JP3625336B2 - 磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置等に用いられる磁気抵抗効果ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気記録媒体に記録された情報の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法によって行われている。また、情報を読み出す場合に、磁気抵抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）を用いることも知られている。
【０００３】
上述したＭＲヘッドは、ある種の強磁性体の電気抵抗が外部磁場の強さに応じて変化するという現象を利用したものであり、磁気記録媒体用の高感度ヘッドとして知られている。近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が進められ、情報の読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記録媒体との相対速度が小さくなってきている。このため、小さい相対速度であっても、大きな出力がとり出せるＭＲヘッドへの期待が高まっている。
【０００４】
ここで、上述したＭＲヘッドとしては、電流の方向と強磁性層の磁化との成す角度に依存して電気抵抗が変化する異方性磁気抵抗効果（以下、ＡＭＲと記す）を示す Ｎｉ−Ｆｅ系合金いわゆるパーマロイ合金膜等を用いたＡＭＲヘッドと、強磁性層と非磁性中間層との積層構造を有し、巨大磁気抵抗効果（以下、ＧＭＲと記す）を示すスピンバルブ膜や人工格子膜を用いたＧＭＲヘッドが知られている。
ＡＭＲヘッドは、入力電流（センス電流）と磁化Ｍとが平行のときの抵抗率ρ〈平行〉と、垂直のときの抵抗率ρ〈垂直〉とが大きく異なることに基くものであり、一般にρ〈平行〉＞＞ρ〈垂直〉である。電流ｉと磁化Ｍとの成す角をθとすると、ＡＭＲ膜の抵抗ρは、
ρ＝ρ〈平行〉 ｃｏｓ２ θ＋ρ〈垂直〉 ｓｉｎ２ θ
と表すことができ、図５に示すように抵抗ρが変化する。従って、ＡＭＲヘッドを再生ヘッドとして用いる場合には、θを４５度付近まで傾けることによって最大の磁気抵抗変化率を得ることができる。
【０００５】
ＡＭＲヘッドの具体的な構造としては、例えば図７に示す構造が知られている（信学技法ＭＲ８７−３（１９８７）など）。図示される通り、ＡＭＲ膜１は非磁性膜２を介して軟磁性バイアス膜３上に形成されており、ＡＭＲ膜１の両端部上には反強磁性バイアス膜４、４とセンス電流を供給する端子５、５が積層形成されている。このようなＡＭＲヘッドにセンス電流を流すことによって、その電流がつくる磁場が軟磁性バイアス膜３にかかる。これにより、軟磁性バイアス膜３は磁化され、その磁化がつくる磁場によってＡＭＲ膜１の磁化を回転させることができる。このようなＡＭＲヘッドは、良好な軟磁気特性を示すものでも、磁気抵抗変化率が３％程度であり、高記録密度化に伴う磁気記録媒体からの信号磁界の低下に対応できないおそれが生じている。
【０００６】
そこで最近では、図８に示すように、強磁性層６／非磁性中間層７／強磁性層８のサンドイッチ構造膜等のＧＭＲ膜９を用いたＧＭＲヘッドが注目されている。ＧＭＲヘッドの磁気抵抗変化率は、常温で １０％を超えるものが報告されている（日本応用磁気学会誌１７，９１（１９９３）等参照）。
【０００７】
ＧＭＲヘッドは、ＡＭＲヘッドとは異なり、強磁性層６、８に含まれる磁化が互いに平行のときに抵抗が低く、反平行のときに抵抗が高くなる。図８の構造の場合、上側の強磁性層８の磁化は反強磁性交換バイアス膜１０により固着されており、下側の強磁性層６は磁化が自由に動くように構成されている。そして、この強磁性層６に接して軟磁性下地膜１１を配置することによって、入力磁束をＧＭＲ膜９に確実に引き込むことができる。さらに、この軟磁性下地膜１１と強磁性層６とは強磁性カップリングしていることから、軟磁性下地膜１１の磁化回転に伴って強磁性層６の磁化が回転する。なお、軟磁性下地膜１１の両端下部には、強磁性バイアス膜１２、１２がそれぞれ設けられている。
【０００８】
ところで、ＡＭＲヘッドおよびＧＭＲヘッドのいずれにおいても、信号磁界による抵抗変化を取出すことで記録の読み出しを行うため、センス電流を入力して抵抗変化を電圧の変化として取出すことになる。ここで、上述した軟磁性バイアス膜３および軟磁性下地膜１１は、ＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９と間接的または直接接して配置されているため、これら軟磁性膜３、１１にもセンス電流が流れることになる。この軟磁性膜３、１１に流れ込む電流の量、いわゆるシャント電流の量は無視できず、それがないときに比べて抵抗変化が小さくなってしまう。仮に、軟磁性膜３、１１の抵抗がＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９の抵抗と同じであるとすると、磁気抵抗変化率が半分になってしまう。このようなことから、軟磁性膜３、１１には抵抗が大きいことが望まれている。
【０００９】
一方、図７および図８に示したように、軟磁性膜３、１１はＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９の下側に形成される場合が多く、このような配置では軟磁性膜３、１１がＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９の配向性に影響を与えることになる。ここで一般には、軟磁性膜３、１１にＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９のｆｃｃ（１１１）配向性を高める働きを持たせることによって、素子特性を向上させることが可能となる。
【００１０】
そこで、例えば軟磁性膜３、１１にパーマロイ膜を用いて、ＧＭＲ膜９のｆｃｃ （１１１） 配向性を向上させることが試みられている。しかし、十分な磁気抵抗変化率は得られていないことから、パーマロイ膜によるｆｃｃ（１１１）配向性はまだ不十分であることが分かる。
【００１１】
また、軟磁性膜３，１１の特性を改善するために、例えばＮｉＦｅを主成分とし、これに添加元素を加える方法が考えられる。実際に、Ｎｂ、Ｚｒ等を添加することにより、抵抗を増大させることが報告されている（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９，５６３１（１９９１））が、もう １つ重要な特性であるｆｃｃ（１１１）配向性についてはさほど改善されず、それどころか添加量をある程度以上増やすことで逆に低下してしまい、飽和磁化も下がってしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来はＡＭＲ膜やＧＭＲ膜の下地となる軟磁性膜の高抵抗化についての提案はなされているものの、ＡＭＲ膜やＧＭＲ膜の配向性の向上については十分には検討されておらず、高抵抗化とｆｃｃ（１１１）配向性の向上を共に満足させ得る軟磁性膜は得られていない。
【００１３】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、ＭＲ膜の下地となる軟磁性膜の抵抗を増大させると共に、ｆｃｃ（１１１）配向性を高めることで、磁気抵抗変化率等の特性の向上を図った磁気抵抗効果ヘッドを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明における第１の磁性抵抗効果ヘッドは、非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有する巨大磁気抵抗効果膜と、前記一対の強磁性層の下地としていずれか一方に接して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴としている。さらにまた請求項９に記載のように、非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有し前記強磁性層の一方はその磁化が自由に動く第１の強磁性層で構成されている巨大磁気抵抗効果膜と、下地として前記第１の強磁性層に接して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドであって、前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドである。
【００１５】また本発明の第２の磁気抵抗効果ヘッドは、異方性磁気抵抗効果膜と、前記異方性磁気抵抗効果膜の下地として直接接してまたは非磁性膜を介して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ´元素とが同時に添加されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、第１および第２の強磁性膜と、前記第１および第２の強磁性膜の間に配置された非磁性層を有する積層膜からなる巨大磁気抵抗効果膜と、前記第１および第２の強磁性膜のうち少なくとも１層と接して前記積層膜下に配置されたＮｉＦｅ合金を主成分とする結晶性軟磁性膜とからなる磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記第１および第２の強磁性膜のうち１層はＣｏまたはＣｏ合金からなり、また前記結晶性軟磁性膜は、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴としている。
【００１７】
以下さらに本発明について詳細に説明する。
【００１８】
本発明で用いる結晶性軟磁性膜は、主成分としてＮｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも １種の元素を用い、この主成分の抵抗と軟磁気特性を向上させるために、結晶粒界を形成する Ｍ元素を添加している。この主成分としては、ＮｉＦｅ合金が好ましく、特に一般式、Ｎｉ１００−ｂ Ｆｅｂ で表される組成を有する合金がより好ましい。ここで ｂはａｔ％で、０ ＜ ｂ ≦ ５０ 、より好ましくは１０ ＜ ｂ≦ ４０ を満足する数値である。
【００１９】
また Ｍ元素としては、Ｎｂ、Ｍｏ、 Ｖ、 Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれる少なくとも １種の元素を挙げることができる。ただし、 Ｍ元素の添加量を多くしていくと抵抗は増大するものの、粒界が細かくなり、最終的にはアモルファスに近くなる。このため、配向性を保つという観点からは Ｍ元素をあまり多く添加することができず、 Ｍ元素のみの添加だけでは求める特性を得ることはできない。
【００２０】
そこで、結晶粒内で上記した主成分と固溶してｆｃｃ（１１１）配向性を高め、かつフェルミ面近傍の電子散乱に寄与するという、粒界形成とは異なる Ｍ′元素を本発明においてはさらに加える。これにより、結晶性軟磁性膜の例えば １００μΩｃｍを超える高抵抗化を図りながら、高透磁率の優れた軟磁気特性と良好なｆｃｃ（１１１）配向性を得ることが可能となる。このような Ｍ′元素としては、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれる少なくとも １種の元素を挙げることができる。ただし、このような Ｍ′元素のみの添加では、結晶性軟磁性膜の十分な高抵抗化を達成することができない。
【００２１】
上述した Ｍ元素および Ｍ′元素は、いずれも過剰に添加し過ぎるとｆｃｃ（１１１）配向性や軟磁気特性が低下するため、 Ｍ元素および Ｍ′元素のいずれの添加量も ２０ａｔ％以下とすることが好ましく、また０．１ａｔ％未満ではそれらの添加効果を十分に得ることができない。従って、本発明で用いる結晶性軟磁性膜は、
一般式： Ｔ１−（ｘ＋ｙ ） Ｍｘ Ｍ′ｙ
（式中、 ＴはＮｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも １種の元素を、 ＭはＮｂ、Ｍｏ、 Ｖ、 Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも １種の元素を、 Ｍ′はＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも １種の元素を、 ｘおよび ｙは ０．００１≦ ｘ≦ ０．２００、 ０．００１≦ ｙ≦ ０．２００を満足する数を示す）
で実質的に表される組成を有することが好ましい。
【００２２】
また、上述した結晶性軟磁性膜の膜厚は、 １〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。結晶性軟磁性膜の膜厚が １ｎｍ未満であるとその結晶性が損われて配向性が低下しやすく、一方 １００ｎｍを超えると高抵抗の結晶性軟磁性膜であっても、それに流れ込むシャント電流の量が増大して、磁気抵抗効果ヘッドの抵抗変化が小さくなってしまうおそれがある。なお本発明においては、この結晶性軟磁性膜は、保磁力８００Ａ／ｍ未満、より好ましくは ８０Ａ／ｍ以下程度の軟磁気特性を有するものであればよく、また結晶性についてはＸ線回折により容易に確認できる。
【００２３】
さらに本発明においては、結晶性軟磁性膜の下地にＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＮｂおよびＨｆから選ばれた少なくとも １種を主成分とする非磁性金属膜を設け、結晶性軟磁性膜の結晶性を高めることも有効である。このような下地の非磁性金属膜を結晶性軟磁性膜に接して設けることで、結晶性軟磁性膜の成長が促進されて、その膜厚が １ｎｍ前後と薄い場合でも結晶化させることが容易となり、ひいてはｆｃｃ（１１１）配向性が向上する。ここで、上述した非磁性金属膜の膜厚は １〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。非磁性金属膜の膜厚が １ｎｍ未満であると、結晶性軟磁性膜の結晶性を十分に高めることが困難となり、一方 １００ｎｍを超えるとそれに流れ込むシャント電流の量が増大し、磁気抵抗効果ヘッドの抵抗変化が小さくなってしまうおそれがある。
【００２４】
本発明の第１の磁気抵抗効果ヘッドは、上述したような結晶性軟磁性膜上に、非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有する巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）を、一方の強磁性層が上記結晶性軟磁性膜と接するように形成したものである。
【００２５】
前記強磁性層に使用する強磁性膜材料としては、Ｃｏ、 ＣｏＦｅ 、ＣｏＮｉ、ＮｉＦｅ、センダスト、ＮｉＦｅＣｏ、Ｆｅ８ Ｎ 等があげられる。これらの強磁性膜の厚さは、１ 〜２０ｎｍであることが好ましい。この結晶性軟磁性膜上に配置された強磁性層は ｆｃｃ （１１１） 配向強磁性層である。また前記強磁性層は、好ましくは、ＣｏまたはＣｏ合金であって、このＣｏ合金はさらに好ましくはＣｏＦｅ合金である。前記ＣｏＦｅ合金は、一般式、Ｃｏ１００−ａ Ｆｅａ で表される合金で、ここで ａはａｔ％ で、０ ＜ａ ≦５０、好ましくは５ ≦ａ ≦４０を満足する数値である。
【００２６】
さらにまた、非磁性膜としての材料としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ等の非磁性金属やＣｕＰｄ、ＣｕＰｔ、ＣｕＡｕ、ＣｕＮｉ等の合金があげられる。これらの非磁性膜の厚さは、０．５ 〜２０ｎｍであることが好ましい。
このような構成とすることによって、ＧＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性が高まり、それによってＧＭＲ膜の軟磁気特性や抵抗変化率を高めることができる。さらに、結晶性軟磁性膜の抵抗が高いことから、結晶性軟磁性膜に流れ込む電流の量を大幅に減らすことができる。従って、このようなＧＭＲ膜を用いて構成した磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗変化率を向上させることができ、さらに一定の磁界に対して示すＭＲ感度も上げることができる。ここで、上記巨大磁気抵抗効果膜としては、例えばＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏ、ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ等のいわゆるスピンバルブ膜や （Ｆｅ／Ｃｒ）ｎ 積層膜、 （Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ 積層膜等の人工格子膜が用いられる。
【００２７】
また、本発明の第２の磁気抵抗効果ヘッドは、上述したような結晶性軟磁性膜を例えば軟磁性バイアス膜として用い、その上に直接もしくは非磁性膜を介して異方性磁気抵抗効果を示す強磁性膜（ＡＭＲ膜）を形成したものである。このような構成とすることにより、ＡＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性が高まり、抵抗変化率を高めることができる。さらに、軟磁性バイアス膜の抵抗が高いことから、それに流れ込む電流の量を大幅に減らすことができる。従って、ＧＭＲ膜の場合と同様に、このようなＡＭＲ膜を用いて構成した磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗変化率を向上させ、さらにＭＲ感度も上げることができる。
【００２８】
ここで、異方性磁気抵抗効果膜としては、パーマロイ合金等の Ｎｉ−Ｆｅ系合金膜等が用いられる。また、必要に応じてＡＭＲ膜と結晶性軟磁性膜の間に形成される非磁性金属膜として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ等を用いることができ、この非磁性膜の抵抗を考慮するとＴｉ、Ｔａ、Ｚｒが、配向性の観点からはＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄが好ましい。なお、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄについては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ等を添加して合金化することで、非磁性膜の高抵抗化を図ってもよい。ここで、この非磁性膜の膜厚は、そこに流れ込むシャント電流の量を抑える上で １００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
前記第１および第２の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、下地層として前記結晶性軟磁性膜の下地膜としてアモルファス磁性層を含むことができる。
【００３０】
つぎに、本発明の磁気抵抗効果デバイスは、ＮｉＦｅ合金からなる磁性膜は、Ｃｏをさらに含むこともできる。また前記ＮｉＦｅ合金は、一般式： Ｔ１−（ｘ＋ｙ ） Ｍｘ Ｍ′ｙ であらわされる組成を有する。式中、 ＴはＮｉおよびＦｅ、 ＭはＮｂ、Ｍｏ、 Ｖ、 Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも １種の元素を、 Ｍ′はＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも １種の元素を、 ｘおよび ｙは、それぞれ ０．００１≦ ｘ≦ ０．２００、 ０．００１≦ ｙ≦ ０．２００を満足する数を示す。
【００３１】
また、上記 Ｔは、一般式、Ｎｉ１００−ｂ Ｆｅｂ で実質的に表される組成を有することが好ましい。ここで ｂはａｔ％ であって、０ ＜ ｂ≦５０を満足する数値である。
【００３２】
また前記磁気抵抗効果デバイスにおいて、第１および第２の強磁性層の１層はＣｏまたはＣｏ合金のｆｃｃ（１１１）配向膜からなる。このＣｏ合金は、一般式Ｃｏ１００−ａ Ｆｅａ であらわされる組成を有する。ここで ａはａｔ％ であって、５ ≦ ａ≦４０を満足する数値である。
【００３３】
さらに、この磁気抵抗効果デバイスは、磁性膜の下地にＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＮｂおよびＨｆから選ばれた少なくとも １種を主成分とする非磁性金属膜を設けることもできる。
【００３４】
また、磁性膜の下地層としてアモルファス磁性層を含むこともできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３７】
実施例１
まず、熱酸化膜１００ｎｍ 付きＳｉ基板上に、ＮｉＦｅパーマロイに、ＮｂとＣｒを添加したＮｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を１０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、この結晶性軟磁性膜を軟磁性ヨーク膜として用いて、その上にＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）の積層膜をスピンバルブ膜として形成し、さらにその上に反強磁性交換バイアス膜として膜厚１５ｎｍのＦｅＭｎ合金膜を形成した。なお、軟磁性ヨーク膜の両端部下には、強磁性バイアス膜として膜厚２０ｎｍのＣｏＰｔ膜を予め形成しておいた。そして、反強磁性交換バイアス膜上に、センス電流を供給するＴａ／Ｃｕ／Ｔａからなる一対の端子を形成して、ＧＭＲヘッドを作製した。なお、ＧＭＲヘッドの具体的な構造は、図８に示した従来のＧＭＲヘッドと同一とした。
【００３８】
比較例１
また、従来のＧＭＲヘッドとして、実施例１と同様の熱酸化膜１００ｎｍ 付きＳｉ基板上に、ＮｉＦｅ（１０ ｎｍ）／ＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）／ＦｅＭｎ（１５ｎｍ）の積層膜を形成して、ＧＭＲヘッド（比較例１）を作製した
このようにして得た実施例１および比較例１のＧＭＲヘッドにおけるｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。図１は実施例１のＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜のＸ線回折による （１１１）ピーク付近のプロファイルであり、図２は比較例１のＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜の （１１１）ピーク付近のプロファイルである。
【００３９】
図１および図２から明らかなように、実施例１のＧＭＲヘッドは、従来のＧＭＲヘッドと比べて１０倍以上の （１１１）ピーク強度が得られている。なお、肩になっているピークは積層構造に基くものであり、また ｆｃｃ構造に関わるピークは他に見られないことから、 （１１１）ピーク強度をｆｃｃ（１１１）配向性のパラメータとして用いることができる。
【００４０】
また、上述した実施例１および比較例１のＧＭＲヘッドにおいて、比較例１のＧＭＲヘッドで軟磁性ヨーク膜として用いたＮｉＦｅＮｂＣｒ膜の抵抗は １１０μΩｃｍであった。これは、比較例１のＮｉＦｅパーマロイの抵抗値が ３０ μΩｃｍであることを考えると、 Ｍ元素および Ｍ′元素の両元素が添加されたことによって、高いｆｃｃ（１１１）配向性を示しながら抵抗値を高くし得ることが分かる。
【００４１】
さらに、重要な特性の １つである磁気抵抗変化率は、比較例１のＧＭＲヘッドでは２．５％であったのに対し、実施例１のＧＭＲヘッドでは １０％を超える良好な値（１０．３％）が得られ、ＭＲ感度も比較例１の１．０％に対して２．０％と向上していた。これはＧＭＲ膜と積層された軟磁性膜の高抵抗化およびｆｃｃ（１１１）配向性の向上に起因するものであり、特にｆｃｃ（１１１）配向性の向上がこれらの特性を上げているものと考えられる。
【００４２】
このように、ＮｉＦｅ合金等の主成分に性質の異なる ２種類の元素を添加した結晶性軟磁性膜を用いることによって、ＧＭＲヘッドの特性の向上がみられ、本発明の有用性を示している。なお、これらの結果を表１および表２に示す。
【００４３】
次に、上記ＮｉＦｅＮｂＣｒ膜からなる結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率（ＧＭＲ変化率）との関係を図３に示す。図３から、結晶性軟磁性膜の膜厚は １〜 １００ｎｍの範囲とすることが望ましいことが分かる。結晶性軟磁性膜の膜厚が １ｎｍ未満であると、膜の初期成長段階であるために結晶化し難く、配向性が悪くなることから、十分な磁気抵抗変化率が得られていない。一方、結晶性軟磁性膜の膜厚が １００ｎｍを超えると、シャント電流を十分に減少させることができないことから、磁気抵抗変化率が低下する傾向がある。
【００４４】
本実施例の主成分であるＮｉＦｅの成分の良好な範囲としては、軟磁気特性と磁気モーメントの大きさのバランスを考慮するとＮｉが６０ａｔ．％から９０ａｔ．％の範囲、Ｆｅが４０ａｔ．％から１０ａｔ．％の範囲が望ましい。
【００４５】
また、主成分として、ＮｉＦｅＣｏの３元系を用いることもできる。前述のＮｉＦｅの組成範囲に対して、Ｃｏを５０ａｔ．％未満入れることにより軟磁気特性を改良させることができる。しかしこれ以上入れると保磁力Ｈｃが大きくなりすぎて、軟磁気特性が悪くなってしまう。
【００４６】
なお、本実施例については、熱酸化膜付きＳｉ基板を用いたが、アルチック基板に成膜したアルミナ膜を用いても同様な効果が確認できた。
【００４７】
実施例２
実施例１では、熱酸化膜付きＳｉ基板、あるいはアルミナ膜上に直接結晶性軟磁性膜を成長させた場合について行ったが、実施例２では、熱酸化膜付きＳｉ基板、あるいはアルミナ膜による下地の影響を緩和し、スピンバルブ膜のｆｃｃ（１１１）配向性を高めるために、結晶性軟磁性膜の下地膜として、アモルファスの Ｃｏ ８７Ｚｒ５．５ Ｎｂ７．５ 膜を１０ｎｍ成膜し、その上にＮｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を５ｎｍ の膜厚で成膜した。ついでその上に実施例１と同様のスピンバルブ膜と反強磁性交換バイアス膜を形成した。
【００４８】
このようにして作成したＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。その結果、ｆｃｃ（１１１）ピークを示す強度が実施例１とほぼ等しいことを確認した。これは結晶性軟磁性膜の膜厚が実施例１の半分になっているにもかかわらず高いｆｃｃ（１１１）配向をしていることを示している。
【００４９】
このように本実施例２では、下地膜にシャント電流が流れてしまうが、高いｆｃｃ（１１１）配向が得られ、結果としてＧＭＲ変化率が１１％、ＧＭＲ感度が２．２％／Ｏｅと実施例１より高くなった。また下地膜を用いることにより結晶性軟磁性膜と併せて高い軟磁性を得ることができた。
【００５０】
また、下地膜を形成した時の結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率（ＧＭＲ変化率）との関係を図４に示す。図３とは異なり、５ｎｍ 付近の膜厚で高い磁気抵抗変化率が得られ、下地膜は結晶性軟磁性膜の成長を助けていることが分かる。
この結晶性軟磁性膜のｆｃｃ（１１１）配向性を高める下地膜にはアモルファスのＣｏＺｒＮｂ系、ＦｅＴａ系また微結晶膜のＦｅＮ 系、ＦｅＺｒＮ 系などが同様な効果を示す。
【００５１】
実施例３
前述の実施例２では結晶性軟磁性膜のｆｃｃ（１１１）配向性を高める下地膜として単層の下地膜を用いたが、その下地膜の代わりに非磁性の下地膜と磁性下地膜からなる多層膜も使用することができる。
【００５２】
本実施例では、非磁性膜にＴａを５ｎｍ 、その上にＣｏ８７Ｚｒ５．５ Ｎｂ７．５ 膜を５ｎｍ 形成した下地の上に、Ｎｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を５ｎｍ 成膜し、次いで、その上に実施例１と同様のスピンバルブ膜と反強磁性交換バイアス膜を形成した。
【００５３】
このようにして作成したＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。その結果、ｆｃｃ（１１１）ピークを示す強度が実施例１とほぼ等しいことがわかり、前記のような２層の下地膜を用いても高いｆｃｃ（１１１）配向性を維持することが出来、結果としてＧＭＲ変化率が１１％、ＧＭＲ感度が２．２％／Ｏｅと実施例２とほぼ同等な値が得られている。さらに本実施例では実施例２よりもトータルの磁気モーメントが少ない。そのためヘッド化した際に媒体からの磁束密度が増大し、出力向上が期待できる。
【００５４】
本実施例の非磁性下地膜としては、Ｔａの他に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｎｂ およびＨｆについても同様な効果を確認することができた。また非磁性下地膜の膜厚は１ｎｍ から１０ｎｍの範囲が望ましい。１ｎｍ 以下では１ 層の膜としての成膜が難しいことと、１０ｎｍを越える膜厚ではシャント電流も増加する。磁性下地膜も１ｎｍ 以下では１ 層の膜としての成膜が難しいことと、１０ｎｍを越える膜厚ではシャント電流も増加するし、この膜厚以上であれば、非磁性下地膜は必要としない。
【００５５】
本実施例のヘッド構造としては図８の構造でも用いることができるが、強磁性バイアス膜１２と軟磁性膜１１との交換結合が、本非磁性下地膜により切れてしまう恐れがある。そのため図９のように非磁性下地膜１３が強磁性バイアス膜１２の下地に配置されることが配置されることが望ましい。
【００５６】
前記実施例２および３において示された結晶性軟磁性膜の添加元素は次に述べる実施例４〜３４に示す元素についても同様な効果が認められた。
【００５７】
実施例４〜３４、比較例２〜１３
上記実施例１における結晶性軟磁性膜を表１および表２に示す各組成の結晶性軟磁性膜に代える以外は、実施例１と同様にしてＧＭＲヘッドを作製した。また、本発明との比較例として、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＧＭＲヘッド（比較例２〜９）、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ′元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＧＭＲヘッド（比較例１０〜１３）を、それぞれ実施例１と同様に作製した。
【００５８】
これら各実施例および比較例のＧＭＲヘッドにおける結晶性軟磁性膜の （１１１）ピーク強度および抵抗値を測定すると共に、ＧＭＲヘッドのＧＭＲ変化率およびＧＭＲ感度を測定した。それらの値を表１および表２に併せて示す。
【００５９】
【表１】
【表２】
表１および表２から明らかなように、各実施例のＧＭＲヘッドにおいては、 ｆｃｃ（１１１）配向性に優れると共に高抵抗を示しており、これらによって優れた特性が得られている。これに対して、 Ｍ元素のみを添加した結晶性軟磁性膜では、多少の高抵抗化は図られているものの十分ではなく、かつｆｃｃ（１１１）配向性を向上させることができないことが分かる。また、 Ｍ′元素のみを添加した結晶性軟磁性膜では、ｆｃｃ（１１１）配向性は向上しているものの、やはり十分な高抵抗が得られていないことが分かる。これらによって、各比較例のＧＭＲヘッドでは十分な特性が得られていない。
【００６０】
実施例３５、比較例１４
熱酸化膜付きＳｉ基板上に、ＮｉＦｅパーマロイにＺｒとＲｈを添加したＮｉ７５１．Ｆｅ１８．２Ｚｒ１．７ Ｒｈ５．０ 組成の結晶性軟磁性膜を３０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、この結晶性軟磁性膜を軟磁性バイアス膜として用いて、その上に非磁性膜として膜厚４０ｎｍのＴｉ膜とＡＭＲ膜として膜厚４０ｎｍのＮｉＦｅ合金膜を形成した。そして、ＡＭＲ膜上にセンス電流を供給するためのＣｕからなる一対の端子を形成することによって、ＡＭＲヘッドを作製した。なお、ＡＭＲヘッドの具体的な構造は、図５に示した従来のＡＭＲヘッドと同一とした。
【００６１】
上述した実施例によるＡＭＲヘッドにおいては、磁気抵抗変化率は３％を超える良好な値（３．４％）を示した。一方、軟磁性バイアス膜に従来から用いられるＣｏＺｒ系膜を用いた場合の磁気抵抗変化率は１％程度であった（比較例１４）。ＣｏＺｒ系膜の抵抗率は １００μΩｃｍであり、ＮｉＦｅＺｒＲｈ軟磁性膜とほとんど変わらないので、磁気抵抗変化率の違いはＡＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性の向上が大きく影響していると考えることができ、本発明の有用性を示している。なお、結果を表３および表４に示す。
【００６２】
実施例３６〜６７、比較例１５〜２６
上記実施例３５における結晶性軟磁性膜を表３および表４に示す各組成の結晶性軟磁性膜に代える以外は、実施例３５と同様にしてＡＭＲヘッドを作製した。また、本発明との比較例として、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＡＭＲヘッド（比較例１５〜２２）、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ′元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＡＭＲヘッド（比較例２３〜２６）を、それぞれ実施例３５と同様に作製した。
【００６３】
これら各実施例および比較例のＡＭＲヘッドにおける磁気抵抗変化率を測定した。それらの値を表３および表４に併せて示す。
【００６４】
【表３】
【表４】
上述した各実施例と比較例とを比較すると、磁気抵抗変化率が大きくなっていることが分かる。これは実施例３５と同様に、結晶性軟磁性膜を用いたことによるＡＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性が向上したためと考えることができる。
【００６５】
実施例６８
熱酸化膜付きＳｉ基板上に、下地として膜厚 ５ｎｍのＴｉ膜からなる非磁性金属膜を介在させて、Ｎｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を１０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、その上に実施例１と同様のスピンバルブ膜と反強磁性交換バイアス膜を形成した。
【００６６】
このようにして得た実施例６８のＧＭＲヘッドにおけるｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。その結果、ｆｃｃ（１１１）強度を示すピークが１２００と、下地の非磁性膜を介在させないときより約 ５倍大きくなっていることを確認した。これはＴｉ膜からなる非磁性金属膜が結晶性軟磁性膜の成長を助けることにより、１０ｎｍという薄い膜厚において結晶化させることができ、その上のＧＭＲ膜の配向性を高めることができたためである。そのため、ＧＭＲ変化率は １２．４％、またＧＭＲ感度も２．４％／Ｏｅ と実施例１よりも高くなっている。
【００６７】
また、下地膜として上記Ｔｉ膜からなる非磁性金属膜を形成したときの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率（ＧＭＲ変化率）との関係を図５に示す。図３と比較すると、特に膜厚が薄いときに高い磁気抵抗変化率が得られていることが分かる。
【００６８】
本実施例のヘッド構造としては図８の構造でも用いることができるが、強磁性バイアス膜１２と軟磁性膜１１との交換結合が、本非磁性下地膜により切れてしまう恐れがある。そのため図９のように非磁性下地膜１３が強磁性バイアス膜１２の下地に配置されることが配置されることが望ましい。
【００６９】
実施例６９〜９９
上記実施例６８における結晶性軟磁性膜を表５および表６に示す各組成の結晶性軟磁性膜に代える以外は、実施例６８と同様にしてＧＭＲヘッドを作製した。これら各実施例のＧＭＲヘッドにおける結晶性軟磁性膜の （１１１）ピーク強度を測定すると共に、ＧＭＲヘッドのＧＭＲ変化率およびＧＭＲ感度を測定した。それらの値を表５および表６に併せて示す。
【００７０】
【表５】
【表６】
上述した各実施例は、比較例１〜１３と比較してｆｃｃ（１１１）ピーク強度が ５倍近く大きくなっていることが分かる。また、ＧＭＲ変化率およびＧＭＲ感度も向上していることを確認した。
【００７１】
なお、Ｔｉの他にＴａ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆについても、それぞれ結晶性軟磁性膜の下地として形成してＧＭＲヘッドを作製し、ｆｃｃ（１１１）ピーク強度が約 ３〜 ５倍程度大きくなることを確認した。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果ヘッドによれば、高抵抗でかつ配向性の向上を図ることが可能な結晶性軟磁性膜を、磁気抵抗効果膜の下地として配置しているため、磁気抵抗変化率等の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるＧＭＲヘッドのＸ線プロファイルを示す図である。
【図２】従来のＧＭＲヘッドのＸ線プロファイルを示す図である。
【図３】本発明の一実施例によるＧＭＲヘッドの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の他の実施例によるＧＭＲヘッドの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示す特性図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例によるＧＭＲヘッドの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示す特性図である。
【図６】ＡＭＲ効果を示す図である。
【図７】ＡＭＲヘッドの要部構造を示す斜視図である。
【図８】ＧＭＲヘッドの要部構造を示す斜視図である。
【図９】他のＧＭＲヘッドの要部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１……ＡＭＲ膜
３……軟磁性バイアス膜
６、８……強磁性層
７……非磁性中間層
９……ＧＭＲ膜、
１１……軟磁性下地膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置等に用いられる磁気抵抗効果ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気記録媒体に記録された情報の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法によって行われている。また、情報を読み出す場合に、磁気抵抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）を用いることも知られている。
【０００３】
上述したＭＲヘッドは、ある種の強磁性体の電気抵抗が外部磁場の強さに応じて変化するという現象を利用したものであり、磁気記録媒体用の高感度ヘッドとして知られている。近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が進められ、情報の読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記録媒体との相対速度が小さくなってきている。このため、小さい相対速度であっても、大きな出力がとり出せるＭＲヘッドへの期待が高まっている。
【０００４】
ここで、上述したＭＲヘッドとしては、電流の方向と強磁性層の磁化との成す角度に依存して電気抵抗が変化する異方性磁気抵抗効果（以下、ＡＭＲと記す）を示す Ｎｉ−Ｆｅ系合金いわゆるパーマロイ合金膜等を用いたＡＭＲヘッドと、強磁性層と非磁性中間層との積層構造を有し、巨大磁気抵抗効果（以下、ＧＭＲと記す）を示すスピンバルブ膜や人工格子膜を用いたＧＭＲヘッドが知られている。
ＡＭＲヘッドは、入力電流（センス電流）と磁化Ｍとが平行のときの抵抗率ρ〈平行〉と、垂直のときの抵抗率ρ〈垂直〉とが大きく異なることに基くものであり、一般にρ〈平行〉＞＞ρ〈垂直〉である。電流ｉと磁化Ｍとの成す角をθとすると、ＡＭＲ膜の抵抗ρは、
ρ＝ρ〈平行〉 ｃｏｓ２ θ＋ρ〈垂直〉 ｓｉｎ２ θ
と表すことができ、図５に示すように抵抗ρが変化する。従って、ＡＭＲヘッドを再生ヘッドとして用いる場合には、θを４５度付近まで傾けることによって最大の磁気抵抗変化率を得ることができる。
【０００５】
ＡＭＲヘッドの具体的な構造としては、例えば図７に示す構造が知られている（信学技法ＭＲ８７−３（１９８７）など）。図示される通り、ＡＭＲ膜１は非磁性膜２を介して軟磁性バイアス膜３上に形成されており、ＡＭＲ膜１の両端部上には反強磁性バイアス膜４、４とセンス電流を供給する端子５、５が積層形成されている。このようなＡＭＲヘッドにセンス電流を流すことによって、その電流がつくる磁場が軟磁性バイアス膜３にかかる。これにより、軟磁性バイアス膜３は磁化され、その磁化がつくる磁場によってＡＭＲ膜１の磁化を回転させることができる。このようなＡＭＲヘッドは、良好な軟磁気特性を示すものでも、磁気抵抗変化率が３％程度であり、高記録密度化に伴う磁気記録媒体からの信号磁界の低下に対応できないおそれが生じている。
【０００６】
そこで最近では、図８に示すように、強磁性層６／非磁性中間層７／強磁性層８のサンドイッチ構造膜等のＧＭＲ膜９を用いたＧＭＲヘッドが注目されている。ＧＭＲヘッドの磁気抵抗変化率は、常温で １０％を超えるものが報告されている（日本応用磁気学会誌１７，９１（１９９３）等参照）。
【０００７】
ＧＭＲヘッドは、ＡＭＲヘッドとは異なり、強磁性層６、８に含まれる磁化が互いに平行のときに抵抗が低く、反平行のときに抵抗が高くなる。図８の構造の場合、上側の強磁性層８の磁化は反強磁性交換バイアス膜１０により固着されており、下側の強磁性層６は磁化が自由に動くように構成されている。そして、この強磁性層６に接して軟磁性下地膜１１を配置することによって、入力磁束をＧＭＲ膜９に確実に引き込むことができる。さらに、この軟磁性下地膜１１と強磁性層６とは強磁性カップリングしていることから、軟磁性下地膜１１の磁化回転に伴って強磁性層６の磁化が回転する。なお、軟磁性下地膜１１の両端下部には、強磁性バイアス膜１２、１２がそれぞれ設けられている。
【０００８】
ところで、ＡＭＲヘッドおよびＧＭＲヘッドのいずれにおいても、信号磁界による抵抗変化を取出すことで記録の読み出しを行うため、センス電流を入力して抵抗変化を電圧の変化として取出すことになる。ここで、上述した軟磁性バイアス膜３および軟磁性下地膜１１は、ＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９と間接的または直接接して配置されているため、これら軟磁性膜３、１１にもセンス電流が流れることになる。この軟磁性膜３、１１に流れ込む電流の量、いわゆるシャント電流の量は無視できず、それがないときに比べて抵抗変化が小さくなってしまう。仮に、軟磁性膜３、１１の抵抗がＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９の抵抗と同じであるとすると、磁気抵抗変化率が半分になってしまう。このようなことから、軟磁性膜３、１１には抵抗が大きいことが望まれている。
【０００９】
一方、図７および図８に示したように、軟磁性膜３、１１はＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９の下側に形成される場合が多く、このような配置では軟磁性膜３、１１がＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９の配向性に影響を与えることになる。ここで一般には、軟磁性膜３、１１にＡＭＲ膜１やＧＭＲ膜９のｆｃｃ（１１１）配向性を高める働きを持たせることによって、素子特性を向上させることが可能となる。
【００１０】
そこで、例えば軟磁性膜３、１１にパーマロイ膜を用いて、ＧＭＲ膜９のｆｃｃ （１１１） 配向性を向上させることが試みられている。しかし、十分な磁気抵抗変化率は得られていないことから、パーマロイ膜によるｆｃｃ（１１１）配向性はまだ不十分であることが分かる。
【００１１】
また、軟磁性膜３，１１の特性を改善するために、例えばＮｉＦｅを主成分とし、これに添加元素を加える方法が考えられる。実際に、Ｎｂ、Ｚｒ等を添加することにより、抵抗を増大させることが報告されている（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９，５６３１（１９９１））が、もう １つ重要な特性であるｆｃｃ（１１１）配向性についてはさほど改善されず、それどころか添加量をある程度以上増やすことで逆に低下してしまい、飽和磁化も下がってしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来はＡＭＲ膜やＧＭＲ膜の下地となる軟磁性膜の高抵抗化についての提案はなされているものの、ＡＭＲ膜やＧＭＲ膜の配向性の向上については十分には検討されておらず、高抵抗化とｆｃｃ（１１１）配向性の向上を共に満足させ得る軟磁性膜は得られていない。
【００１３】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、ＭＲ膜の下地となる軟磁性膜の抵抗を増大させると共に、ｆｃｃ（１１１）配向性を高めることで、磁気抵抗変化率等の特性の向上を図った磁気抵抗効果ヘッドを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明における第１の磁性抵抗効果ヘッドは、非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有する巨大磁気抵抗効果膜と、前記一対の強磁性層の下地としていずれか一方に接して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴としている。さらにまた請求項９に記載のように、非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有し前記強磁性層の一方はその磁化が自由に動く第１の強磁性層で構成されている巨大磁気抵抗効果膜と、下地として前記第１の強磁性層に接して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドであって、前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドである。
【００１５】また本発明の第２の磁気抵抗効果ヘッドは、異方性磁気抵抗効果膜と、前記異方性磁気抵抗効果膜の下地として直接接してまたは非磁性膜を介して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ´元素とが同時に添加されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、第１および第２の強磁性膜と、前記第１および第２の強磁性膜の間に配置された非磁性層を有する積層膜からなる巨大磁気抵抗効果膜と、前記第１および第２の強磁性膜のうち少なくとも１層と接して前記積層膜下に配置されたＮｉＦｅ合金を主成分とする結晶性軟磁性膜とからなる磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記第１および第２の強磁性膜のうち１層はＣｏまたはＣｏ合金からなり、また前記結晶性軟磁性膜は、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴としている。
【００１７】
以下さらに本発明について詳細に説明する。
【００１８】
本発明で用いる結晶性軟磁性膜は、主成分としてＮｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも １種の元素を用い、この主成分の抵抗と軟磁気特性を向上させるために、結晶粒界を形成する Ｍ元素を添加している。この主成分としては、ＮｉＦｅ合金が好ましく、特に一般式、Ｎｉ１００−ｂ Ｆｅｂ で表される組成を有する合金がより好ましい。ここで ｂはａｔ％で、０ ＜ ｂ ≦ ５０ 、より好ましくは１０ ＜ ｂ≦ ４０ を満足する数値である。
【００１９】
また Ｍ元素としては、Ｎｂ、Ｍｏ、 Ｖ、 Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれる少なくとも １種の元素を挙げることができる。ただし、 Ｍ元素の添加量を多くしていくと抵抗は増大するものの、粒界が細かくなり、最終的にはアモルファスに近くなる。このため、配向性を保つという観点からは Ｍ元素をあまり多く添加することができず、 Ｍ元素のみの添加だけでは求める特性を得ることはできない。
【００２０】
そこで、結晶粒内で上記した主成分と固溶してｆｃｃ（１１１）配向性を高め、かつフェルミ面近傍の電子散乱に寄与するという、粒界形成とは異なる Ｍ′元素を本発明においてはさらに加える。これにより、結晶性軟磁性膜の例えば １００μΩｃｍを超える高抵抗化を図りながら、高透磁率の優れた軟磁気特性と良好なｆｃｃ（１１１）配向性を得ることが可能となる。このような Ｍ′元素としては、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれる少なくとも １種の元素を挙げることができる。ただし、このような Ｍ′元素のみの添加では、結晶性軟磁性膜の十分な高抵抗化を達成することができない。
【００２１】
上述した Ｍ元素および Ｍ′元素は、いずれも過剰に添加し過ぎるとｆｃｃ（１１１）配向性や軟磁気特性が低下するため、 Ｍ元素および Ｍ′元素のいずれの添加量も ２０ａｔ％以下とすることが好ましく、また０．１ａｔ％未満ではそれらの添加効果を十分に得ることができない。従って、本発明で用いる結晶性軟磁性膜は、
一般式： Ｔ１−（ｘ＋ｙ ） Ｍｘ Ｍ′ｙ
（式中、 ＴはＮｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも １種の元素を、 ＭはＮｂ、Ｍｏ、 Ｖ、 Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも １種の元素を、 Ｍ′はＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも １種の元素を、 ｘおよび ｙは ０．００１≦ ｘ≦ ０．２００、 ０．００１≦ ｙ≦ ０．２００を満足する数を示す）
で実質的に表される組成を有することが好ましい。
【００２２】
また、上述した結晶性軟磁性膜の膜厚は、 １〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。結晶性軟磁性膜の膜厚が １ｎｍ未満であるとその結晶性が損われて配向性が低下しやすく、一方 １００ｎｍを超えると高抵抗の結晶性軟磁性膜であっても、それに流れ込むシャント電流の量が増大して、磁気抵抗効果ヘッドの抵抗変化が小さくなってしまうおそれがある。なお本発明においては、この結晶性軟磁性膜は、保磁力８００Ａ／ｍ未満、より好ましくは ８０Ａ／ｍ以下程度の軟磁気特性を有するものであればよく、また結晶性についてはＸ線回折により容易に確認できる。
【００２３】
さらに本発明においては、結晶性軟磁性膜の下地にＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＮｂおよびＨｆから選ばれた少なくとも １種を主成分とする非磁性金属膜を設け、結晶性軟磁性膜の結晶性を高めることも有効である。このような下地の非磁性金属膜を結晶性軟磁性膜に接して設けることで、結晶性軟磁性膜の成長が促進されて、その膜厚が １ｎｍ前後と薄い場合でも結晶化させることが容易となり、ひいてはｆｃｃ（１１１）配向性が向上する。ここで、上述した非磁性金属膜の膜厚は １〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。非磁性金属膜の膜厚が １ｎｍ未満であると、結晶性軟磁性膜の結晶性を十分に高めることが困難となり、一方 １００ｎｍを超えるとそれに流れ込むシャント電流の量が増大し、磁気抵抗効果ヘッドの抵抗変化が小さくなってしまうおそれがある。
【００２４】
本発明の第１の磁気抵抗効果ヘッドは、上述したような結晶性軟磁性膜上に、非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有する巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）を、一方の強磁性層が上記結晶性軟磁性膜と接するように形成したものである。
【００２５】
前記強磁性層に使用する強磁性膜材料としては、Ｃｏ、 ＣｏＦｅ 、ＣｏＮｉ、ＮｉＦｅ、センダスト、ＮｉＦｅＣｏ、Ｆｅ８ Ｎ 等があげられる。これらの強磁性膜の厚さは、１ 〜２０ｎｍであることが好ましい。この結晶性軟磁性膜上に配置された強磁性層は ｆｃｃ （１１１） 配向強磁性層である。また前記強磁性層は、好ましくは、ＣｏまたはＣｏ合金であって、このＣｏ合金はさらに好ましくはＣｏＦｅ合金である。前記ＣｏＦｅ合金は、一般式、Ｃｏ１００−ａ Ｆｅａ で表される合金で、ここで ａはａｔ％ で、０ ＜ａ ≦５０、好ましくは５ ≦ａ ≦４０を満足する数値である。
【００２６】
さらにまた、非磁性膜としての材料としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ等の非磁性金属やＣｕＰｄ、ＣｕＰｔ、ＣｕＡｕ、ＣｕＮｉ等の合金があげられる。これらの非磁性膜の厚さは、０．５ 〜２０ｎｍであることが好ましい。
このような構成とすることによって、ＧＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性が高まり、それによってＧＭＲ膜の軟磁気特性や抵抗変化率を高めることができる。さらに、結晶性軟磁性膜の抵抗が高いことから、結晶性軟磁性膜に流れ込む電流の量を大幅に減らすことができる。従って、このようなＧＭＲ膜を用いて構成した磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗変化率を向上させることができ、さらに一定の磁界に対して示すＭＲ感度も上げることができる。ここで、上記巨大磁気抵抗効果膜としては、例えばＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏ、ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ等のいわゆるスピンバルブ膜や （Ｆｅ／Ｃｒ）ｎ 積層膜、 （Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ 積層膜等の人工格子膜が用いられる。
【００２７】
また、本発明の第２の磁気抵抗効果ヘッドは、上述したような結晶性軟磁性膜を例えば軟磁性バイアス膜として用い、その上に直接もしくは非磁性膜を介して異方性磁気抵抗効果を示す強磁性膜（ＡＭＲ膜）を形成したものである。このような構成とすることにより、ＡＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性が高まり、抵抗変化率を高めることができる。さらに、軟磁性バイアス膜の抵抗が高いことから、それに流れ込む電流の量を大幅に減らすことができる。従って、ＧＭＲ膜の場合と同様に、このようなＡＭＲ膜を用いて構成した磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗変化率を向上させ、さらにＭＲ感度も上げることができる。
【００２８】
ここで、異方性磁気抵抗効果膜としては、パーマロイ合金等の Ｎｉ−Ｆｅ系合金膜等が用いられる。また、必要に応じてＡＭＲ膜と結晶性軟磁性膜の間に形成される非磁性金属膜として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ等を用いることができ、この非磁性膜の抵抗を考慮するとＴｉ、Ｔａ、Ｚｒが、配向性の観点からはＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄが好ましい。なお、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄについては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ等を添加して合金化することで、非磁性膜の高抵抗化を図ってもよい。ここで、この非磁性膜の膜厚は、そこに流れ込むシャント電流の量を抑える上で １００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
前記第１および第２の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、下地層として前記結晶性軟磁性膜の下地膜としてアモルファス磁性層を含むことができる。
【００３０】
つぎに、本発明の磁気抵抗効果デバイスは、ＮｉＦｅ合金からなる磁性膜は、Ｃｏをさらに含むこともできる。また前記ＮｉＦｅ合金は、一般式： Ｔ１−（ｘ＋ｙ ） Ｍｘ Ｍ′ｙ であらわされる組成を有する。式中、 ＴはＮｉおよびＦｅ、 ＭはＮｂ、Ｍｏ、 Ｖ、 Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも １種の元素を、 Ｍ′はＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも １種の元素を、 ｘおよび ｙは、それぞれ ０．００１≦ ｘ≦ ０．２００、 ０．００１≦ ｙ≦ ０．２００を満足する数を示す。
【００３１】
また、上記 Ｔは、一般式、Ｎｉ１００−ｂ Ｆｅｂ で実質的に表される組成を有することが好ましい。ここで ｂはａｔ％ であって、０ ＜ ｂ≦５０を満足する数値である。
【００３２】
また前記磁気抵抗効果デバイスにおいて、第１および第２の強磁性層の１層はＣｏまたはＣｏ合金のｆｃｃ（１１１）配向膜からなる。このＣｏ合金は、一般式Ｃｏ１００−ａ Ｆｅａ であらわされる組成を有する。ここで ａはａｔ％ であって、５ ≦ ａ≦４０を満足する数値である。
【００３３】
さらに、この磁気抵抗効果デバイスは、磁性膜の下地にＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＮｂおよびＨｆから選ばれた少なくとも １種を主成分とする非磁性金属膜を設けることもできる。
【００３４】
また、磁性膜の下地層としてアモルファス磁性層を含むこともできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３７】
実施例１
まず、熱酸化膜１００ｎｍ 付きＳｉ基板上に、ＮｉＦｅパーマロイに、ＮｂとＣｒを添加したＮｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を１０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、この結晶性軟磁性膜を軟磁性ヨーク膜として用いて、その上にＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）の積層膜をスピンバルブ膜として形成し、さらにその上に反強磁性交換バイアス膜として膜厚１５ｎｍのＦｅＭｎ合金膜を形成した。なお、軟磁性ヨーク膜の両端部下には、強磁性バイアス膜として膜厚２０ｎｍのＣｏＰｔ膜を予め形成しておいた。そして、反強磁性交換バイアス膜上に、センス電流を供給するＴａ／Ｃｕ／Ｔａからなる一対の端子を形成して、ＧＭＲヘッドを作製した。なお、ＧＭＲヘッドの具体的な構造は、図８に示した従来のＧＭＲヘッドと同一とした。
【００３８】
比較例１
また、従来のＧＭＲヘッドとして、実施例１と同様の熱酸化膜１００ｎｍ 付きＳｉ基板上に、ＮｉＦｅ（１０ ｎｍ）／ＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＰｄ（４ｎｍ）／ＦｅＭｎ（１５ｎｍ）の積層膜を形成して、ＧＭＲヘッド（比較例１）を作製した
このようにして得た実施例１および比較例１のＧＭＲヘッドにおけるｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。図１は実施例１のＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜のＸ線回折による （１１１）ピーク付近のプロファイルであり、図２は比較例１のＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜の （１１１）ピーク付近のプロファイルである。
【００３９】
図１および図２から明らかなように、実施例１のＧＭＲヘッドは、従来のＧＭＲヘッドと比べて１０倍以上の （１１１）ピーク強度が得られている。なお、肩になっているピークは積層構造に基くものであり、また ｆｃｃ構造に関わるピークは他に見られないことから、 （１１１）ピーク強度をｆｃｃ（１１１）配向性のパラメータとして用いることができる。
【００４０】
また、上述した実施例１および比較例１のＧＭＲヘッドにおいて、比較例１のＧＭＲヘッドで軟磁性ヨーク膜として用いたＮｉＦｅＮｂＣｒ膜の抵抗は １１０μΩｃｍであった。これは、比較例１のＮｉＦｅパーマロイの抵抗値が ３０ μΩｃｍであることを考えると、 Ｍ元素および Ｍ′元素の両元素が添加されたことによって、高いｆｃｃ（１１１）配向性を示しながら抵抗値を高くし得ることが分かる。
【００４１】
さらに、重要な特性の １つである磁気抵抗変化率は、比較例１のＧＭＲヘッドでは２．５％であったのに対し、実施例１のＧＭＲヘッドでは １０％を超える良好な値（１０．３％）が得られ、ＭＲ感度も比較例１の１．０％に対して２．０％と向上していた。これはＧＭＲ膜と積層された軟磁性膜の高抵抗化およびｆｃｃ（１１１）配向性の向上に起因するものであり、特にｆｃｃ（１１１）配向性の向上がこれらの特性を上げているものと考えられる。
【００４２】
このように、ＮｉＦｅ合金等の主成分に性質の異なる ２種類の元素を添加した結晶性軟磁性膜を用いることによって、ＧＭＲヘッドの特性の向上がみられ、本発明の有用性を示している。なお、これらの結果を表１および表２に示す。
【００４３】
次に、上記ＮｉＦｅＮｂＣｒ膜からなる結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率（ＧＭＲ変化率）との関係を図３に示す。図３から、結晶性軟磁性膜の膜厚は １〜 １００ｎｍの範囲とすることが望ましいことが分かる。結晶性軟磁性膜の膜厚が １ｎｍ未満であると、膜の初期成長段階であるために結晶化し難く、配向性が悪くなることから、十分な磁気抵抗変化率が得られていない。一方、結晶性軟磁性膜の膜厚が １００ｎｍを超えると、シャント電流を十分に減少させることができないことから、磁気抵抗変化率が低下する傾向がある。
【００４４】
本実施例の主成分であるＮｉＦｅの成分の良好な範囲としては、軟磁気特性と磁気モーメントの大きさのバランスを考慮するとＮｉが６０ａｔ．％から９０ａｔ．％の範囲、Ｆｅが４０ａｔ．％から１０ａｔ．％の範囲が望ましい。
【００４５】
また、主成分として、ＮｉＦｅＣｏの３元系を用いることもできる。前述のＮｉＦｅの組成範囲に対して、Ｃｏを５０ａｔ．％未満入れることにより軟磁気特性を改良させることができる。しかしこれ以上入れると保磁力Ｈｃが大きくなりすぎて、軟磁気特性が悪くなってしまう。
【００４６】
なお、本実施例については、熱酸化膜付きＳｉ基板を用いたが、アルチック基板に成膜したアルミナ膜を用いても同様な効果が確認できた。
【００４７】
実施例２
実施例１では、熱酸化膜付きＳｉ基板、あるいはアルミナ膜上に直接結晶性軟磁性膜を成長させた場合について行ったが、実施例２では、熱酸化膜付きＳｉ基板、あるいはアルミナ膜による下地の影響を緩和し、スピンバルブ膜のｆｃｃ（１１１）配向性を高めるために、結晶性軟磁性膜の下地膜として、アモルファスの Ｃｏ ８７Ｚｒ５．５ Ｎｂ７．５ 膜を１０ｎｍ成膜し、その上にＮｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を５ｎｍ の膜厚で成膜した。ついでその上に実施例１と同様のスピンバルブ膜と反強磁性交換バイアス膜を形成した。
【００４８】
このようにして作成したＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。その結果、ｆｃｃ（１１１）ピークを示す強度が実施例１とほぼ等しいことを確認した。これは結晶性軟磁性膜の膜厚が実施例１の半分になっているにもかかわらず高いｆｃｃ（１１１）配向をしていることを示している。
【００４９】
このように本実施例２では、下地膜にシャント電流が流れてしまうが、高いｆｃｃ（１１１）配向が得られ、結果としてＧＭＲ変化率が１１％、ＧＭＲ感度が２．２％／Ｏｅと実施例１より高くなった。また下地膜を用いることにより結晶性軟磁性膜と併せて高い軟磁性を得ることができた。
【００５０】
また、下地膜を形成した時の結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率（ＧＭＲ変化率）との関係を図４に示す。図３とは異なり、５ｎｍ 付近の膜厚で高い磁気抵抗変化率が得られ、下地膜は結晶性軟磁性膜の成長を助けていることが分かる。
この結晶性軟磁性膜のｆｃｃ（１１１）配向性を高める下地膜にはアモルファスのＣｏＺｒＮｂ系、ＦｅＴａ系また微結晶膜のＦｅＮ 系、ＦｅＺｒＮ 系などが同様な効果を示す。
【００５１】
実施例３
前述の実施例２では結晶性軟磁性膜のｆｃｃ（１１１）配向性を高める下地膜として単層の下地膜を用いたが、その下地膜の代わりに非磁性の下地膜と磁性下地膜からなる多層膜も使用することができる。
【００５２】
本実施例では、非磁性膜にＴａを５ｎｍ 、その上にＣｏ８７Ｚｒ５．５ Ｎｂ７．５ 膜を５ｎｍ 形成した下地の上に、Ｎｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を５ｎｍ 成膜し、次いで、その上に実施例１と同様のスピンバルブ膜と反強磁性交換バイアス膜を形成した。
【００５３】
このようにして作成したＧＭＲヘッドにおけるＧＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。その結果、ｆｃｃ（１１１）ピークを示す強度が実施例１とほぼ等しいことがわかり、前記のような２層の下地膜を用いても高いｆｃｃ（１１１）配向性を維持することが出来、結果としてＧＭＲ変化率が１１％、ＧＭＲ感度が２．２％／Ｏｅと実施例２とほぼ同等な値が得られている。さらに本実施例では実施例２よりもトータルの磁気モーメントが少ない。そのためヘッド化した際に媒体からの磁束密度が増大し、出力向上が期待できる。
【００５４】
本実施例の非磁性下地膜としては、Ｔａの他に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｎｂ およびＨｆについても同様な効果を確認することができた。また非磁性下地膜の膜厚は１ｎｍ から１０ｎｍの範囲が望ましい。１ｎｍ 以下では１ 層の膜としての成膜が難しいことと、１０ｎｍを越える膜厚ではシャント電流も増加する。磁性下地膜も１ｎｍ 以下では１ 層の膜としての成膜が難しいことと、１０ｎｍを越える膜厚ではシャント電流も増加するし、この膜厚以上であれば、非磁性下地膜は必要としない。
【００５５】
本実施例のヘッド構造としては図８の構造でも用いることができるが、強磁性バイアス膜１２と軟磁性膜１１との交換結合が、本非磁性下地膜により切れてしまう恐れがある。そのため図９のように非磁性下地膜１３が強磁性バイアス膜１２の下地に配置されることが配置されることが望ましい。
【００５６】
前記実施例２および３において示された結晶性軟磁性膜の添加元素は次に述べる実施例４〜３４に示す元素についても同様な効果が認められた。
【００５７】
実施例４〜３４、比較例２〜１３
上記実施例１における結晶性軟磁性膜を表１および表２に示す各組成の結晶性軟磁性膜に代える以外は、実施例１と同様にしてＧＭＲヘッドを作製した。また、本発明との比較例として、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＧＭＲヘッド（比較例２〜９）、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ′元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＧＭＲヘッド（比較例１０〜１３）を、それぞれ実施例１と同様に作製した。
【００５８】
これら各実施例および比較例のＧＭＲヘッドにおける結晶性軟磁性膜の （１１１）ピーク強度および抵抗値を測定すると共に、ＧＭＲヘッドのＧＭＲ変化率およびＧＭＲ感度を測定した。それらの値を表１および表２に併せて示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
実施例３５、比較例１４
熱酸化膜付きＳｉ基板上に、ＮｉＦｅパーマロイにＺｒとＲｈを添加したＮｉ７５１．Ｆｅ１８．２Ｚｒ１．７ Ｒｈ５．０ 組成の結晶性軟磁性膜を３０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、この結晶性軟磁性膜を軟磁性バイアス膜として用いて、その上に非磁性膜として膜厚４０ｎｍのＴｉ膜とＡＭＲ膜として膜厚４０ｎｍのＮｉＦｅ合金膜を形成した。そして、ＡＭＲ膜上にセンス電流を供給するためのＣｕからなる一対の端子を形成することによって、ＡＭＲヘッドを作製した。なお、ＡＭＲヘッドの具体的な構造は、図５に示した従来のＡＭＲヘッドと同一とした。
【００６１】
上述した実施例によるＡＭＲヘッドにおいては、磁気抵抗変化率は３％を超える良好な値（３．４％）を示した。一方、軟磁性バイアス膜に従来から用いられるＣｏＺｒ系膜を用いた場合の磁気抵抗変化率は１％程度であった（比較例１４）。ＣｏＺｒ系膜の抵抗率は １００μΩｃｍであり、ＮｉＦｅＺｒＲｈ軟磁性膜とほとんど変わらないので、磁気抵抗変化率の違いはＡＭＲ膜のｆｃｃ（１１１）配向性の向上が大きく影響していると考えることができ、本発明の有用性を示している。なお、結果を表３および表４に示す。
【００６２】
実施例３６〜６７、比較例１５〜２６
上記実施例３５における結晶性軟磁性膜を表３および表４に示す各組成の結晶性軟磁性膜に代える以外は、実施例３５と同様にしてＡＭＲヘッドを作製した。また、本発明との比較例として、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＡＭＲヘッド（比較例１５〜２２）、ＮｉＦｅ合金からなる主成分に Ｍ′元素のみを添加した結晶性軟磁性膜を用いたＡＭＲヘッド（比較例２３〜２６）を、それぞれ実施例３５と同様に作製した。
【００６３】
これら各実施例および比較例のＡＭＲヘッドにおける磁気抵抗変化率を測定した。それらの値を表３および表４に併せて示す。
【００６４】
【表３】
【００６５】
実施例６８
熱酸化膜付きＳｉ基板上に、下地として膜厚 ５ｎｍのＴｉ膜からなる非磁性金属膜を介在させて、Ｎｉ７３．７Ｆｅ１９．０Ｎｂ３．８ Ｃｒ３．５ 組成の結晶性軟磁性膜を１０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、その上に実施例１と同様のスピンバルブ膜と反強磁性交換バイアス膜を形成した。
【００６６】
このようにして得た実施例６８のＧＭＲヘッドにおけるｆｃｃ（１１１）配向性を調べた。その結果、ｆｃｃ（１１１）強度を示すピークが１２００と、下地の非磁性膜を介在させないときより約 ５倍大きくなっていることを確認した。これはＴｉ膜からなる非磁性金属膜が結晶性軟磁性膜の成長を助けることにより、１０ｎｍという薄い膜厚において結晶化させることができ、その上のＧＭＲ膜の配向性を高めることができたためである。そのため、ＧＭＲ変化率は １２．４％、またＧＭＲ感度も２．４％／Ｏｅ と実施例１よりも高くなっている。
【００６７】
また、下地膜として上記Ｔｉ膜からなる非磁性金属膜を形成したときの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率（ＧＭＲ変化率）との関係を図５に示す。図３と比較すると、特に膜厚が薄いときに高い磁気抵抗変化率が得られていることが分かる。
【００６８】
本実施例のヘッド構造としては図８の構造でも用いることができるが、強磁性バイアス膜１２と軟磁性膜１１との交換結合が、本非磁性下地膜により切れてしまう恐れがある。そのため図９のように非磁性下地膜１３が強磁性バイアス膜１２の下地に配置されることが配置されることが望ましい。
【００６９】
実施例６９〜９９
上記実施例６８における結晶性軟磁性膜を表５および表６に示す各組成の結晶性軟磁性膜に代える以外は、実施例６８と同様にしてＧＭＲヘッドを作製した。これら各実施例のＧＭＲヘッドにおける結晶性軟磁性膜の （１１１）ピーク強度を測定すると共に、ＧＭＲヘッドのＧＭＲ変化率およびＧＭＲ感度を測定した。それらの値を表５および表６に併せて示す。
【００７０】
【表５】
【００７１】
なお、Ｔｉの他にＴａ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆについても、それぞれ結晶性軟磁性膜の下地として形成してＧＭＲヘッドを作製し、ｆｃｃ（１１１）ピーク強度が約 ３〜 ５倍程度大きくなることを確認した。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果ヘッドによれば、高抵抗でかつ配向性の向上を図ることが可能な結晶性軟磁性膜を、磁気抵抗効果膜の下地として配置しているため、磁気抵抗変化率等の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるＧＭＲヘッドのＸ線プロファイルを示す図である。
【図２】従来のＧＭＲヘッドのＸ線プロファイルを示す図である。
【図３】本発明の一実施例によるＧＭＲヘッドの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の他の実施例によるＧＭＲヘッドの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示す特性図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例によるＧＭＲヘッドの結晶性軟磁性膜の膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示す特性図である。
【図６】ＡＭＲ効果を示す図である。
【図７】ＡＭＲヘッドの要部構造を示す斜視図である。
【図８】ＧＭＲヘッドの要部構造を示す斜視図である。
【図９】他のＧＭＲヘッドの要部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１……ＡＭＲ膜
３……軟磁性バイアス膜
６、８……強磁性層
７……非磁性中間層
９……ＧＭＲ膜、
１１……軟磁性下地膜
Claims (9)
- 非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有する巨大磁気抵抗効果膜と、前記一対の強磁性層の下地としていずれか一方に接して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ´元素とが同時に添加されていることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 異方性磁気抵抗効果膜と、前記異方性磁気抵抗効果膜の下地として直接接してまたは非磁性膜を介して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ´元素とが同時に添加されていることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記結晶性軟磁性膜は、
一般式：Ｔ１−（ｘ＋ｙ）ＭｘＭ´ ｙ
（式中、ＴはＮｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた１種の元素を、ＭはＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種の元素を、Ｍ´はＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種を、ｘおよびｙは０．００１≦ｘ≦０．２００、０．００１≦ｙ≦０．２００を満足する数を示す）で実質的に表される組成を有することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項１、請求項２または請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記結晶性軟磁性膜の膜厚が１〜１００ｎｍであることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項１、請求項２または請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記結晶性軟磁性膜の下地として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、およびＨｆから選ばれた少なくとも１種を主成分とする非磁性金属膜が設けられていることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項１、請求項２または請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記結晶性軟磁性膜の下地として、アモルファス磁性膜が設けられていることを特徴する磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項１乃至６記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記結晶性軟磁性膜の主成分はＮｉＦｅ合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 第１および第２の強磁性膜と、前記第１および第２の強磁性膜の間に配置された非磁性層を有する積層膜からなる巨大磁気抵抗効果膜と、前記第１および第２の強磁性膜のうち少なくとも１層と接して前記積層膜下に配置されたＮｉＦｅ合金を主成分とする結晶性軟磁性膜とからなる磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記第１および第２の強磁性膜のうち１層はＣｏまたはＣｏ合金からなり、また前記結晶性軟磁性膜は、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、実質的に前記主成分と固溶体を形成するＣｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 非磁性中間層を介して配置された少なくとも一対の強磁性層を有し前記強磁性層の一方はその磁化が自由に動く第１の強磁性層で構成されている巨大磁気抵抗効果膜と、下地として前記第１の強磁性層に接して設けられた結晶性軟磁性膜とを有する磁気抵抗効果ヘッドであって、
前記結晶性軟磁性膜は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏから選ばれた少なくとも１種を主成分とし、添加成分として実質的に結晶粒界を形成するＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａから選ばれた少なくとも１種のＭ元素と、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、ＧａおよびＧｅから選ばれた少なくとも１種のＭ’元素とが同時に添加されていることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
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| JPH1126231A (ja) * | 1997-07-02 | 1999-01-29 | Sharp Corp | 交換結合膜およびその製造方法並びにそれを用いた磁気抵抗効果素子 |
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| US6248416B1 (en) * | 1997-11-10 | 2001-06-19 | Carnegie Mellon University | Highly oriented magnetic thin films, recording media, transducers, devices made therefrom and methods of making |
| JP3114683B2 (ja) * | 1998-01-22 | 2000-12-04 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびにこの磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果センサ，磁気抵抗検出システムおよび磁気記憶システム |
| JPH11316919A (ja) * | 1998-04-30 | 1999-11-16 | Hitachi Ltd | スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド |
| WO2001001396A1 (fr) * | 1999-06-29 | 2001-01-04 | Fujitsu Limited | Tete magnetoresistive et dispositif de reproduction d'informations |
| US7046490B1 (en) * | 2000-01-06 | 2006-05-16 | Western Digital (Fremont), Inc. | Spin valve magnetoresistance sensor and thin film magnetic head |
| US6432563B1 (en) | 2000-04-03 | 2002-08-13 | Carnegie Mellon University | Zinc enhanced hard disk media |
| US7092219B2 (en) | 2001-07-06 | 2006-08-15 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating seed layer for spin valve sensor for magnetic heads for hard disk drives |
| CN100364130C (zh) * | 2004-09-14 | 2008-01-23 | 清华大学 | 具有室温低场巨磁电阻效应的C/Co/Si多层膜材料 |
| JP2019523984A (ja) * | 2016-05-31 | 2019-08-29 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ アラバマ | Ｆｅ系磁性薄膜 |
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