JP3565484B2 - 交換結合膜、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッドおよび交換結合膜の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は強磁性体の磁化方向を固定するための交換結合膜、それを用いて構成される低磁界で大きな磁気抵抗変化を起こす磁気抵抗効果素子、およびそれを用いて構成される、高密度磁気記録再生に適した磁気抵抗効果型ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブの高密度化は著しく、媒体に記録された磁化を読みとる再生磁気ヘッドの進歩も著しい。中でも巨大磁気抵抗効果を利用したスピンバルブと呼ばれる磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）は、現在用いられている磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）の感度を大幅に上昇させるものとして盛んに研究されている。
【０００３】
スピンバルブは、非磁性層を介して２つの強磁性体層が配置され、一方の強磁性層（固定層）の磁化方向を磁化回転抑制層による交換バイアス磁界で固定し（この時の強磁性体層と磁化回転抑制層を合わせて交換結合膜と呼ぶ）、もう一方の強磁性層（自由層）の磁化方向を外部磁界に応じて比較的自由に動かすことにより、固定層と自由層の磁化方向の相対角度を変化させて、電気抵抗の変化を生じさせるものである。
【０００４】
スピンバルブ膜に用いられる材料としては、当初、強磁性層としてＮｉ−Ｆｅ層、非磁性層としてＣｕ、磁化回転抑制層としてＦｅ−Ｍｎを用いたもので磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が約２％のものが提案された（ジャーナル オブ マグネティズム アンド マグネティック マテリアルズ ９３ 第１０１頁（１９９１年）（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ９３、ｐ１０１、１９９１））。このように、磁化回転抑制層としてＦｅＭｎ膜を用いたものはＭＲ比が小さく、またブロッキング温度（磁化回転抑制層による固定層の磁化固定効果が無くなる温度）が十分高くなく、またＦｅＭｎ自体に耐食性に難点があるので、種々の磁化回転抑制層を用いたスピンバルブ膜が提案されている。
【０００５】
中でも、ＮｉＯや、α−Ｆｅ_２Ｏ_３等の酸化物を磁化回転抑制層として用いたスピンバルブ膜は、ＭＲ比が１５％以上と飛躍的に大きいものが期待できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮｉＯ膜の場合はブロッキング温度が十分高くなく、ＮｉＯスピンバルブ膜の熱的安定性には問題がある。
【０００７】
また、α−Ｆｅ_２Ｏ_３スピンバルブ膜は、その膜厚が薄い場合は固定層の反転磁界が十分大きくならず、特にデュアルスピンバルブ構造や固定層上にα−Ｆｅ_２Ｏ_３を付けた構造のスピンバルブとした場合、上部のα−Ｆｅ_２Ｏ_３膜においてこの傾向が顕著である。又、熱的な安定性の課題と、磁界中成膜時や低温での磁界中熱処理による異方性制御の課題があり実用的でなかった。
【０００８】
本発明の目的は、熱的に安定で、ＭＲ比が大きい交換結合膜、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッドおよび交換結合膜の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による交換結合膜は、強磁性体層と、該強磁性体層の磁化回転を抑制する目的で該強磁性体層と隣接して設けられた磁化回転抑制層を含み、該強磁性体層は、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏを構成元素として含有し、該磁化回転抑制層は、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含む交換結合膜であって、Ｏは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、原子Ｂおよび原子Ｏのイオン半径をそれぞれＲａ、ＲｂおよびＲｏとして次式ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足し、これにより上記目的を達成する。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層は、反強磁性体を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ｂは、遷移金属を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ｂは、Ｆｅを含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、希土類元素を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、アルカリ土類元素を含んでもよい。
該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＮｉＯ層との積層体を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層は、該強磁性体層と隣接して設けられていてもよい。
該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＦｅ−Ｍ−Ｏ層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ）との積層体を含んでもよい。
該Ｆｅ−Ｍ−Ｏ層は、（Ｆｅ_１−ＸＭ_Ｘ）_２Ｏ_３層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、０．０１≦ｘ≦０．４）を含んでいてもよい。
本発明による磁気抵抗効果素子は、基板と多層膜とから成り、該多層膜は、少なくとも２つの強磁性体層と非磁性層と該強磁性体層の磁化回転を抑制する磁化回転抑制層とを含んでおり、該強磁性体層は該非磁性層を挟んで積層されており、該強磁性体層のうちの少なくとも１つは、該強磁性体層に対して該非磁性層の反対側に該強磁性体層と接して設けられた該磁化回転抑制層によって磁化方向が固定された固定層であり、該固定層は、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏを構成元素として含有し、該強磁性体層のうちの少なくとも１つは、磁化方向が自由に回転できる自由層であり、該固定層の磁化方向と該自由層の磁化方向との相対角度の変化により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、該磁化回転抑制層は、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含む磁気抵抗効果素子であって、Ｏは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、原子Ｂおよび原子Ｏのイオン半径をそれぞれＲａ、ＲｂおよびＲｏとして次式ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足し、これにより上記目的を達成する。
該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＮｉＯ層との積層体を含んでもよい。
該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＦｅ−Ｍ−Ｏ層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ）との積層体を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ｂは、遷移金属を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、希土類元素を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、アルカリ土類元素を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡＢは、Ｌａ_１−ＹＦｅ_Ｙ（０．４＜Ｙ＜０．６）を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、Ａ’、Ａ”のいずれかを含み、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＢは、Ｂ’、Ｂ”のいずれかを含み、該Ａ’は、希土類元素を含み、該Ａ”は、アルカリ土類元素を含み、該Ｂ’は、Ｆｅを含み、該Ｂ”は、Ｎｉ、Ｍｎのいずれかを含んでもよい。
該Ａ’は、Ｌａを含み、該Ａ”は、Ｓｒを含み、該Ｂ’は、Ｆｅを含み、該Ｂ”は、Ｎｉを含んでもよい。
該自由層は、該非磁性層を介して積層された２層以上の磁性膜を含んでもよい。
該固定層は、該非磁性層を介して反強磁性的に交換結合した二つの磁性層を含んでもよい。
該多層膜は、基板上に第１の磁化回転抑制層と、第１の固定層と、第１の非磁性層と、強磁性体から成る自由層と、第２の非磁性層と、第２の固定層と、第２の磁化回転抑制層とを順次積層して成り、該第１の磁化回転抑制層は、該第１の固定層の磁化方向を固定し、該第２の磁化回転抑制層は、該第２の固定層の磁化方向を固定し、該第１の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含んでもよい。
該第２の磁化回転抑制層は、Ｔ−Ｍｎ（Ｔ＝Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ）金属反強磁性膜を含んでもよい。
該第２の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含んでもよい。
第１、もしくは第１と２の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＮｉＯ層の積層体を含んでもよい。
該第１、もしくは第１と２の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＦｅ−Ｍ−Ｏ層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ）の積層体を含んでもよい。
該Ｆｅ−Ｍ−Ｏ層は、（Ｆｅ_１−ＸＭ_Ｘ）_２Ｏ_３層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、０．０１≦ｘ≦０．４）を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＢは、Ｆｅを含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、希土類元素を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、アルカリ土類元素を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡＢは、Ｌａ_１−ＹＦｅ_Ｙ（０．４＜Ｙ＜０．６）を含んでもよい。
該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、Ａ’、Ａ”のいずれかを含み、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＢは、Ｂ’、Ｂ”のいずれかを含み、該Ａ’は、希土類元素を含み、該Ａ”は、アルカリ土類元素を含み、該Ｂ’は、Ｆｅを含み、該Ｂ”は、Ｎｉ、Ｍｎのいずれかを含んでもよい。
該Ａ’は、Ｌａを含み、該Ａ”は、Ｓｒを含み、該Ｂ’は、Ｆｅを含み、該Ｂ”は、Ｎｉを含む、請求項３２記載の磁気抵抗効果素子。
該自由層は、該非磁性層を介して積層された２層以上の磁性膜を含んでもよい。
該固定層は、該非磁性層を介して反強磁性的に交換結合した二つの磁性層を含んでもよい。
本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、上記の磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子とシールド部とを絶縁するシールドギャップ部とを備え、これにより上記目的を達成する。
本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、上記の磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子とシールド部とを絶縁するシールドギャップ部とを備え、これにより上記目的を達成する。
本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、上記の磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子へ検知すべき磁界を導入するヨーク部と備え、これにより上記目的を達成する。
本発明による磁気抵抗効果型ヘッドは、上記の磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子へ検知すべき磁界を導入するヨーク部と備え、これにより上記目的を達成する。
【００４９】
以上の課題を解決するために本発明の交換結合膜は、強磁性体層と、強磁性体層の磁化回転を抑制する目的で設けられた（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を積層して成ることを特徴とする。ただしＯは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、Ｂ、Ｏ のイオン半径をそれぞれＲａ、Ｒｂ、Ｒｏとして次式
ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））
で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足するものである。
【００５０】
なお表記上（ＡＢ）_２Ｏ_ＸとはＡとＢ両元素の和のＯ元素に対する組成非が２：Ｘであること（即ち（Ａ_１−ＹＢ_Ｙ）_２Ｏ_Ｘ）を示す。Ａ、Ｂ両元素を必ず含有する必要があ るが、Ａ元素とＢ元素の比は自由であるが、０．４＜Ｙ＜０．６であることが望ましい。 特にＡ、Ｂ元素を１：１に含む場合はＡ_１Ｂ_１０_Ｘとなり、この場合は以下ではこれを ＡＢＯ_Ｘと示すことにする。特にＡＢＯ_３の場合の代表例はペロブスカイトと呼ば れる結晶構造を有するものである。
【００５１】
この交換結合膜は３００℃以上に加熱した基板上に、Ａｒガス圧を２ｍＴｏｒｒ以下でスパッタして成膜すると、磁性膜と積層させた場合、より大きな交換結合を示し、磁気抵抗素子として使用するのに好ましい特性を示す。又上記成膜中には磁界を膜面内に印加し、容易磁区方向を定めることが望ましい。
【００５２】
強磁性体層と結合させる膜は上記の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を用いることを基本とするが、更に望ましい構成としては以下のものがあげられる。
【００５３】
（１）．（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＢがＦｅであるもの。
【００５４】
（２）．（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡが希土類元素であるもの（Ｙ、Ｌａを含む）。
【００５５】
（３）．（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡがアルカリ土類元素であるもの。
【００５６】
（４）．（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＮｉＯの積層体を用いるもの。
【００５７】
（５）．（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＦｅ−Ｍ−Ｏ層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ）の積層体を用いるもの。
【００５８】
（６）．上記において特に、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ層が（Ｆｅ_１−ｘＭ_ｘ）−Ｏ（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、０．０１≦ｘ≦０．４）から成るもの。
【００５９】
本発明の磁気抵抗効果素子は、非磁性層を介して積層された少なくとも２つの強磁性体層のうち、少なくとも１つの強磁性体層の磁化が、非磁性層の反対側に強磁性体層と接して設けられた磁化回転抑制層によって磁化方向が固着されており（この強磁性体層を固定層と呼ぶ）、また少なくとも１つの強磁性体層の磁化が自由に回転でき（この強磁性体層を自由層と呼ぶ）固定層と自由層の磁化方向の相対角度の変化により電気抵抗の変化を生じる磁気抵抗効果素子に於いて、該固定層の磁化方向を固着する磁化回転抑制層が、該の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層より成ることを特徴とする。磁化回転抑制層には該の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を基本とするが更に望ましい構成としては該の（１）−（６）のものがあげられる。
【００６０】
又（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層として、特に好ましいものはＡがＬａ、ＢがＦｅのＬａ_１−ＹＦｅ_ＹＯ_Ｘ（０．４＜Ｙ＜０．６、２．８＜Ｘ＜３．２）である。
【００６１】
更に（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡがＡ’Ａ”、ＢがＢ’Ｂ”で構成されても良い。ただしＡ’は希土類元素（Ｙ、Ｌａを含む）、Ａ”はＣａ、Ｓｒ、Ｂａのアルカリ土類元素、Ｂ’はＦｅ、Ｂ”はＮｉ、Ｍｎである。この場合も（Ａ’Ａ”）_１−Ｙ（Ｂ’Ｂ”）_ＹＯ_Ｘとした場合、０．４＜Ｙ＜０．６であることが望ましい。
【００６２】
特に好ましいものはＡ’がＬａ、Ａ”がＳｒ、Ｂ’がＦｅ、Ｂ”がＮｉである。
【００６３】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の構成の一つは、基板上に、第１の磁化回転抑制層として（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層、強磁性体からなる第１の固定層、非磁性層、強磁性体からなる自由層、第２の非磁性層、強磁性体からなる第２の固定層、第２の磁化回転抑制層を順に積層した構成である。第１の磁化回転抑制層には該の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を用いることを基本とするが更に望ましい構成としては該の（１）−（６）のものがあげられる。この時第２の磁化回転抑制層としては該の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層及び該の（１）−（６）のものを用いても良いし、Ｔ−Ｍｎ（Ｔ＝Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ）金属反強磁性膜を用いても良い。
【００６４】
本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、本発明の磁気抵抗効果素子に、更にシールド部を具備してなるものと、検知すべき磁界を磁気抵抗効果素子に導入すべく設けられた軟磁性体を用いて構成されるヨークを具備してなることを特徴とする２種類のものである。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドを図面に基づいて説明する。
【００６６】
図１に本発明の交換結合膜の構成を示す。図１では、基板１上に（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層２、強磁性体膜３が順次積層されている。本発明の特徴は、強磁性体膜に交換バイアス磁界を作用させる磁化回転抑制層として、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を用いる点である。また望ましい構成としては該（１）−（６）の構成があげられる。
【００６７】
次に、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子についてより詳しく説明する。
【００６８】
図２Ａに本発明の磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図の一例を示す。図２Ａでは、基板１上に、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層２、固定層３、非磁性層４、自由層５が順次積層されている。強磁性体である固定層３の磁化は、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層による交換バイアス磁界によりピン止めされている。一方の強磁性体である自由層５は、非磁性層４により、固定層より磁気的に分離されているので、外部からの磁界により比較的自由に動くことができる。従って、固定層と自由層の磁化の角度が相対的に変化し、それによって、素子の電気抵抗が変化する。磁気抵抗センサーとしては、外部からの磁界により生じた抵抗変化を電気信号として読みとることができる。
【００６９】
本発明の特徴は、磁化回転抑制層として抵抗が高く、高温まで磁性層の磁化回転を抑制可能な（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ酸化膜を用いることである。
【００７０】
従来例で述べたように、ＮｉＯやα−Ｆｅ_２Ｏ_３を用いたスピンバルブ膜は大きな磁気抵抗比（ＭＲ比）を示す。しかしながら、ＮｉＯやα−Ｆｅ_２Ｏ_３スピンバルブは、固定層のピン止め磁界の大きさが不十分で、特にデュアル構造で上の固定層のピン止め用として用いた場合はα−Ｆｅ_２Ｏ_３膜においてこれが顕著である。又ＮｉＯは２００℃以上では磁性層の磁化回転抑制機能を失う欠点がある。
【００７１】
この問題点を解決するために本発明では、磁化回転抑制層として（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ酸化膜を用いる。ただしＯは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、Ｂ、Ｏのイオン半径をそれぞれＲａ、Ｒｂ、Ｒｏとして次式
ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））
で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足するものである。
【００７２】
これらの条件を満足しないと十分な磁性層の磁化回転を抑制する効果が得られない。Ａはイオン半径の大きい元素で、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｙ等の希土類元素もしくはＣａ、Ｓｒ等のアルカリ土類元素やこれら以外ではＢｉが望ましい。更にはＡは上記希土類Ａ’とアルカリ土類元素Ａ”の２種の元素Ａ’Ａ”から構成されても良い。Ｂはイオン半径が小さい遷移金属が望ましく、ピン止め効果が高温まである磁化回転抑制層としては特にＦｅが望ましい。又Ａ元素が上述したように２種の元素Ａ’Ａ”から構成される場合はＢは２種類の元素Ｂ’＝Ｆｅ、Ｂ”＝Ｎｉ、Ｍｎから構成されても良く、特に好ましいものはＡ’がＬａ、Ａ”がＳｒ、Ｂ’がＦｅ、Ｂ”がＮｉのものである。
【００７３】
一般にＦｅの一部をＮｉ等で置換するとＭＲ比は同等であるが、ピン止め磁界Ｈｐが低下する傾向を示すが、Ｌａ等の希土類元素の一部をＳｒ等のアルカリ土類元素で置換することによりこの課題が解決され磁気抵抗効果素子として良好な特性を示す。
【００７４】
更に上記の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ酸化膜とＮｉＯやＦｅ−Ｍ−Ｏ膜との積層膜として磁化回転抑制層を構成しても良い。ただしＮｉＯを用いる場合は磁性層の固定は（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜で行い、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜の下地膜としてＮｉＯを用いることが望ましい。この理由はＮｉＯを下地層として用いることにより（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜が３０ｎｍ以下の薄膜でも顕著なピン止め効果を示すことが可能となるが、逆に磁性層の固定をＮｉＯで行うと熱安定性やピン止め効果が（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜ほど良くないためである。
【００７５】
Ｆｅ−Ｍ−Ｏ膜の場合ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖより選ばれる１種もしくは２種の元素で、この場合固定層の磁化のピン止め効果を良くするには金属（ＦｅとＭを加えたもの）と酸素（Ｏ）の原子組成比が２／３から大きくずれると良くない。
【００７６】
即ち酸素（Ｏ）と金属（ＦｅとＭとを加えたもの）の比が１．２〜１．６であることが望ましく、酸素（Ｏ）と金属との比が１．２以下ではピン止め効果が劣化し、酸素（Ｏ）と金属との比が１．６以上ではＦｅ−Ｍ−Ｏが弱い強磁性体となりヘッドに用いる場合に好ましくないからである。
【００７７】
上記Ｆｅ−Ｍ−Ｏ膜では特にＭにＣｏ、Ｎｉ等を用いることにより作製時や熱処理後においてより大きなピン止め磁界を有するスピンバルブ膜が得られる。上記において特にＭｎ、Ｃｏはより大きなＭＲ比を得るのに有効であり、より大きなピン止め磁界を得るのにはＣｏが特に有効である。又２５０℃以下の低温の熱処理により異方性のコントロ−ルを行うにはＭにＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖを用いるのが有効である。望ましい組成としては、（Ｆｅ_１−ｘＭ_ｘ）−Ｏ（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、０．０１≦ｘ≦０．４）とするのが望ましい。ｘが小さすぎると効果がないし、あまり大きくすると、かえってピン止め効果が低下したりして良くない。
【００７８】
上記（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜、あるいはこれとＮｉＯやＦｅ−Ｍ−Ｏ膜との積層膜の総膜厚は図４に示すようなシールド型磁気ヘッドに用いる場合は、高密度記録磁気ヘッドの場合はシールドギャップが２００ｎｍ−１００ｎｍ程度となるので、少なくとも５０ｎｍ以下であることが必要であり、３０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００７９】
通常、スピンバルブ膜の自由層５としては、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金が適している。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ膜の原子組成比としては、Ｎｉ_ｘＣｏ_ｙＦｅ_ｚ
０．６≦ｘ≦０．９
０≦ｙ≦０．４
０≦ｚ≦０．３
のＮｉ−ｒｉｃｈの軟磁性膜、もしくは、Ｎｉ_ｘ’Ｃｏ_ｙ’Ｆｅ_ｚ’
０≦ｘ’≦０．４
０．２≦ｙ’≦０．９５
０≦ｚ’≦０．５
のＣｏ−ｒｉｃｈ膜を用いるのが望ましい。これらの組成の膜はセンサーやＭＲヘッド用として要求される低磁歪特性（１×１０^−５）を有する。
【００８０】
また他の自由層５の材料としては、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｂ等のアモルファス膜、あるいはこのアモルファス膜と上記の膜との積層膜でも良いが、抵抗が高いので図３Ａに示したようないわゆるデュアル構造には適さず、図２Ａのタイプに用いることが望ましい。
【００８１】
自由層５の膜厚としては１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がよい。膜厚が厚いとシャント効果でＭＲ比が低下するが、薄すぎると軟磁気特性が劣化する。より望ましくは２ｎｍ以上７ｎｍ以下がよい。
【００８２】
固定層３としては、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金等の材料が優れている。
【００８３】
特にＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ合金が大きなＭＲ比を得るのに良い。即ち、図２Ｂに示すように、自由層５Ａの非磁性層４との界面にはＣｏ層５Ｃを用い、Ｃｏ層５Ｃの上にはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ層５Ｂを用いるのが望ましい。又、図３Ｂに示すように、自由層５５Ａの非磁性層４との界面にはＣｏ層５Ｃを用い、自由層５５Ａの中心にはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ層５Ｂを用いるのが望ましい。
【００８４】
固定層には非磁性層を介して反強磁性的に交換結合した二つの磁性層より成る多層膜を用いても良い。具体的にはＣｏ／Ｒｕ／Ｃｏがその一例としてあげられる。ただしこの時Ｒｕの膜厚は二つのＣｏが反強磁性的に交換結合する膜厚とする必要があり、この場合は約０．６ｎｍである。通常のＭＲ素子では素子が極めて小さくなった場合 固定層の端面に発生する磁極により自由層に好ましくないバイアス磁界が印加される問題があるが、このような反強磁性的に交換結合した二つの磁性層よりなる構成とすることにより、バイアス磁界は自由層には印加されず、上記の課題が解決される。
【００８５】
固定層３の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がよい。膜厚が厚すぎても薄すぎてもＭＲ比が低下する。より望ましくは１ｎｍ以上５ｎｍ以下とするのがよい。
【００８６】
自由層５と固定層３の間の非磁性層４としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕなどがあるが、特にＣｕが優れている。非磁性層４の膜厚としては、磁性層間の相互作用を弱くするために少なくとも０．９ｎｍ以上は必要である。また非磁性層４が厚くなるとＭＲ比が低下してしまうので膜厚は１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下とするべきである。
【００８７】
また、ＭＲ比を更に大きくするために、強磁性体層（固定層３または自由層５）と非磁性層４の界面に界面磁性層を挿入するのも有効である。界面磁性層の膜厚が厚いと、ＭＲ比の磁界感度が低下するので、界面磁性層の膜厚は２ｎｍ以下、 望ましくは１．８ｎｍ以下とする必要がある。またこの界面磁性層が有効に働くためには、少なくとも０．２ｎｍ以上の膜厚は必要であり、望ましくは０．８ｎｍ以上の膜厚がよい。界面磁性層の材料としては、ＣｏまたはＣｏ高濃度のＣｏ−Ｆｅ合金が優れている。
【００８８】
基板１としては、ガラス、ＭｇＯ、Ｓｉ、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板等表面の比較的平滑なものを用いる。ＭＲヘッドを作製する場合には、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板が適している。
【００８９】
また、ＭＲ比を更に大きくする方法の一つとしては、図２Ａにおいて自由層の上に更に金属反射膜を形成するのもよい。金属反射膜の材料としては、Ａｇ、Ａｕなどが優れている。金属反射膜は厚すぎるとシャント効果でＭＲ比が低下するので、１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下とするのがよい。また薄すぎると効果がないので少なくとも０．５ｎｍ以上の膜厚、望ましくは１ｎｍ以上とするのがよい。
【００９０】
以上、図２Ａの場合には、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層から順に積層する場合について述べたが、逆に基板上に直接または下地層を介して自由層５／非磁性層４／固定層３／（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の順に積層しても良い。この構造は、図１の構成に比べるとピン止め効果はやや小さくなるが、素子の構成によってはこのような構成が有効な場合があり、対応は可能である。
【００９１】
また以上は通常のスピンバルブ膜の場合について説明したが、更に大きなＭＲ比を得るためには図３Ａに示すようなデュアルスピンバルブの構成もよい。この場合、最上層の磁化回転抑制層６としては本発明の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層、またはＩｒＭｎ層、ＮｉＭｎ層、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ層、あるいはＦｅ−Ｍ−Ｏと（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の複合膜（積層膜）を用いてもよい。より大きなＭＲ比を得るには（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ、Ｆｅ−Ｍ−Ｏを用い、ＭＲ素子部の電極形成やヘッド形成の観点からはＮｉ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｉｒ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ等の金属反強磁性体を用いるのが適当である。この中では、耐熱性の観点からはＮｉ−Ｍｎが良く、ＭＲ比ではＩｒ−Ｍｎが最も優れている。Ｉｒ_ｚＭｎ_１−ｚ膜の適当な組成としては、原子組成比で、
０．１≦ｚ≦０．５
がよい。
【００９２】
一方、図３Ａ、図３Ｂの構成例では（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層から構成する場合について説明したが、２と６の磁化回転抑制層を逆に構成してもよい。
【００９３】
なお、上記においては図１及び図３Ａ、図３Ｂの磁化回転抑制層２として（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜を単独で用いる場合について説明したが、例えばＮｉＯと（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜を積層して磁化回転抑制層２として用いても良い。ＮｉＯ／（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜の場合、一番下にＮｉＯを次に（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜を形成し、固定層は（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜によりピン止めされているのが熱的安定性や膜の平坦性の観点から望ましい。更にこの場合ＮｉＯ膜は１０ｎｍ程度で良いが、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ膜はこれより厚いことが望ましい。
【００９４】
なお以上述べた各層の構成方法としては、スパッタリング法が適している。スパッタリング法としてはＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法などがあるが、いずれの方法でも本発明の磁気抵抗効 果素子を作製できる。
【００９５】
以上述べたような本発明のＭＲ素子を用いて、ＭＲヘッドを構成することができる。図５にＭＲヘッドの一例としてハード膜バイアス型のＭＲヘッド３０の構成の一例を示す。図５を矢印Ａの方向から見た図が、図４であり、点線Ｂで示した平面で切った断面が図６に示してある。以下、図４を中心にして説明する。
【００９６】
図４ではＭＲ素子部９は上部および下部のシールドギャップ１１、１４に挟まれるように構成されている。シールドギャップ材としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＡｌＮ等の絶縁膜が使われる。シールドギャップ１１、１４の更に外側はシールド１０、１５があるがこれはＮｉ−Ｆｅ合金などの軟磁性膜が使われる。ＭＲ素子の磁区制御のためにＣｏ−Ｐｔ合金等のハード膜によるバイアス磁界を加えるためにハードバイアス部１２をもうける。バイアスの印加方法としては、ハード膜を用いる場合について説明したが、Ｆｅ−Ｍｎ等の反強磁性体を用いた場合も同様である。ＭＲ素子部９はシールドギャップ１１、１４によってシールド１０、１５等と絶縁されており、リード部１３を介して電流を流すことにより、ＭＲ素子部９の抵抗変化を読みとる。
【００９７】
またＭＲヘッドは読みとり専用ヘッドなので、通常書き込み用の誘導型ヘッドと組み合わせて用いられる。図６および図７には読みとりヘッド部３２だけでなく、書き込みヘッド部３１も併せて描かれている。図４にさらに書き込みヘッド部３１を形成した場合の図が、図７Ａである。書き込みヘッド部３１としては、上部シールド１５上に記録ギャップ層４０を介して形成された上部コア１６がある。
【００９８】
なお、図７Ａでは従来のアバティッド接合（ａｂｕｔｔｅｄ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）によるＭＲヘッド構造について説明したが、高密度化による狭トラック化に伴い、トラック幅４１の規制がより精密にできる、図７Ｂに示したオーバーレイ（ｏｖｅｒｌａｉｄ）構造を用いたＭＲヘッド構造も有効である。
【００９９】
次に、ＭＲヘッド５０の記録再生のメカニズムを図６を用いて説明する。図６に示すように、記録する際には、コイル１７に流した電流により発生した磁束が、上部コア１６と上部シールド１５との間より漏れ、磁気ディスク２１に記録することができる。ＭＲヘッド３０は、ディスク２１に対して相対的に矢印ｃの方向に進むので、コイル１７に流す電流を反転させることにより、記録磁化の方向２３を反転させることができる。また、高密度化に伴い、記録長２２が短くなるので、それにともない記録キャップ長１９を小さくする必要がある。
【０１００】
再生する場合には、磁気ディスク２１の記録磁化部から漏れた磁束２４が、シールド１０、１５に挟まれたＭＲ素子部９に作用して、ＭＲ素子部９の抵抗を変化させる。ＭＲ素子部９には、リード部１３を介して電流が流れているので、抵抗の変化を電圧の変化（出力）として読みとることができる。
【０１０１】
図８は、本発明のＭＲ素子を用いたヨーク型ヘッド８０の構成を示す。
【０１０２】
図８において１６はＭＲ素子部９に検知すべき信号磁界をガイドする軟磁性膜で構成されたヨーク部で、通常このヨーク部１６は導電性の金属磁性膜を用いるため、ＭＲ素子部とショートしないように絶縁膜８２が設けられる。この時ＭＲ素子部９が図３Ａに示したようなデュアル構造となっており、上部の磁化回転抑制層が（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜やＦｅ−Ｍ−Ｏ膜等の酸化物絶縁膜を用いる場合は図中に示した絶縁膜８２は不要である。又図４の構成のヘッドにおいて１４、１１の絶縁膜は非磁性体もしくはヘッド特性に支障のない磁性の弱い膜であることが必要であるが、図８の絶縁膜８２は非磁性体である必要がない。この理由はヨーク部１６によって導かれた信号磁界がＭＲ素子部９に連続的に入るためには絶縁膜８２は磁性体であって良いからである。従ってＭＲ素子部９の上部ピン止め層に（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜やＦｅ−Ｍ−Ｏ膜を用いた場合は上述したように絶縁膜８２は不要である。従って本発明の（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜やＦｅ−Ｍ−Ｏ膜を上部に用いるデュアル構造はこのヨーク型ヘッド８０に適しているといえる。
【０１０３】
又このヘッドはヨークを用いるため感度では図４のタイプのヘッドより出力が劣るが、図４のようにシールドギャップ中にＭＲ素子を置く必要がないため超狭ギャップ化では有利である。
【０１０４】
次に、ＭＲヘッドの製造方法は概略、図９のように説明できる。
【０１０５】
すなわち、図４に示すように、まず、基板上に適当な処理を施した後、下部シールド膜１０を形成する（Ｓ８０１）。さらに、下部シールドギャップ１１を形成した後（Ｓ８０２）、ＭＲ素子部９を形成する（Ｓ８０３）。次に、ＭＲ素子部９をパターニングした後（Ｓ８０４）、ハードバイアス部１２、リード部１３を形成する（Ｓ８０５、Ｓ８０６）。次に上部シールドギャップ１４、上部シールド１５を形成する（Ｓ８０７、Ｓ８０８）。この後、図７Ａに示すような書き込みヘッド部３１を形成して、ＭＲヘッド３０が完成する（Ｓ８０９）。
【０１０６】
図１０を参照して、交換結合膜の製造方法を説明する。図１に示す基板１を３００℃以上に加熱する（Ｓ９０１）。次に、２ｍＴｏｒｒ以下のＡｒガス圧でスパッタ法により図１に示す交換結合膜１００を成膜する（Ｓ９０２）。
【０１０７】
将来のハードディスクドライブの高密度化を考慮すると、記録波長を短くする必要性があり、そのためには図４に示したシールド間の距離ｄを短くする必要がある。そのためには図４から明らかな様に、ＭＲ素子部を薄くする必要があり、少なくとも２０ｎｍ以下とするのが望ましい。（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜等の酸化物の磁化回転抑制層は、絶縁膜であるので、実質的にＭＲ素子部９と言うよりは下部シールドギャップ１１の一部ととらえることができ、この目的に適した構造といえる。ただし従来のα−Ｆｅ_２Ｏ_３は５０ｎｍ以上の膜厚が必要であるためデュアル構造に用いることは困難であった。
【０１０８】
またＭＲ素子部においては、自由層の磁化回転時にバルクハウゼンノイズの発生を抑えるために、図２Ａ、３Ａの自由層５の磁化容易軸は、検知すべき信号磁界方向に垂直となるように、固定層３の磁化容易軸は検知すべき磁界方向と平行になるように構成されているのがよい。
【０１０９】
なお、以上は従来の横型ＧＭＲヘッドについて説明したが、本発明は縦型のＧＭＲヘッドに対しても有効である。横型ＧＭＲヘッドが検知する磁界に対して電流方向が垂直であるのに対して、縦型ＧＭＲヘッドは磁界に対して平行に電流を流すのを特徴とする。
【０１１０】
【実施例】
本発明の交換結合膜、磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドについて以下具体的な実施例を用いて説明する。
【０１１１】
（実施例１）
実施例１に示すような交換結合膜の作製には、多元スパッタリング装置を用いた。ターゲットに焼結したＡＢＯ_３（Ａ＝Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｓｒ；Ｂ＝Ｆｅ）および合金板のＣｏ_０．９Ｆｅ_０．１を用いた。真空チャンバー内を１×１０^−８Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング法を用いて、図１の構成の交換結合膜を作製した。各層の膜厚等の試料の詳細は以下に示す。ここで、かっこ内は各層の膜厚をｎｍ単位で示している。カソードとしては、ＡＢＯ_３の場合にはｒｆカソードを用い、その他の場合にはＤＣカソードを用いた。膜厚はＡＢＯ_３は５０ｎｍ、ＣｏＦｅは１０ｎｍとした。
【０１１２】
以下に示すＳａｍｐｌｅ１〜Ｓａｍｐｌｅ１３を作成した。
【０１１３】
但しいずれもＢ＝Ｆｅである。
【０１１４】
Ｓａｍｐｌｅ１：ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ２：ＬａＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ３：ＰｒＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ４：ＮｄＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ５：ＳｍＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ６：ＧｄＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ７：ＴｂＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ８：ＤｙＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ９：ＹＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ１０：ＨｏＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ１１：ＢｉＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ１２：ＣａＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
Ｓａｍｐｌｅ１３：ＳｒＢＯ_３（５０）／ＣｏＦｅ（１０）
作製した膜を、真空中約８０ｋＡ／ｍ（約１ｋＯｅ）の磁界を印加しながら２００℃の温度に１時間保持した。その後、室温で、振動試料型磁力計を用い、磁化曲線を測定した。
【０１１５】
その結果、Ｓａｍｐｌｅ１のＣｏＦｅ膜は保磁力Ｈｃが約６００Ａ／ｍであったのに対し、Ｓａｍｐｌｅ２〜Ｓａｍｐｌｅ１３のＡＢＯ_３／ＣｏＦｅ積層膜はすべて２０ｋＡ／ｍ以上の保磁力の膜となりＡＢＯ_３とＣｏＦｅが交換結合し高保磁力膜となっていることがわかった。
【０１１６】
（実施例２）
実施例１と同様に、多元スパッタリング装置を用い、図２Ａに示すような磁気抵抗効果素子を作製した。基板１としてＳｉ基板を用い、磁化回転制御層２として実施例１と同じＡＢＯ_３膜、固定層３の強磁性膜としてＣｏ膜、非磁性層４としてＣｕ膜、自由層５としてＮｉ_０．６８Ｆｅ_０．２０Ｃｏ_０．１２の膜を用いた。又構成膜厚は以下のようにした。
【０１１７】
Ａ（ｉ）： ＡＢＯ_３（３５）／Ｃｏ（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ_０．６８Ｆｅ_０．２０Ｃｏ_０．１２（５）（（）内は膜厚：単位ｎｍ）
このようにして作製した磁気抵抗効果素子を実施例１と同様の方法で、２００℃で３０分熱処理した。
【０１１８】
ここでＡ（ｉ）：ｉ＝０〜１２である。ただし、Ａ（０）は、実施例の試料Ａ（１）〜Ａ（１２）との比較のため、ＡＢＯ_３の代わりにα−Ｆｅ_２Ｏ_３を用いている。
【０１１９】
又Ａ（１）の膜の比較として基板温度を５００℃でＡＢＯ_３膜を成膜したものをＡ’（１）とした。
【０１２０】
このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高８０ｋＡ／ｍの磁界（試料Ａ’（１）に関してはそれ以上）を印加して、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定結果を表１に示した。なお比較のためタ−ゲットにＦｅ_２Ｏ_３を用いてピン止め層（磁化回転抑制層を意味する）としてα−Ｆｅ_２Ｏ_３膜をＡＢＯ_３膜の代わりに用いた膜も作製し、その特性も併せて示した。
【０１２１】
【表１】

【０１２２】
実験結果からわかるようにＡＢＯ_３膜を用いたものはα−Ｆｅ_２Ｏ_３膜を用いたものよりＨｐが大きいことがわかる。
【０１２３】
更にＡＢＯ_３膜の代わりにＡ’_１−ＸＡ”_ＸＢ’_１−ＸＢ”_ＸＯ_３膜を用いて同様の実験を行った。ただしＡ’＝Ｌａ、Ａ”＝Ｓｒ、Ｂ’＝Ｆｅ、Ｂ”＝Ｎｉ、Ｘ＝０．１とした。作製した膜構成は以下の通りである。
【０１２４】
ＡＡ’（１）： Ａ’_１−ＸＡ”_ＸＢ’_１−ＸＢ”_ＸＯ_３（５０）／Ｃｏ（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ_０．６８Ｆｅ_０．２０Ｃｏ_０．１２（５）（（）内は膜厚：単位ｎｍ）
このようにして作製した磁気抵抗効果素子を実施例１と同様の方法で、２００℃で３０分熱処理した。このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高８０ｋＡ／ｍの磁界（試料Ａ’（１）に関してはそれ以上）を印加して、直流４端子法で評価した。結果はＭＲ比が１６％でＨｐが４０ｋＡ／ｍであり、この場合も良好な特性を示すことがわかった。
【０１２５】
また同様に固定層としてＣｏ（２）のかわりに反強磁性交換結合したＣｏ（２）／Ｒｕ（０．６）／Ｃｏ（２）を用いた
Ｂ（ｉ）： ＡＢＯ_３（３５）／Ｃｏ（２）／Ｒｕ（０．６）／Ｃｏ（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ_０．６８Ｆｅ_０．２０Ｃｏ_０．１２（５）
を作製し、Ａ（ｉ：ｉ＝０−１２）と同様の方法にて評価した。ただしＡＢＯ_３（３５）層には表１のＡ（１）からＡ（１２）と同じピン止め層を用いた。この本発明Ｂ（ｉ：ｉ＝１−１２）膜はＡ（ｉ）に比べてＭＲ比は平均して２％ほど低下したが、Ｈｐはすべて１００ｋＡ／ｍ以上となり、かつ固定層の端面に発生する磁極による自由層へのバイアスの影響がまったく無いことがわかった。
【０１２６】
また同様にピン止め層として表１と同じ膜を用い、自由層が非磁性層を介した複数の磁性層からなるタイプの、
Ｂ’（ｉ）： ＡＢＯ_３（３５）／Ｃｏ（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ_０．６８Ｆｅ_０．２０Ｃｏ_０．１２（２．５）／Ｃｕ（１）／Ｎｉ_０．６８Ｆｅ_０．２０Ｃｏ_０．１２（２．５）
で表される膜も作成して、Ａ（ｉ：ｉ＝０−１２）と同様の方法にて評価した。ただしＡＢＯ_３（３５）層には（表１）のＡ（１）からＡ（１２）と同じピン止め層を用いた。
【０１２７】
その結果、本発明の実施例Ｂ’（ｉ：ｉ＝１−１２）は、Ａ（ｉ）に比べてＭＲ比やＨｐは殆ど変化がないが、自由層の軟磁気特性が改善され、軟磁性層の保磁力が、約８００Ａ／ｍから４００Ａ／ｍまで下がった。このように、自由層を非磁性層を介して積層された２層以上の磁性膜から構成することにより、自由層の軟磁気特性を改善し、素子の磁界感度を向上させることができる。
【０１２８】
（実施例３）
次に本発明Ｂ（ｉ：ｉ＝１−１２）及びＢ（０）の膜をＭＲ素子９として用いて、図４に示すようなＭＲヘッドを構成して、特性を評価した。
【０１２９】
この場合、基板としてはＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板を用い、シールド１０、１５材にはＮｉ_０．８Ｆｅ_０．２合金を用い、シールドギャップ１１、１４にはＡｌ_２Ｏ_３を用いた。またハードバイアス部１２にはＣｏ−Ｐｔ合金を用い、リード部１３をＡｕで構成した。また、自由層の磁化容易方向が検知すべき信号磁界方向と垂直になるように、固定層の磁化容易軸の方向が検知すべき信号磁界方向と平行になるように磁性膜に異方性を付与した。この方法は、磁気抵抗効果素子を作成後、まず、磁界中２５０℃で熱処理して、固定層の容易方向を規定した後、更に、１８０℃で熱処理して、自由層の容易軸を規定して行った。
【０１３０】
これらのヘッドに、センス電流として直流電流を流し、約３ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価し、本発明のＢ（ｉ）のＭＲ素子を用いたＭＲヘッドの出力を、Ｂ０の出力と比較した。その結果を以下に示す。
【０１３１】
【表２】

【０１３２】
この様に本発明の磁気ヘッドは従来のものに比較して大きな出力が得られることがわかった。更に２０ｋＡ／ｍの外部磁界をヘッドに印加した後特性を測定したところ、Ｂ（０）のヘッドは出力が不安定になったのに対して本発明Ｂ（１）〜Ｂ（１２）は安定した出力が得られた。
【０１３３】
（実施例４）
実施例２と同様の方法で、自由層と磁化回転抑制層が複合型の図２Ａの構成のスピンバルブ膜を作成した。ただし、磁化回転抑制層として、以下に示すようなＮｉＯと複合タイプのものを、自由層はＣｏＦｅとＮｉＦｅの複合タイプのものを作成した。最後に付けたＣｕ層は酸化防止膜である。
【０１３４】
Ｃ（ｉ）：ＮｉＯ（１０）／ＡＢＯ_３（２０）／Ｃｏ_０．８５Ｆｅ_０．１５（２）／Ｃｕ（２．２）／Ｃｏ_０．８５Ｆｅ_０．１５（１）／Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（５）／Ｃｕ（１）
作成した膜を実施例１と同様の方法で２００℃で３０分間熱処理した。
【０１３５】
実施例２と全く同様の方法でＭＲ特性を評価した。結果を以下に示す。
【０１３６】
【表３】

【０１３７】
即ち（表１）の結果と比較してわかるように自由層を上記のように複合化してＭＲ比が増大し、磁化回転抑制層を複合化して磁化回転抑制層の層膜厚が薄くなっても同程度のＨｐが得られることがわかった。
【０１３８】
（実施例５）
実施例１と同様の方法で、図３Ａに示すデュアルスピンバルブ膜を作成した。
【０１３９】
Ｄ（ｉ）：ＡＢＯ_３（３０）／Ｃｏ（３）／Ｃｕ（２．５）／Ｃｏ（１）／Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（５）／Ｃｏ（１）／Ｃｕ（２．５）／Ｃｏ（３）／Ｉｒ−Ｍｎ（８）
Ｅ（ｉ）：ＡＢＯ_３（３０）／Ｃｏ（３）／Ｃｕ（２．５）／Ｃｏ（１）／Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（５）／Ｃｏ（１）／Ｃｕ（２．５）／Ｃｏ（３）／Ｆｅ−Ｃｏ−Ｏ（３０）
Ｆ（ｉ）：ＡＢＯ_３（３０）／Ｃｏ（３）／Ｃｕ（２．５）／Ｃｏ（１）／Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（５）／Ｃｏ（１）／Ｃｕ（２．５）／Ｃｏ（３）／ＡＢＯ_３（３０）
以上の磁気抵抗効果素子に関して、実施例１と同様の方法で熱処理した後、実施例２と同様の方法でＭＲ効果を測定した。その結果を（表４）に示す。
【０１４０】
【表４】

【０１４１】
以上の結果からわかるように従来では得られなかった極めて大きなＭＲ比が本発明の実施例の磁気抵抗効果素子では得られる。これは図３Ａで２の磁化回転抑制層のピン止め効果が大きいため固定層３の磁化方向が固定され、自由層との間で磁化の反平行状態が良く実現されるためと考えられる。またＤ（ｉ）はＭＲ比がやや小さくＨｐも小さいがこれは上層のピン止め層にＩｒＭｎを用いたためである。ただしＤ（ｉ）は上層が金属層であるためＭＲヘッドを作製する際、素子部の上部リード部（図４の１３）が形成し易い利点がある。
【０１４２】
（実施例６）
上記のＭＲ素子Ｆ（８）を用いて図８に示したヨーク型ヘッドを作製した。この場合図８の絶縁膜８２にはプラズマ酸化法で作製した厚さ２ｎｍのＡｌ−Ｏ超薄膜を用いた。
【０１４３】
又ヨークには高透磁率のＣｏＮｂＺｒ系アモルファス合金膜を用いた。このようにして作製したヘッドの出力と実施例３の表２のＢ（０）のヘッド出力を比較したところ約＋３ｄＢの出力アップが実現されることがわかった。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明の酸化物の磁化回転抑制層を用いた交換結合膜はピン止め磁界の大きなものを可能とする。又これを用いた磁気抵抗効果素子は従来のものに比べて大きなＭＲ比と大きなピン止め磁界を可能とし、その結果、高出力で安定した特性の磁気抵抗効果型ヘッドを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の交換結合膜の断面の模式図。
【図２Ａ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図２Ｂ】本発明の磁気抵抗効果素子の変形例の断面の模式図。
【図３Ａ】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図３Ｂ】本発明の別の磁気抵抗効果素子の変形例の断面の模式図。
【図４】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示す図。
【図５】本発明のＭＲヘッドの立体図。
【図６】本発明のＭＲヘッドと磁気ディスクの一断面図。
【図７Ａ】本発明の記録ヘッド一体型ＭＲヘッドの一断面図。
【図７Ｂ】本発明の他のＭＲヘッドの一断面図。
【図８】本発明のヨーク型磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示す図。
【図９】本発明のＭＲヘッドの製造工程を示すフローチャートの一例。
【図１０】本発明の交換結合膜の製造工程を示すフローチャートの一例。
【符号の説明】
１ 基板
２ （ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ膜
３ 強磁性体層（固定層）
４ 非磁性層
５ 自由層
６ 磁化回転抑制層
９ ＭＲ素子部
１０ 下部シールド
１１ 下部シールドギャップ
１２ ハードバイアス部
１３ リード部
１４ 上部シールドギャップ
１５ 上部シールド
８１ ヨーク部
８２ 絶縁膜
１８ 記録ポール部
８３ 巻き線部
２０ 記録兼再生ギャップ

Claims (39)

1. 強磁性体層と、該強磁性体層の磁化回転を抑制する目的で該強磁性体層と隣接して設けられた磁化回転抑制層を含み、
   該強磁性体層は、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏを構成元素として含有し、
   該磁化回転抑制層は、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含む交換結合膜であって、
   Ｏは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、原子Ｂおよび原子Ｏのイオン半径をそれぞれＲａ、ＲｂおよびＲｏとして次式
   ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））
   で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足する、交換結合膜。
2. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層は、反強磁性体を含む、請求項１に記載の交換結合膜。
3. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ｂは、遷移金属を含む、請求項１に記載の交換結合膜。
4. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ｂは、Ｆｅを含む、請求項１に記載の交換結合膜。
5. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、希土類元素を含む、請求項１に記載の交換結合膜。
6. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、アルカリ土類元素を含む、請求項１に記載の交換結合膜。
7. 該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＮｉＯ層との積層体を含む、請求項１に記載の交換結合膜。
8. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層は、該強磁性体層と隣接して設けられる、請求項７に記載の交換結合膜。
9. 該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＦｅ−Ｍ−Ｏ層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ）との積層体を含む、請求項１に記載の交換結合膜。
10. 該Ｆｅ−Ｍ−Ｏ層は、（Ｆｅ_１−ＸＭ_Ｘ）_２Ｏ_３層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、０．０１≦ｘ≦０．４）を含んでいる、請求項９に記載の交換結合膜。
11. 基板と多層膜とから成り、
    該多層膜は、少なくとも２つの強磁性体層と非磁性層と該強磁性体層の磁化回転を抑制する磁化回転抑制層とを含んでおり、
    該強磁性体層は該非磁性層を挟んで積層されており、
    該強磁性体層のうちの少なくとも１つは、該強磁性体層に対して該非磁性層の反対側に該強磁性体層と接して設けられた該磁化回転抑制層によって磁化方向が固定された固定層であり、
    該固定層は、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏを構成元素として含有し、
    該強磁性体層のうちの少なくとも１つは、磁化方向が自由に回転できる自由層であり、
    該固定層の磁化方向と該自由層の磁化方向との相対角度の変化により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
    該磁化回転抑制層は、（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含む磁気抵抗効果素子であって、
    Ｏは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、原子Ｂおよび原子Ｏのイオン半径をそれぞれＲａ、ＲｂおよびＲｏとして次式
    ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））
    で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足する、磁気抵抗効果素子。
12. 該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＮｉＯ層との積層体を含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
13. 該磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＦｅ−Ｍ−Ｏ層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ）との積層体を含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
14. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ｂは、遷移金属を含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
15. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、希土類元素を含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
16. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層の該原子Ａは、アルカリ土類元素を含む、請求項１１に記載の交換結合膜。
17. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡＢは、Ｌａ_１−ＹＦｅ_Ｙ（０．４＜Ｙ＜０．６）を含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
18. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、Ａ’、Ａ”のいずれかを含み、
    （ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＢは、Ｂ’、Ｂ”のいずれかを含み、
    該Ａ’は、希土類元素を含み、
    該Ａ”は、アルカリ土類元素を含み、
    該Ｂ’は、Ｆｅを含み、
    該Ｂ”は、Ｎｉ、Ｍｎのいずれかを含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
19. 該Ａ’は、Ｌａを含み、
    該Ａ”は、Ｓｒを含み、
    該Ｂ’は、Ｆｅを含み、
    該Ｂ”は、Ｎｉを含む、請求項１８記載の磁気抵抗効果素子。
20. 該自由層は、該非磁性層を介して積層された２層以上の磁性膜を含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
21. 該固定層は、該非磁性層を介して反強磁性的に交換結合した二つの磁性層を含む、請求項１１記載の磁気抵抗効果素子。
22. 該多層膜は、基板上に第１の磁化回転抑制層と、第１の固定層と、第１の非磁性層と、強磁性体から成る自由層と、第２の非磁性層と、第２の固定層と、第２の磁化回転抑制層とを順次積層して成り、
    該第１の磁化回転抑制層は、該第１の固定層の磁化方向を固定し、
    該第２の磁化回転抑制層は、該第２の固定層の磁化方向を固定し、
    該第１の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
23. 該第２の磁化回転抑制層は、Ｔ−Ｍｎ（Ｔ＝Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ）金属反強磁性膜を含む、請求項２２記載の磁気抵抗効果素子。
24. 該第２の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層を含む、請求項２２記載の磁気抵抗効果素子。
25. 第１、もしくは第１と２の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＮｉＯ層の積層体を含む、請求項２２記載の磁気抵抗効果素子。
26. 該第１、もしくは第１と２の磁化回転抑制層は、該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層とＦｅ−Ｍ−Ｏ層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ）の積層体を含む、請求項２２記載の磁気抵抗効果素子。
27. 該Ｆｅ−Ｍ−Ｏ層は、（Ｆｅ_１−ＸＭ_Ｘ）_２Ｏ_３層（Ｍ＝Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、０．０１≦ｘ≦０．４）を含む、請求項２６に記載の磁気抵抗効果素子。
28. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＢは、Ｆｅを含む、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子。
29. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、希土類元素を含む、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子。
30. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、アルカリ土類元素を含む、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子。
31. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡＢは、Ｌａ_１−ＹＦｅ_Ｙ（０．４＜Ｙ＜０．６）を含む、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子。
32. 該（ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＡは、Ａ’、Ａ”のいずれかを含み、
    （ＡＢ）_２Ｏ_Ｘ層のＢは、Ｂ’、Ｂ”のいずれかを含み、
    該Ａ’は、希土類元素を含み、
    該Ａ”は、アルカリ土類元素を含み、
    該Ｂ’は、Ｆｅを含み、
    該Ｂ”は、Ｎｉ、Ｍｎのいずれかを含む、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子。
33. 該Ａ’は、Ｌａを含み、
    該Ａ”は、Ｓｒを含み、
    該Ｂ’は、Ｆｅを含み、
    該Ｂ”は、Ｎｉを含む、請求項３２記載の磁気抵抗効果素子。
34. 該自由層は、該非磁性層を介して積層された２層以上の磁性膜を含む、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子。
35. 該固定層は、該非磁性層を介して反強磁性的に交換結合した二つの磁性層を含む、請求項２２記載の磁気抵抗効果素子。
36. 請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子と、
    該磁気抵抗効果素子とシールド部とを絶縁するシールドギャップ部とを備える磁気抵抗効果型ヘッド。
37. 請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子と、
    該磁気抵抗効果素子とシールド部とを絶縁するシールドギャップ部とを備える磁気抵抗効果型ヘッド。
38. 請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子と、
    該磁気抵抗効果素子へ検知すべき磁界を導入するヨーク部と備える磁気抵抗効果型ヘッド。
39. 請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子と、
    該磁気抵抗効果素子へ検知すべき磁界を導入するヨーク部と備える磁気抵抗効果型ヘッド。

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