3 eV.
【0043】バリアポテンシャルが0.5eVよりも小さ
くなると、この種の強磁性トンネル接合において期待さ
れる高いMR変化率を得ることができなくなる。その理
由は、絶縁膜210の均一性が劣化し、ピンホールが増
えるためと推測される。If the barrier potential is less than 0.5 eV, it is impossible to obtain the high MR change rate expected in this type of ferromagnetic tunnel junction. It is presumed that the reason is that the uniformity of the insulating film 210 deteriorates and the number of pinholes increases.
【0044】次に、バリアポテンシャルが0.5〜3eV
となる範囲において、第1の強磁性膜211と第2の強
磁性膜212との間に、絶縁膜210を介して、安定し
た反強磁性的結合を生じさせ得る可能性は、この強磁性
トンネル接合を、磁気ヘッドの読み取り用磁気変換素子
に用いる場合に大きな利点をもたらす。Next, the barrier potential is 0.5 to 3 eV.
In such a range, stable antiferromagnetic coupling may be generated between the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 via the insulating film 210. A great advantage is brought about when the tunnel junction is used for a read magnetic conversion element of a magnetic head.
【0045】図18は反強磁性的結合を生じている場合
の磁場ー磁気抵抗変化率特性を示す図である。図18に
示すように、反強磁性的結合を生じている場合、磁場ー
磁気抵抗曲線L1、L2が零磁場付近の領域△Hで、M
R変化率が最も高い値を示すようになる。従って、この
強磁性トンネル接合を磁気ヘッドの読み取り用磁気変換
素子として用いた場合、バイアス磁場を印加する必要が
なく、形状効果のみで、零磁場付近で直線領域が得られ
る。このため、磁気ヘッドの構造を簡素化することがで
きる(図3、図4参照)。FIG. 18 is a diagram showing a magnetic field-magnetoresistance change rate characteristic when antiferromagnetic coupling is generated. As shown in FIG. 18, when the antiferromagnetic coupling is generated, the magnetic field-magnetoresistance curves L1 and L2 are M in the region ΔH near the zero magnetic field.
The R change rate shows the highest value. Therefore, when this ferromagnetic tunnel junction is used as a read magnetic conversion element of a magnetic head, it is not necessary to apply a bias magnetic field, and a linear region can be obtained near the zero magnetic field only by the shape effect. Therefore, the structure of the magnetic head can be simplified (see FIGS. 3 and 4).
【0046】上述のようなバリアポテンシャルを確保し
得る絶縁膜210の一例は、大気中で40〜100℃ア
ニールした酸化アルミニウム膜である。かかる酸化アル
ミニウム膜は、金属アルミニウムが局部的に存在しなく
なったため、上下の強磁性膜211−212間でブリッ
ジができなくなり、その結果、高いバリアポテンシャル
を有する極薄絶縁膜210を有する強磁性トンネル接合
が実現できる。An example of the insulating film 210 that can secure the barrier potential as described above is an aluminum oxide film annealed at 40 to 100 ° C. in the atmosphere. In such an aluminum oxide film, since metal aluminum is not locally present, a bridge cannot be formed between the upper and lower ferromagnetic films 211-212, and as a result, the ferromagnetic tunnel having the ultrathin insulating film 210 having a high barrier potential is formed. Bonding can be realized.
【0047】絶縁膜210の他の例としては、ダイアモ
ンド状炭素膜(Diamond-like carbon膜、以下DLC膜と
称する)も、高いバリアポテンシャルを有する極薄の絶
縁膜210を実現するのに有効である。特に、プラズマ
CVD法で作製したDLC膜は、数十Åという非常に薄
い膜厚においても、均一、かつ、ピンホ−ルのない良好
な絶縁膜210が得られる。As another example of the insulating film 210, a diamond-like carbon film (hereinafter referred to as a DLC film) is also effective for realizing the extremely thin insulating film 210 having a high barrier potential. is there. In particular, the DLC film produced by the plasma CVD method can obtain a good insulating film 210 that is uniform and has no pinhole even if the film thickness is very thin, such as several tens of liters.
【0048】なお、M.Pomerantz,J.C.Sloczewski及びE.
Spiller等が開示した中間膜のC膜は、MBE法で作製
したアモルファス−C膜であり、プラズマCVD法で作
製したDLC膜とは異なる。具体的には、アモルファス
−C膜は炭素同士がネットワ−ク状に結合しているもの
であるが、本発明のDLC膜は炭素と水素がネットワ−
ク状に結合しており、本質的に異なるものである。Incidentally, M. Pomerantz, JC Sloczewski and E.
The intermediate C film disclosed by Spiller et al. Is an amorphous-C film produced by the MBE method, and is different from the DLC film produced by the plasma CVD method. Specifically, in the amorphous-C film, carbons are bonded to each other in a network shape, but in the DLC film of the present invention, carbon and hydrogen are networked.
They are joined together in the shape of a circle and are essentially different.
【0049】本発明において、通常、第1の強磁性膜2
11の保磁力と、第2の強磁性膜212の保磁力とは、
互いに異ならせる。図19は第1の強磁性膜211の保
磁力H1と、第2の強磁性膜212の保磁力H2とを、
H1>H2(またはH2>H1)のように異ならせた場
合の磁化曲線を示している。図示するように、磁化曲線
は二段ループになっている。図19中、円内に示された
2つの矢印は、第1の強磁性膜211の磁化の向き、及
び、第2の強磁性膜212の磁化の向きをそれぞれ示し
ている。In the present invention, the first ferromagnetic film 2 is usually used.
The coercive force of 11 and the coercive force of the second ferromagnetic film 212 are
Make them different from each other. FIG. 19 shows the coercive force H1 of the first ferromagnetic film 211 and the coercive force H2 of the second ferromagnetic film 212.
The magnetization curves are shown when different as in H1> H2 (or H2> H1). As shown in the figure, the magnetization curve has a two-step loop. In FIG. 19, the two arrows shown in the circle indicate the magnetization direction of the first ferromagnetic film 211 and the magnetization direction of the second ferromagnetic film 212, respectively.
【0050】第1の強磁性膜211の磁化の向きと、第
2の強磁性膜212の磁化の向きは、印加磁界が保磁力
H2(絶対値)より大きく、かつ、保磁力H1(絶対
値)よりも小さい場合は、反平行になり、印加磁界が保
磁力H1よりも大きい場合は、平行になる。電気抵抗
は、磁化の向きが反平行状態のとき大きく、磁化の向き
が平行状態であるとき小さくなる。磁化の向きが平行で
ある時の抵抗値Rsとし、磁化の向きが反平行から平行
へ変化した時の抵抗の変化分を△Rとすると、MR変化
率は△R/Rsとなる。これにより、外部印加磁界を検
出することができる。The magnetization direction of the first ferromagnetic film 211 and the magnetization direction of the second ferromagnetic film 212 are such that the applied magnetic field is larger than the coercive force H2 (absolute value) and the coercive force H1 (absolute value). When the applied magnetic field is larger than the coercive force H1, it becomes parallel. The electric resistance is large when the magnetization directions are antiparallel, and decreases when the magnetization directions are parallel. The MR change rate is ΔR / Rs, where Rs is the resistance value when the magnetization directions are parallel and ΔR is the change in resistance when the magnetization direction changes from antiparallel to parallel. Thereby, the externally applied magnetic field can be detected.
【0051】別の例として、第2の強磁性膜212の磁
化の向きを固定する。こうすることにより、第1の強磁
性膜211の磁化の向きだけを変化させることにより、
第2の強磁性膜212に対する第1の強磁性膜211の
磁化の向きを平行または反平行にすることができる。As another example, the magnetization direction of the second ferromagnetic film 212 is fixed. By doing so, by changing only the magnetization direction of the first ferromagnetic film 211,
The magnetization direction of the first ferromagnetic film 211 with respect to the second ferromagnetic film 212 can be parallel or antiparallel.
【0052】次に、強磁性トンネル接合部21の接合面
積及び絶縁膜210について、実施例を挙げて説明す
る。Next, the junction area of the ferromagnetic tunnel junction 21 and the insulating film 210 will be described with reference to examples.
【0053】<実施例1>図5〜図17に示した製造方
法において、酸化アルミニウム膜でなる絶縁膜210
は、アルミニウム膜を大気中において60℃、24時間
の熱処理を行なって形成した。強磁性トンネル接合の接
合面積は0.25〜2500μm2とした。Example 1 In the manufacturing method shown in FIGS. 5 to 17, the insulating film 210 made of an aluminum oxide film is used.
Was formed by heat-treating an aluminum film in the atmosphere at 60 ° C. for 24 hours. The junction area of the ferromagnetic tunnel junction was 0.25 to 2500 μm 2 .
【0054】上述した接合面積を持つ強磁性トンネル接
合を、各20個ずつ作製し、各接合面積毎のバリアポテ
ンシャル、MR変化率の平均値及びそのばらつきを調べ
た。また、歩留りについても調べた。次に、強磁性トン
ネル接合の作製方法を具体的に説明する。20 ferromagnetic tunnel junctions each having the above-mentioned junction area were produced, and the barrier potential, the average value of the MR change rate and its variation were examined for each junction area. The yield was also investigated. Next, a method of manufacturing the ferromagnetic tunnel junction will be specifically described.
【0055】まず、第1の強磁性膜211として、膜厚
10nmのNiFe膜をRFスパッタ法で成膜し、レジストフ
ォトリソ、Arイオンミリング、レジスト剥離の微細加
工技術を用いて、0.5〜50μm×0.5mmの矩形状にパタ−
ニングした。First, as the first ferromagnetic film 211, a NiFe film having a film thickness of 10 nm is formed by the RF sputtering method, and 0.5 to 50 μm × is formed by using a fine processing technique such as resist photolithography, Ar ion milling, and resist peeling. Patterned in a rectangle of 0.5 mm
I learned.
【0056】その後、レジストパタ−ニングをおこな
い、第1の強磁性膜211を構成するNiFe膜の表面酸化
膜を逆スパッタにより除去したあと、電子ビーム加熱式
真空蒸着法により、膜厚5nmのアルミニウム膜を成膜し
た。After that, resist patterning is performed to remove the surface oxide film of the NiFe film forming the first ferromagnetic film 211 by reverse sputtering, and then an aluminum film having a thickness of 5 nm is formed by an electron beam heating vacuum deposition method. Was deposited.
【0057】その後、サンプルを真空蒸着装置から取り
出して、大気中において60℃、24時間の熱処理を行
なった後、リフト・オフ・プロセスを経て、酸化アルミ
ニウム膜でなる絶縁膜210を形成した。After that, the sample was taken out from the vacuum vapor deposition apparatus, heat-treated in the atmosphere at 60 ° C. for 24 hours, and then subjected to a lift-off process to form an insulating film 210 made of an aluminum oxide film.
【0058】次に、再びレジストパタ−ニングをおこな
った後、第2の強磁性膜212として膜厚100nmのC
o膜をRFスパッタ法で成膜し、続いて、リフトオフプ
ロセスを経て、第1の強磁性膜211と直角方向に0.5
〜50μm×0.5mmの矩形状パタ−ンを持つ第2の強磁性膜
212を形成した。これにより、接合面積0.25〜2
500μm2の強磁性トンネル接合が得られた。Next, after resist patterning is performed again, a C film having a film thickness of 100 nm is formed as a second ferromagnetic film 212.
An o film is formed by RF sputtering, followed by a lift-off process, and 0.5 film is formed in a direction perpendicular to the first ferromagnetic film 211.
A second ferromagnetic film 212 having a rectangular pattern of .about.50 .mu.m.times.0.5 mm was formed. As a result, the bonding area is 0.25 to 2
A ferromagnetic tunnel junction of 500 μm 2 was obtained.
【0059】また、比較として、従来用いられている自
然酸化アルミニウム膜(成膜後、大気中において24時
間放置)を絶縁膜210としたNiFe/酸化アルミニウム
/Co強磁性トンネル接合も同様に作製した。Further, as a comparison, a NiFe / aluminum oxide / Co ferromagnetic tunnel junction in which a conventionally used natural aluminum oxide film (after film formation, left in the atmosphere for 24 hours) was used as the insulating film 210 was similarly prepared. .
【0060】実施例及び比較例において採用された第1
の強磁性膜211および第2の強磁性膜212の成膜条
件は以下に示す通りである。また、アルミニウム膜は、
到達圧力3×10-5 Pa、蒸着速度0.05nm/secで作製
した。First adopted in Examples and Comparative Examples
The film forming conditions for the ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 are as follows. Also, the aluminum film is
It was prepared at an ultimate pressure of 3 × 10 −5 Pa and a deposition rate of 0.05 nm / sec.
【0061】<強磁性膜成膜条件>
到達圧力:1×10-5 Pa
タ−ゲット:Ni80Fe20 at%、 Co(4インチφ)
スパッタガス:Ar 5 sccm
スパッタ圧力:0.5 Pa
投入パワ−:150 W
成膜レ−ト:NiFe 45nm/min、 Co 40nm/min
基板温度:水冷
このようにして作製したサンプルについて、直流4端子
法で磁気抵抗(MR)曲線を測定した。なお、測定時の
最大印加磁場は±1kOeとし、−1kOeの磁場を印加させ
たのち、磁場を徐々に大きくして+1kOeまでかけ、再
び−1kOeに戻した。また、バリアポテンシャルはトン
ネル接合のV−I特性を測定し、直線領域からのずれを
もとめた。<Ferromagnetic film forming conditions> Ultimate pressure: 1 × 10 −5 Pa Target: Ni 80 Fe 20 at%, Co (4 inches φ) Sputtering gas: Ar 5 sccm Sputtering pressure: 0.5 Pa Input power: 150 W Film formation rate: NiFe 45 nm / min, Co 40 nm / min Substrate temperature: Water cooling The magnetoresistive (MR) curve of the sample thus prepared was measured by the direct current 4-terminal method. The maximum applied magnetic field during measurement was ± 1 kOe, and after applying a magnetic field of -1 kOe, the magnetic field was gradually increased to +1 kOe and returned to -1 kOe again. For the barrier potential, the VI characteristic of the tunnel junction was measured to find the deviation from the linear region.
【0062】図20に本発明に係る接合面積50×50
μm2の強磁性トンネル接合の磁気抵抗曲線を示す。印加
磁場を−1kOeより大きくしていくと、+5Oeにおい
て、第1の強磁性膜211の磁化反転がおこり、第1の
強磁性膜211と第2の強磁性膜212のスピンが反平
行になるため、電気抵抗が大きくなる。バリアポテンシ
ャルを求めた結果0.5eVであり、作製した20個のう
ち16個において同様のMR曲線が得られた。MR変化
率は6.6〜8.1%であり、MR変化率の平均値は
7.6%で、変化率ばらつきは±7%であった。FIG. 20 shows a joint area of 50 × 50 according to the present invention.
The magnetoresistance curve of a μm 2 ferromagnetic tunnel junction is shown. When the applied magnetic field is made larger than -1 kOe, the magnetization reversal of the first ferromagnetic film 211 occurs at +5 Oe, and the spins of the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 become antiparallel. Therefore, the electric resistance increases. The barrier potential was calculated to be 0.5 eV, and similar MR curves were obtained for 16 of the 20 manufactured. The MR change rate was 6.6 to 8.1%, the average MR change rate was 7.6%, and the change rate variation was ± 7%.
【0063】一方、自然酸化アルミニウム膜を絶縁膜2
10とした比較例の強磁性トンネル接合においては、バ
リアポテンシャルは0.2eVしか得られなかった。ま
た、4個しかMR曲線が観測できず、MR変化率平均値
は1.5%と低く、平均値ばらつき±88%と非常に大
きかった。種々の接合面積についても同様の評価を行な
った。これらの結果を表1ー1、1ー2に示す。
On the other hand, the natural aluminum oxide film is replaced with the insulating film 2.
In the ferromagnetic tunnel junction of Comparative Example No. 10, the barrier potential was only 0.2 eV. Further, only four MR curves could be observed, the average value of MR change rate was as low as 1.5%, and the average value variation was ± 88%, which was very large. The same evaluation was performed for various bonded areas. The results are shown in Tables 1-1 and 1-2.
【0064】表1から明らかなように、大気中60℃熱
処理により形成した酸化アルミニウム膜を絶縁膜210
としての用いることにより、0.5〜3eVの高いバリア
ポテンシャルと高いMR変化率が得られ、しかもばらつ
きが少なく、高い歩留まりが得られる。特にバリアポテ
ンシャルが1.5〜2.5eVのとき歩留りが高い。ま
た、30〜250℃の温度範囲で大気中熱処理して得ら
れた酸化アルミニウム膜を絶縁膜210とした強磁性ト
ンネル接合のMR特性を調べた結果、40〜100℃熱
処理した場合に、高いMR変化率が得られ、しかも、ば
らつきが少なく、高い歩留まりが得られることがわかっ
た。As is clear from Table 1, the aluminum oxide film formed by the heat treatment at 60 ° C. in the atmosphere is replaced with the insulating film 210.
As a result, a high barrier potential of 0.5 to 3 eV and a high MR change rate can be obtained, and there is little variation and a high yield can be obtained. In particular, the yield is high when the barrier potential is 1.5 to 2.5 eV. Further, as a result of examining the MR characteristics of the ferromagnetic tunnel junction using the aluminum oxide film obtained by heat treatment in the air in the temperature range of 30 to 250 ° C. as the insulating film 210, a high MR is obtained when the heat treatment is performed at 40 to 100 ° C. It was found that the rate of change was obtained, the variation was small, and the yield was high.
【0065】<実施例2>第1の強磁性膜211はCo50
Fe50によって構成し、第2の強磁性膜212はCoによ
って構成した。接合面積は0.25〜2500μm2とし
た。第1の強磁性膜211及び第2の強磁性膜212は
実施例1と同様の方法で作製した。絶縁膜210を構成
するDLC膜は、プラズマCVD法により、膜厚5nmに
なるよう成膜し、リフトオフ法によりパタ−ニングし
た。DLC膜の成膜条件は以下に示す。Example 2 The first ferromagnetic film 211 is made of Co 50.
Fe 50 was used, and the second ferromagnetic film 212 was made of Co. The bonding area was 0.25 to 2500 μm 2 . The first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 were manufactured by the same method as in Example 1. The DLC film forming the insulating film 210 was formed to a thickness of 5 nm by the plasma CVD method and patterned by the lift-off method. The film forming conditions for the DLC film are shown below.
【0066】<DLC膜成膜条件>
到達圧力:2×10-3 Pa
導入ガス:メタン 5 sccm
スパッタ圧力:3.5 Pa
RFパワ−:50 W
自己バイアス:−150 V
成膜レ−ト:10nm/min
基板温度:加熱および水冷なし
また、比較例として、自然酸化アルミニウム膜を絶縁膜
210としたCo50Fe50/酸化アルミニウム/Co強磁性
トンネル接合を作製した。<DLC film forming conditions> Ultimate pressure: 2 × 10 −3 Pa Introducing gas: Methane 5 sccm Sputtering pressure: 3.5 Pa RF power: 50 W Self-bias: −150 V Film forming rate: 10 nm / min Substrate temperature: No heating or water cooling Further, as a comparative example, a Co 50 Fe 50 / aluminum oxide / Co ferromagnetic tunnel junction having a natural aluminum oxide film as the insulating film 210 was prepared.
【0067】上記実施例及び比較例のサンプルについ
て、直流4端子法でMR特性を測定して得られた結果を
表2ー1、2ー2に示す。Tables 2-1 and 2-2 show the results obtained by measuring the MR characteristics of the samples of the above Examples and Comparative Examples by the DC 4-terminal method.
【0068】上記実施例及び比較例のサンプルについ
て、直流4端子法でMR特性を測定して得られた結果を
表2ー1、2ー2に示す。
Tables 2-1 and 2-2 show the results obtained by measuring the MR characteristics of the samples of the above-mentioned Examples and Comparative Examples by the DC 4-terminal method.
【0069】表2から明らかなように、プラズマCVD
法で作製したDLC膜を、絶縁膜210として用いるこ
とにより、高いバリアポテンシャルおよび高いMR変化
率が得られ、しかも、ばらつきが少なく、高い歩留まり
が得られることがわかる。例えば、本実施例による接合
面積50×50μm2のサンプルについて、作製した20
個のうち、15個でMR曲線が得られた。MR変化率の
平均値は18.9%で、変化率のばらつきは±12%で
あった。また、実施例1と同様に、バリアポテンシャル
1.5〜2.5eVのとき特に歩留りが高かった。これに
対して、自然酸化アルミニウム膜を絶縁膜210とした
比較例の強磁性トンネル接合においては、バリアポテン
シャルは小さく、5個しかMR曲線が観測できず、MR
変化率平均値は3.3%と低く、ばらつきは±88%と
非常に大きかった。As is clear from Table 2, plasma CVD
It can be seen that by using the DLC film manufactured by the method as the insulating film 210, a high barrier potential and a high MR change rate can be obtained, and further, there is little variation and a high yield can be obtained. For example, a sample having a junction area of 50 × 50 μm 2 according to this example was prepared 20.
The MR curve was obtained for 15 of them. The average MR change rate was 18.9%, and the variation in change rate was ± 12%. Moreover, as in Example 1, the yield was particularly high when the barrier potential was 1.5 to 2.5 eV. On the other hand, in the ferromagnetic tunnel junction of the comparative example using the natural aluminum oxide film as the insulating film 210, the barrier potential is small and only 5 MR curves can be observed.
The average change rate was as low as 3.3%, and the variation was ± 88%, which was very large.
【0070】次に、接合面積と反転磁場との関係につい
て述べる。接合面積が小さいほど絶縁膜210のピンホ
ールなどの欠陥が少なくなるため高い歩留まりが得られ
ることは報告されている。表1および表2からわかるよ
うに、本実施例の強磁性トンネル接合において、接合面
積が小さいほどMR変化率は高く、また高い歩留まりが
得られる。特にバリアポテンシャル1.5〜2.5eVの
ときに歩留りが高くなる。Next, the relationship between the junction area and the reversal magnetic field will be described. It has been reported that the smaller the bonding area, the smaller the number of defects such as pinholes in the insulating film 210 and the higher the yield. As can be seen from Table 1 and Table 2, in the ferromagnetic tunnel junction of this example, the smaller the junction area, the higher the MR change rate and the higher the yield. In particular, the yield increases when the barrier potential is 1.5 to 2.5 eV.
【0071】また、図20に示す磁場Hab、即ち、第1
の強磁性膜211の磁化が反転する磁場が、負の方向に
シフトしていくことがわかった。特に、接合面積が10
μm2より小さくバリアポテンシャルが1.5〜2.5eV
のとき、零磁場において第1の強磁性膜211と第2の
強磁性膜212の各々の磁化が反平行状態になる。この
ことは、両磁性膜間に反強磁性的結合力が作用している
ことを示している。接合面積が10μm2より小さい場合
に高いMR変化率と高い歩留まりが得られたのは、均一
でピンホールの非常に少ない絶縁膜210を用い、か
つ、接合面積を小さくすることにより、両磁性膜間に反
強磁性的結合が生じたためと考えられる。また実施例1
−7及び実施例2−8に示すように、接合面積が10μ
m2以下でもバリアポテンシャルが2.5eVより大きい
と、両磁性膜間で反強磁性的接合は得られず、歩留りも
若干低下する。The magnetic field Hab shown in FIG. 20, that is, the first magnetic field
It was found that the magnetic field for reversing the magnetization of the ferromagnetic film 211 of 1 was shifted in the negative direction. Especially, the joint area is 10
Smaller than μm 2 and barrier potential 1.5 to 2.5 eV
At this time, in the zero magnetic field, the magnetizations of the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 are in antiparallel states. This indicates that the antiferromagnetic coupling force acts between both magnetic films. The high MR change rate and the high yield were obtained when the junction area was smaller than 10 μm 2 because the insulating film 210 which was uniform and had very few pinholes was used, and the junction area was made small, so that both magnetic films It is considered that antiferromagnetic coupling occurred between them. Example 1
-7 and Example 2-8, the bonding area is 10μ.
If the barrier potential is larger than 2.5 eV even at m 2 or less, antiferromagnetic junction cannot be obtained between both magnetic films, and the yield is slightly reduced.
【0072】次に、本発明に係る磁気ヘッドと従来のA
MR磁気ヘッドについて、特性評価を示す。Next, the magnetic head according to the present invention and the conventional A
The characteristics of the MR magnetic head will be evaluated.
【0073】<本発明の磁気ヘッド>実施例2によるCo
50Fe50/DLC/Co強磁性トンネル接合を用いた磁気ヘッド
を作製し、磁気記録媒体に書き込まれた記録信号を読み
出し、再生感度および再生出力を調べ、従来のAMR磁
気ヘッドと比較した。本発明にかかる磁気ヘッドは、強
磁性トンネル接合部21の幅1μm 、長さ1μm とした。
すなわち、磁気ヘッドのトラック幅は1μmおよびMR
ハイトは1μmである。MRシ−ルド間隔は0.27μm
とした。<Magnetic Head of the Present Invention> Co according to the second embodiment
50Fe50Magnetic head using a / DLC / Co ferromagnetic tunnel junction
And read the recording signal written on the magnetic recording medium.
Output, reproduction sensitivity and reproduction output, and conventional AMR magnet
Compared with the Ki head. The magnetic head according to the present invention is
Width of magnetic tunnel junction 21 1 μm , Length 1 μm And
That is, the track width of the magnetic head is 1 μm and MR
The height is 1 μm. MR shield interval is 0.27 μm
And
【0074】<従来のAMR磁気ヘッド:比較例>比較
のため、SALバイアス方式のNiFe膜をMR膜としたト
ラック幅1μm、MRハイト1μm、MRシ−ルド間隔
0.27μmの従来のAMR磁気ヘッドも作製した。作
製方法を以下に示す。下部絶縁膜の形成までは本発明の
強磁性トンネル接合型MR磁気ヘッドと同じである。下
部絶縁膜を形成した後、まずSAL膜としてNiFeRh膜、
磁気分離膜としてTa膜及び、MR膜としてNiFe膜をD
Cスパッタ法で成膜し、微細加工技術により矩形状に加
工した。その後、電極膜、上部絶縁膜及び上部シ−ルド
膜を薄膜及び微細加工技術で形成した。<Conventional AMR Magnetic Head: Comparative Example> For comparison, a conventional AMR magnetic head having a track width of 1 μm, an MR height of 1 μm, and an MR shield interval of 0.27 μm using an SAL bias type NiFe film as an MR film. Also made. The manufacturing method is shown below. The process up to formation of the lower insulating film is the same as that of the ferromagnetic tunnel junction type MR magnetic head of the present invention. After forming the lower insulating film, first, NiFeRh film as SAL film,
Ta film as the magnetic separation film and NiFe film as the MR film
A film was formed by the C sputtering method and processed into a rectangular shape by a fine processing technique. After that, an electrode film, an upper insulating film and an upper shield film were formed by a thin film and a fine processing technique.
【0075】この磁気ヘッドを用いて、保磁力2500
Oe、膜厚50nmの磁気記録媒体に書き込まれた記録信号
を再生し、特性を調べた。Using this magnetic head, coercive force 2500
A recording signal written in a magnetic recording medium having Oe and a film thickness of 50 nm was reproduced to examine the characteristics.
【0076】図21は、単位トラック幅当たりの再生出
力と記録密度を比較した図である。曲線L3は本発明に
係る強磁性トンネル接合を用いた磁気ヘッドの特性、曲
線L4は従来のAMR磁気ヘッドの特性をそれぞれ示し
ている。図21に示すように、本発明の強磁性トンネル
接合型磁気ヘッドによれば、従来のAMR磁気ヘッドよ
り4〜5倍の再生出力が得られた。FIG. 21 is a diagram comparing the reproduction output per unit track width with the recording density. A curve L3 shows the characteristics of the magnetic head using the ferromagnetic tunnel junction according to the present invention, and a curve L4 shows the characteristics of the conventional AMR magnetic head. As shown in FIG. 21, according to the ferromagnetic tunnel junction type magnetic head of the present invention, a reproduction output which is 4 to 5 times that of the conventional AMR magnetic head was obtained.
【0077】次に、本発明に係る強磁性トンネル接合型
磁気ヘッドにおいて、強磁性トンネル接合部21は、第
1の強磁性膜211または第2の強磁性膜212に、磁
気的制御手段を備えることもある。そのような手段の一
つは、第1の強磁性膜211または第2の強磁性膜21
2の何れか一方の磁化の向きを固定することであり、も
う一つの手段は、第1の強磁性膜211または第2の強
磁性膜212のうち、磁化固定を受けていない強磁性膜
に磁区制御を与えることである。これらの手段は、通常
は、併用されるが、単独で用いることもできる。Next, in the ferromagnetic tunnel junction type magnetic head according to the present invention, the ferromagnetic tunnel junction portion 21 is provided with the magnetic control means in the first ferromagnetic film 211 or the second ferromagnetic film 212. Sometimes. One of such means is the first ferromagnetic film 211 or the second ferromagnetic film 21.
2 is to fix the magnetization direction of either one of them, and another means is to fix the magnetization of one of the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 which has not been fixed. To give magnetic domain control. These means are usually used in combination, but may be used alone.
【0078】<磁化固定手段>まず、磁化固定手段につ
いて説明する。強磁性トンネル接合部21の磁気抵抗変
化は、第1の強磁性膜211の磁化の向きと第2の強磁
性膜212の磁化の向きとの相対角度に依存するから、
微小磁場で高い再生出力を得るためには、外部磁場が零
のときに、第1の強磁性膜211または第2の強磁性膜
212は、磁化の向きが、互いに平行でないことが望ま
しい。例えば、第1の強磁性膜211及び第2の強磁性
膜212の磁化の向きを、互いに直交する方向にとる。<Magnetization Fixing Means> First, the magnetization fixing means will be described. The change in the magnetoresistance of the ferromagnetic tunnel junction 21 depends on the relative angle between the magnetization direction of the first ferromagnetic film 211 and the magnetization direction of the second ferromagnetic film 212.
In order to obtain a high reproduction output with a minute magnetic field, it is desirable that the magnetization directions of the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 are not parallel to each other when the external magnetic field is zero. For example, the magnetization directions of the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 are set in directions orthogonal to each other.
【0079】特に、外部磁場に対し、第1の強磁性膜2
11の磁化の向きが垂直となり、第2の強磁性膜212
の磁化の向きが平行となるように方向付けするのが好ま
しい。Particularly, for the external magnetic field, the first ferromagnetic film 2
The magnetization direction of 11 is perpendicular to the second ferromagnetic film 212.
It is preferable to orient the magnets so that their magnetization directions are parallel to each other.
【0080】更に、第1の強磁性膜211は外部磁場に
対して磁化の向きが自由に変化する自由強磁性膜として
動作させ、第2の強磁性膜212は外部磁場に対して磁
化の向きが固定されているピン止め強磁性膜として動作
させることが望ましい。こうすることにより、自由強磁
性膜である第1の強磁性膜211の磁化の動きのみで、
両強磁性膜211、212の間に、磁化の向きに関し
て、相対角度変化を生じさせることができる。この場
合、外部磁場に対して、自由強磁性膜を構成する第1の
強磁性膜211の磁化容易軸が垂直となり、ピン止め強
磁性膜を構成する第2の強磁性膜212の磁化容易軸が
平行となるように設定するのがよい。こうすることによ
り、自由強磁性膜である第1の強磁性膜211の磁化の
方向が、外部磁場により磁化回転モードで変化するた
め、高いMR感度が得られると共に、スムーズな磁化反
転が行なわれ、磁壁移動に伴うバルクハウゼンノイズの
発生を低減できる。Further, the first ferromagnetic film 211 operates as a free ferromagnetic film whose magnetization direction freely changes with respect to an external magnetic field, and the second ferromagnetic film 212 operates with respect to the external magnetic field. It is desirable to operate as a pinned ferromagnetic film in which is fixed. By doing so, only the movement of the magnetization of the first ferromagnetic film 211, which is a free ferromagnetic film,
A relative angle change can be generated between the ferromagnetic films 211 and 212 with respect to the magnetization direction. In this case, the easy axis of magnetization of the first ferromagnetic film 211 forming the free ferromagnetic film becomes perpendicular to the external magnetic field, and the easy axis of magnetization of the second ferromagnetic film 212 forming the pinned ferromagnetic film becomes perpendicular. It is better to set so that they are parallel to each other. By doing so, the direction of magnetization of the first ferromagnetic film 211, which is a free ferromagnetic film, changes in the magnetization rotation mode due to the external magnetic field, so that high MR sensitivity is obtained and smooth magnetization reversal is performed. It is possible to reduce the occurrence of Barkhausen noise associated with domain wall movement.
【0081】外部磁場に対して、自由強磁性膜である第
1の強磁性膜211の磁化容易軸が垂直、ピン止め強磁
性膜である第2の強磁性膜212の容易軸が平行になる
ように方向付ける手段としては、次のような方法があ
る。第1の方法は、自由強磁性膜である第1の強磁性膜
211を低保磁力の軟質強磁性膜を用い、ピン止め強磁
性膜である第2の強磁性膜212に高保磁力の硬質磁性
膜を用いる方法である。第2の方法は、第1の強磁性膜
211及び第2の強磁性膜212の両者共、軟質強磁性
膜によって構成し、ピン止め強磁性膜である第2の強磁
性膜212に磁化固定膜を積層し、第2の強磁性膜21
2の磁化の向きを固定する方法である。The easy axis of magnetization of the first ferromagnetic film 211, which is a free ferromagnetic film, is perpendicular to the external magnetic field, and the easy axis of the second ferromagnetic film 212, which is a pinned ferromagnetic film, is parallel to the external magnetic field. The following methods are available as means for directing. In the first method, a soft ferromagnetic film having a low coercive force is used as the first ferromagnetic film 211 that is a free ferromagnetic film, and a hard ferromagnetic film having a high coercive force is used as the second ferromagnetic film 212 that is a pinning ferromagnetic film. This is a method using a magnetic film. In the second method, both the first ferromagnetic film 211 and the second ferromagnetic film 212 are made of a soft ferromagnetic film, and the magnetization is fixed to the second ferromagnetic film 212 which is a pinned ferromagnetic film. The films are laminated to form the second ferromagnetic film 21.
This is a method of fixing the magnetization direction of No. 2.
【0082】次に、上述したような要求を充たすための
磁化固定手段の具体例について、図22〜図24を参照
して説明する。Next, a specific example of the magnetization fixing means for satisfying the above requirements will be described with reference to FIGS.
【0083】図22は本発明に係る磁気ヘッドの強磁性
トンネル接合部21を示す断面図、図23は強磁性トン
ネル接合部21の斜視図である。この実施例では、第2
の強磁性膜212の面上に磁化固定膜216を有する。
磁化固定膜216は第2の強磁性膜212と、第2の電
極膜23との間に設けられており、第2の強磁性膜21
2がピン止め強磁性膜となり、第1の強磁性膜211が
自由強磁性膜となる。図示は省略するけれども、磁化固
定膜216は第1の強磁性膜211と第1の電極膜22
との間に設けてもよい。この場合は、第1の強磁性膜2
11がピン止め強磁性膜となり、第2の強磁性膜212
が自由強磁性膜となる。FIG. 22 is a sectional view showing the ferromagnetic tunnel junction 21 of the magnetic head according to the present invention, and FIG. 23 is a perspective view of the ferromagnetic tunnel junction 21. In this embodiment, the second
The magnetization fixed film 216 is provided on the surface of the ferromagnetic film 212.
The magnetization fixed film 216 is provided between the second ferromagnetic film 212 and the second electrode film 23, and has the second ferromagnetic film 21.
2 serves as a pinned ferromagnetic film, and the first ferromagnetic film 211 serves as a free ferromagnetic film. Although illustration is omitted, the magnetization fixed film 216 is composed of the first ferromagnetic film 211 and the first electrode film 22.
It may be provided between and. In this case, the first ferromagnetic film 2
11 serves as a pinned ferromagnetic film, and the second ferromagnetic film 212
Becomes a free ferromagnetic film.
【0084】実施例において、第1の強磁性膜211の
磁化の向きM1がABS面13(または14)と平行で
あり、第2の強磁性膜212の磁化の向きM2は、磁化
固定膜216によりABS面13(または14)に垂直
となる方向に固定されている。In the embodiment, the magnetization direction M1 of the first ferromagnetic film 211 is parallel to the ABS plane 13 (or 14), and the magnetization direction M2 of the second ferromagnetic film 212 is the fixed magnetization film 216. Is fixed in a direction perpendicular to the ABS surface 13 (or 14).
【0085】磁化固定膜216としては、高保磁力の硬
質強磁性膜または反強磁性膜の何れかを用いることがで
きる。磁化固定膜216として、硬質強磁性膜を用いた
場合には、磁化固定膜216及び第2の強磁性膜212
の間に強磁性膜ー強磁性膜による交換結合が生じ、第2
の強磁性膜212の磁化の向きが固定され、ピン止め強
磁性膜となる。磁化固定膜216として、反強磁性膜を
用いた場合には、磁化固定膜216及び第2の強磁性膜
212の間に反強磁性膜ー強磁性膜による交換結合が生
じ、第2の強磁性膜212の磁化の向きが固定され、ピ
ン止め強磁性膜となる。As the magnetization fixed film 216, either a hard ferromagnetic film having a high coercive force or an antiferromagnetic film can be used. When a hard ferromagnetic film is used as the magnetization fixed film 216, the magnetization fixed film 216 and the second ferromagnetic film 212 are used.
Exchange coupling between the ferromagnetic film and the ferromagnetic film occurs between the
The magnetization direction of the ferromagnetic film 212 is fixed, and the pinned ferromagnetic film is formed. When an antiferromagnetic film is used as the magnetization fixed film 216, an exchange coupling due to the antiferromagnetic film-ferromagnetic film occurs between the magnetization fixed film 216 and the second ferromagnetic film 212, which causes the second strong film. The magnetization direction of the magnetic film 212 is fixed, and the pinned ferromagnetic film is formed.
【0086】硬質強磁性膜としては、 Co合金、例え
ば、CoPt,CoPtCr,CoPtTa,CoPtTaCrを用いることがで
きる。反強磁性膜としては、金属系反強磁性材料あるい
は酸化物系反強磁性材料の用いることができる。金属系
反強磁性材料の例はMn合金である。利用できるMn合
金としてはFeMn,NiMn,PtMn,RuMn,RhMn,IrMn,PdMn
及びそれらの合金を挙げることができる。酸化物系反強
磁性材料の例は、NiO,NiCoO,Fe2O3,CoOである。As the hard ferromagnetic film, a Co alloy such as CoPt, CoPtCr, CoPtTa, CoPtTaCr can be used. As the antiferromagnetic film, a metal antiferromagnetic material or an oxide antiferromagnetic material can be used. An example of the metallic antiferromagnetic material is a Mn alloy. FeMn, NiMn, PtMn, RuMn, RhMn, IrMn, PdMn are available as Mn alloys.
And their alloys. Examples of oxide-based antiferromagnetic materials are NiO, NiCoO, Fe 2 O 3 , and CoO.
【0087】図24は図22及び図23に示した磁気ヘ
ッドの強磁性トンネル接合部21の動作を説明する図で
ある。印加磁場Hが零のとき、第2の強磁性膜212の
磁化の向きM2は、磁化固定膜216(図22、23参
照)により、ABS面13(または14)に垂直になる
方向に制御されている。第1の強磁性膜211の磁化の
向きM1はABS面13(または14)と平行となる方
向である。この状態で、磁気ディスク等の磁気記録媒体
から磁場Hが印加された場合、磁化固定膜216により
ピン止めされている第2の強磁性膜212の磁化の向き
M2は変化しないが、第1の強磁性膜211の磁化の向
きM1は、例えば角度θだけ変化する。これにより磁気
抵抗効果が生じる。FIG. 24 is a diagram for explaining the operation of the ferromagnetic tunnel junction portion 21 of the magnetic head shown in FIGS. 22 and 23. When the applied magnetic field H is zero, the magnetization direction M2 of the second ferromagnetic film 212 is controlled by the magnetization fixed film 216 (see FIGS. 22 and 23) so as to be perpendicular to the ABS surface 13 (or 14). ing. The magnetization direction M1 of the first ferromagnetic film 211 is parallel to the ABS 13 (or 14). In this state, when a magnetic field H is applied from a magnetic recording medium such as a magnetic disk, the magnetization direction M2 of the second ferromagnetic film 212 pinned by the magnetization fixed film 216 does not change, but the first The magnetization direction M1 of the ferromagnetic film 211 changes by an angle θ, for example. This produces a magnetoresistive effect.
【0088】<磁区制御手段>次に、磁化固定を受けて
いない自由強磁性膜に対する磁区制御手段について説明
する。この種の磁気ヘッドにおいて、強磁性トンネル接
合部21は、微細な矩形状パターンとして形成される。
かかるパターンでは、パターン端部に磁気的な不安定部
分が発生し、磁区が形成されてしまうのを回避すること
ができない。このため、磁壁移動モードでの磁化反転が
部分的に発生し、ノイズを発生する。そこで、自由強磁
性膜の端部に磁区制御膜を設け、自由強磁性膜での磁区
形成を抑制する。磁区制御膜は磁気バイアス膜である。<Magnetic Domain Control Means> Next, the magnetic domain control means for the free ferromagnetic film which is not fixed in magnetization will be described. In this type of magnetic head, the ferromagnetic tunnel junction 21 is formed as a fine rectangular pattern.
In such a pattern, it is unavoidable that a magnetically unstable portion is generated at the end of the pattern and a magnetic domain is formed. Therefore, the magnetization reversal in the domain wall motion mode partially occurs, and noise is generated. Therefore, a magnetic domain control film is provided at the end of the free ferromagnetic film to suppress magnetic domain formation in the free ferromagnetic film. The magnetic domain control film is a magnetic bias film.
【0089】図25は本発明に係る磁気ヘッドの強磁性
トンネル接合部21を示す平面図、図26は図25の2
6ー26線に沿った断面図である。この実施例は、第2
の強磁性膜212を自由強磁性膜とした例を示し、第2
の強磁性膜212の両端部に、磁区制御膜となるバイア
ス磁性膜214、215を形成し、第2の強磁性膜21
2を単一磁区状態に保持する。バイアス磁性膜214、
215としては、硬質強磁性膜または反強磁性膜を用い
ることができる。このようなバイアス磁性膜214、2
15を配置することにより、それが備えられた第2の強
磁性膜212を単一磁区状態にすることができるため、
出力波形歪みの原因となるバルクハウゼンノイズの発生
を抑えることができる。FIG. 25 is a plan view showing the ferromagnetic tunnel junction portion 21 of the magnetic head according to the present invention, and FIG.
FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-26. This embodiment is the second
2 shows an example in which the ferromagnetic film 212 of FIG.
Bias magnetic films 214 and 215 serving as magnetic domain control films are formed on both ends of the ferromagnetic film 212 of the second ferromagnetic film 21.
2 in a single domain state. Bias magnetic film 214,
As 215, a hard ferromagnetic film or an antiferromagnetic film can be used. Such bias magnetic films 214, 2
By disposing 15, the second ferromagnetic film 212 provided therewith can be brought into a single magnetic domain state,
It is possible to suppress the generation of Barkhausen noise that causes output waveform distortion.
【0090】バイアス磁性膜214、215を構成する
硬質強磁性膜としては、CoPt,CoPtCr,CoPtTa等の材料
を用いることができる。また、反強磁性膜としてはFeM
n,NiMn,PtMn,PdMn,RhMn,CrAl,CrSbなどの反強磁
性材料やNiO,α-Fe2O3などの酸化物系反強磁性などを用
いることができる。Materials such as CoPt, CoPtCr, and CoPtTa can be used for the hard ferromagnetic films forming the bias magnetic films 214 and 215. In addition, as an antiferromagnetic film, FeM
Antiferromagnetic materials such as n, NiMn, PtMn, PdMn, RhMn, CrAl, and CrSb, and oxide antiferromagnetism such as NiO and α-Fe 2 O 3 can be used.
【0091】図27は本発明に係る磁気ヘッドの強磁性
トンネル接合部21の別の例を示す断面図である。この
実施例は、第1の強磁性膜211を自由強磁性膜とした
例を示し、第1の強磁性膜211の両端部に、磁区制御
膜となるバイアス磁性膜214、215を形成し、第1
の強磁性膜211を単一磁区状態に保持する。FIG. 27 is a sectional view showing another example of the ferromagnetic tunnel junction portion 21 of the magnetic head according to the present invention. This example shows an example in which the first ferromagnetic film 211 is a free ferromagnetic film, and bias magnetic films 214 and 215 serving as magnetic domain control films are formed on both ends of the first ferromagnetic film 211. First
Holding the ferromagnetic film 211 in the single magnetic domain state.
【0092】図25〜図27に示したように、磁区制御
膜となるバイアス磁性膜214、215を設ける場合
も、第1の強磁性膜211または第2の強磁性膜212
は、磁化の向きが、互いに平行でないことが望ましい。
例えば、印加磁場が零の場合に、第1の強磁性膜211
または第2の強磁性膜212のうちの一方の磁化の向き
が、ABS面13(または14)に平行であり、もう一
方の強磁性膜の磁化の向きがABS面に垂直になるよう
に制御する。As shown in FIGS. 25 to 27, even when the bias magnetic films 214 and 215 to be the magnetic domain control films are provided, the first ferromagnetic film 211 or the second ferromagnetic film 212 is provided.
It is desirable that the magnetization directions are not parallel to each other.
For example, when the applied magnetic field is zero, the first ferromagnetic film 211
Alternatively, the magnetization direction of one of the second ferromagnetic films 212 is controlled to be parallel to the ABS plane 13 (or 14) and the magnetization direction of the other ferromagnetic film is perpendicular to the ABS plane. To do.
【0093】図25及び図26に示した構造の強磁性ト
ンネル接合型磁気ヘッドにおいて、Fe(20nm)/酸化アル
ミニウム(4nm)/Co-10at%Fe(10nm)の膜構成でなる強磁性
トンネル接合部21を感磁部に用いた。Co-10at%Feでな
る第2の強磁性膜212の両端に、バイアス磁性膜21
4、215として、CoPtでなる硬質磁性膜を配置した。In the ferromagnetic tunnel junction type magnetic head having the structure shown in FIGS. 25 and 26, a ferromagnetic tunnel junction having a film structure of Fe (20 nm) / aluminum oxide (4 nm) / Co-10 at% Fe (10 nm). The part 21 was used as the magnetic sensing part. The bias magnetic film 21 is formed on both ends of the second ferromagnetic film 212 made of Co-10at% Fe.
4, hard magnetic films made of CoPt are arranged.
【0094】この磁気ヘッドを用いて、実施例1と同様
の静電破壊試験を行なった結果、金属板への印加電圧が
約180Vで静電破壊が起こり、従来の磁気ヘッドより
耐電圧が高かった。また、保磁力2500Oe、膜厚50
nmの磁気記録媒体に書き込まれた信号を再生し、出力波
形を調べた結果、図28に示すように歪みのない良好な
波形が得られた。Using this magnetic head, an electrostatic breakdown test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, electrostatic breakdown occurred when the applied voltage to the metal plate was about 180 V, and the withstand voltage was higher than that of the conventional magnetic head. It was In addition, coercive force 2500 Oe, film thickness 50
As a result of reproducing the signal written in the magnetic recording medium of nm and examining the output waveform, a good waveform without distortion was obtained as shown in FIG.
【0095】<磁化固定及び磁区制御の併用>図29は
本発明に係る磁気ヘッドの強磁性トンネル接合部21の
別の例を示す断面図である。この実施例は、第1の強磁
性膜211を自由強磁性膜とし、第2の強磁性膜212
をピン止め強磁性膜とした例を示している。第1の強磁
性膜211の両端には磁区制御膜214、215が設け
られており、また、第2の強磁性膜212の上には磁化
固定膜216が設けられている。<Combination of Magnetization Fixation and Magnetic Domain Control> FIG. 29 is a sectional view showing another example of the ferromagnetic tunnel junction portion 21 of the magnetic head according to the present invention. In this embodiment, the first ferromagnetic film 211 is a free ferromagnetic film, and the second ferromagnetic film 212 is used.
Shows an example in which is a pinned ferromagnetic film. Magnetic domain control films 214 and 215 are provided on both ends of the first ferromagnetic film 211, and a magnetization fixed film 216 is provided on the second ferromagnetic film 212.
【0096】図30は図29に示した磁気ヘッドの強磁
性トンネル接合部21の動作を説明する図である。印加
磁場Hが零のとき、第2の強磁性膜212の磁化の向き
M2は、磁化固定膜216により、ABS面13(また
は14)に垂直になる方向に固定されている。第1の強
磁性膜211の磁化の向きM1はABS面13(または
14)と平行となる方向である。この状態で、磁気ディ
スク等の磁気記録媒体から磁場Hが印加された場合、磁
化固定膜216によりピン止めされている第2の強磁性
膜212の磁化の向きM2は変化しないが、第1の強磁
性膜211の磁化の向きM1は、例えば角度θだけ変化
する。これにより磁気抵抗効果が生じる。FIG. 30 is a diagram for explaining the operation of the ferromagnetic tunnel junction portion 21 of the magnetic head shown in FIG. When the applied magnetic field H is zero, the magnetization direction M2 of the second ferromagnetic film 212 is fixed by the magnetization fixed film 216 in a direction perpendicular to the ABS plane 13 (or 14). The magnetization direction M1 of the first ferromagnetic film 211 is parallel to the ABS 13 (or 14). In this state, when a magnetic field H is applied from a magnetic recording medium such as a magnetic disk, the magnetization direction M2 of the second ferromagnetic film 212 pinned by the magnetization fixed film 216 does not change, but the first The magnetization direction M1 of the ferromagnetic film 211 changes by an angle θ, for example. This produces a magnetoresistive effect.
【0097】[0097]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
いMR変化率を、再現性よく得ることの可能な強磁性ト
ンネル接合型磁気ヘッドを提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a ferromagnetic tunnel junction type magnetic head capable of obtaining a high MR change rate with good reproducibility.
【図1】本発明に係る磁気ヘッドの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a magnetic head according to the present invention.
【図2】図1に示した磁気ヘッドの磁気変換素子部分の
拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a magnetic conversion element portion of the magnetic head shown in FIG.
【図3】MR磁気変換素子の部分の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion of an MR magnetic conversion element.
【図4】MR磁気変換素子の拡大斜視図である。FIG. 4 is an enlarged perspective view of an MR magnetic conversion element.
【図5】本発明に係る磁気ヘッドを製造する方法を説明
する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention.
【図6】図5の工程の後の工程であって、本発明に係る
磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention, which is a step subsequent to the step of FIG. 5;
【図7】図6の工程の後の工程であって、本発明に係る
磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention, which is a step following the step of FIG. 6;
【図8】図7の工程の後の工程であって、本発明に係る
磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention, which is a step following the step of FIG. 7;
【図9】図8の工程の後の工程であって、本発明に係る
磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。9 is a step that is a step after the step of FIG. 8 and is a diagram illustrating a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention. FIG.
【図10】図9の工程の後の工程であって、本発明に係
る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。10 is a diagram for explaining a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention, which is a step following the step of FIG. 9;
【図11】図10の工程の後の工程であって、本発明に
係る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。FIG. 11 is a step that is a step after the step of FIG. 10 and is a diagram illustrating a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention.
【図12】図11の工程の後の工程であって、本発明に
係る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。FIG. 12 is a step that is a step after the step of FIG. 11 and is a diagram illustrating a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention.
【図13】図12の工程の後の工程であって、本発明に
係る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。13 is a step that is a step after the step of FIG. 12 and is a diagram illustrating a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention. FIG.
【図14】図13の工程の後の工程であって、本発明に
係る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention, which is a step following the step of FIG. 13;
【図15】図14の工程の後の工程であって、本発明に
係る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。15 is a step that is a step after the step of FIG. 14 and is a diagram illustrating a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention. FIG.
【図16】図15の工程の後の工程であって、本発明に
係る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。16 is a step that is a step after the step of FIG. 15 and is a view for explaining the method of manufacturing the magnetic head according to the present invention. FIG.
【図17】図16の工程の後の工程であって、本発明に
係る磁気ヘッドを製造する方法を説明する図である。FIG. 17 is a diagram for explaining a method of manufacturing the magnetic head according to the present invention, which is a step following the step of FIG. 16;
【図18】反強磁性的結合を生じている場合の磁場ー磁
気抵抗変化率特性を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a magnetic field-magnetoresistance change rate characteristic when antiferromagnetic coupling is generated.
【図19】第1の強磁性膜の保磁力H1と、第2の強磁
性膜の保磁力H2とを、H1>H2のように異ならせた
場合の磁化曲線を示している。FIG. 19 shows a magnetization curve when the coercive force H1 of the first ferromagnetic film and the coercive force H2 of the second ferromagnetic film are made different such that H1> H2.
【図20】接合面積50×50μm2の強磁性トンネル接
合の磁気抵抗曲線を示す。FIG. 20 shows a magnetoresistance curve of a ferromagnetic tunnel junction having a junction area of 50 × 50 μm 2 .
【図21】単位トラック幅当たりの再生出力と記録密度
を比較した図である。FIG. 21 is a diagram comparing reproduction output and recording density per unit track width.
【図22】本発明に係る磁気ヘッドの強磁性トンネル接
合部を示す断面図である。FIG. 22 is a sectional view showing a ferromagnetic tunnel junction portion of the magnetic head according to the present invention.
【図23】本発明に係る磁気ヘッドの強磁性トンネル接
合部の斜視図である。FIG. 23 is a perspective view of a ferromagnetic tunnel junction portion of the magnetic head according to the present invention.
【図24】図22及び図23に示した磁気ヘッドの強磁
性トンネル接合部の動作を説明する図である。FIG. 24 is a diagram for explaining the operation of the ferromagnetic tunnel junction of the magnetic head shown in FIGS. 22 and 23.
【図25】本発明に係る磁気ヘッドの強磁性トンネル接
合部を示す平面図である。FIG. 25 is a plan view showing a ferromagnetic tunnel junction portion of the magnetic head according to the present invention.
【図26】図25の26ー26線に沿った断面図であ
る。26 is a sectional view taken along the line 26-26 of FIG.
【図27】本発明に係る磁気ヘッドの強磁性トンネル接
合部の別の例を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing another example of the ferromagnetic tunnel junction portion of the magnetic head according to the present invention.
【図28】本発明に係る磁気ヘッドの再生波形図であ
る。FIG. 28 is a reproduction waveform diagram of the magnetic head according to the present invention.
【図29】本発明に係る磁気ヘッドの強磁性トンネル接
合部の別の例を示す断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view showing another example of the ferromagnetic tunnel junction portion of the magnetic head according to the present invention.
【図30】図29に示した磁気ヘッドの強磁性トンネル
接合部の動作を説明する図である。30 is a diagram for explaining the operation of the ferromagnetic tunnel junction of the magnetic head shown in FIG.
1 スライダ 21 強磁性トンネル接合部 211 第1の強磁性膜 212 第2の強磁性膜 210 絶縁膜 214、215 磁区制御膜 216 磁化固定膜 22 第1の電極膜 23 第2の電極膜 24、25 絶縁膜 13、14 ABS面 1 slider 21 Ferromagnetic tunnel junction 211 First ferromagnetic film 212 Second ferromagnetic film 210 insulating film 214, 215 magnetic domain control film 216 Magnetization pinned film 22 First electrode film 23 Second electrode film 24, 25 insulating film 13, 14 ABS surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 学 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (72)発明者 佐野 正志 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特許3055662(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Manabu Ota 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo DK Corporation (72) Inventor Masashi Sano 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo DK Corporation (56) References Patent 3055662 (JP, B2)
Claims (14)
第2の磁気シールド膜と、少なくとも一つの磁気変換素
子とを含む磁気ヘッドであって、 前記第1の磁気シードル膜及び第2の磁気シールド膜
は、前記スライダ上に、互いに絶縁間隔を隔てて配置さ
れており、 前記磁気変換素子は、強磁性トンネル接合部と、短絡防
止用絶縁膜を含んでおり、 前記強磁性トンネル接合部は、絶縁膜と、第1の強磁性
膜と、第2の強磁性膜とを含み、前記第1の強磁性膜と
前記第2の強磁性膜とが前記絶縁膜を介して積層され、
前記第1の磁気シールド膜及び前記第2の磁気シールド
膜の間に配置されており、 前記強磁性トンネル接合部の前記絶縁膜によるバリアポ
テンシャルが0.5〜3eVの範囲にあり、 前記短絡防止用絶縁膜は、前記第1の強磁性膜と前記第
2の強磁性膜との間において、前記絶縁膜に隣接して成
膜され、前記強磁性トンネル接合部以外でトンネル電流
が流れるのを阻止する磁気ヘッド。1. A slider, a first magnetic ceil film, and
A magnetic head including a second magnetic shield film and at least one magnetic conversion element, wherein the first magnetic seed film and the second magnetic shield film are separated from each other on the slider by an insulating distance. The magnetic conversion element includes a ferromagnetic tunnel junction portion and a short-circuit prevention insulating film, and the ferromagnetic tunnel junction portion includes an insulating film, a first ferromagnetic film, and a second ferromagnetic film. A ferromagnetic film, and the first ferromagnetic film and the second ferromagnetic film are laminated via the insulating film,
It is arranged between the first magnetic shield film and the second magnetic shield film, the barrier potential of the insulating film of the ferromagnetic tunnel junction is in the range of 0.5 to 3 eV, and the short circuit is prevented. The insulating film for use is formed between the first ferromagnetic film and the second ferromagnetic film, adjacent to the insulating film, so that a tunnel current flows in a region other than the ferromagnetic tunnel junction. Magnetic head to block.
て、前記絶縁膜によるバリアポテンシャルは1.5〜
2.5eVの範囲にある磁気ヘッド。2. The magnetic head according to claim 1, wherein the insulating film has a barrier potential of 1.5 to
A magnetic head in the range of 2.5 eV.
ドであって、前記第1の強磁性膜の保磁力と、前記第2
の強磁性膜の保磁力とが異なる磁気ヘッド。3. The magnetic head according to claim 1, wherein the coercive force of the first ferromagnetic film and the second
Magnetic head with a different coercive force from the ferromagnetic film of.
気ヘッドであって、前記第1の強磁性膜および前記第2
の強磁性膜が、前記絶縁膜を介して、反強磁性的結合し
ている磁気磁気ヘッド。4. The magnetic head according to claim 1, wherein the first ferromagnetic film and the second ferromagnetic film are provided.
Of the above magnetic film is antiferromagnetically coupled through the insulating film.
気ヘッドであって、前記絶縁膜は、成膜後に大気中にお
いて40〜100℃で熱処理して形成した酸化アルミニ
ウム膜である磁気ヘッド。5. The magnetic head according to claim 1, wherein the insulating film is an aluminum oxide film formed by performing a heat treatment at 40 to 100 ° C. in the atmosphere after film formation. head.
気ヘッドであって、前記絶縁膜は、ダイアモンド状炭素
膜である磁気ヘッド。6. The magnetic head according to claim 1, wherein the insulating film is a diamond-like carbon film.
気ヘッドであって、前記第1の強磁性膜及び前記第2の
強磁性膜の何れか一方に、磁区固定膜が設けられている
磁気ヘッド。7. The magnetic head according to claim 1, wherein a magnetic domain fixed film is provided on either one of the first ferromagnetic film and the second ferromagnetic film. Magnetic head.
であって、前記磁区固定膜は、硬質強磁性膜である磁気
ヘッド。8. The magnetic head according to claim 1, wherein the magnetic domain fixing film is a hard ferromagnetic film.
て、前記磁区固定膜は、反強磁性膜である磁気ヘッド。9. The magnetic head according to claim 7, wherein the magnetic domain fixed film is an antiferromagnetic film.
って、前記第1の強磁性膜及び前記第2の強磁性膜のう
ち、前記磁区固定膜の設けられていない強磁性膜は、両
端部に磁区制御膜を有する磁気ヘッド。10. The magnetic head according to claim 7, wherein among the first ferromagnetic film and the second ferromagnetic film, the ferromagnetic film not provided with the magnetic domain fixed film is: A magnetic head having magnetic domain control films on both ends.
あって、前記磁区固定膜は、硬質強磁性膜である磁気ヘ
ッド。11. The magnetic head according to claim 10, wherein the magnetic domain fixed film is a hard ferromagnetic film.
あって、前記磁区固定膜は、反強磁性膜であり、前記第
1の強磁性膜または前記第2の強磁性膜と前記反強磁性
膜の間で交換結合を生じる磁気ヘッド。12. The magnetic head according to claim 10, wherein the domain fixing film is an antiferromagnetic film, and the first ferromagnetic film or the second ferromagnetic film and the antiferromagnetic film. A magnetic head that causes exchange coupling between magnetic films.
た磁気ヘッドであって、更に、誘導型磁気変換素子を含
む磁気ヘッド。13. The magnetic head according to claim 1, further comprising an induction type magnetic conversion element.
あって、 第1の磁気シールド膜及び第2の磁気シールド膜を有し
ており、 前記強磁性トンネル接合部は、前記第1の磁気シールド
膜及び前記第2の磁気シールド膜の間に配置されてお
り、 前記第2の磁気シールド膜は、前記誘導型磁気変換素子
に備えられた磁性膜である磁気ヘッド。14. The magnetic head according to claim 13, further comprising a first magnetic shield film and a second magnetic shield film, wherein the ferromagnetic tunnel junction section includes the first magnetic shield film. A magnetic head disposed between a shield film and the second magnetic shield film, wherein the second magnetic shield film is a magnetic film provided in the inductive magnetic conversion element.
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