JP3766565B2 - 磁気抵抗効果膜および磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果膜および磁気抵抗効果型ヘッド Download PDF

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    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果膜のうち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号として読み取ることができる磁気抵抗効果膜およびそれを用いた磁気抵抗効果型ヘッドに関する。これらは主として、例えば、ハードディスクドライブ装置に組み込まれて使用される。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気センサの高感度化や磁気記録における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲセンサという）や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドという）の開発が盛んに進められている。ＭＲセンサおよびＭＲヘッドはいずれも、磁性材料を用いた読み取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出すものである。このようなＭＲセンサおよびＭＲヘッドは、信号読み取りに際して、記録媒体との相対速度が再生出力に依存しないことから、ＭＲセンサでは高感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録の信号読み出し時においても、高い出力が得られるという特徴がある。
【０００３】
しかしながら、従来用いられているＮｉ80Ｆｅ20（パーマロイ）やＮｉＣｏ等の磁性体を利用したＭＲセンサでは、抵抗変化率であるΔＲ／Ｒの値がせいぜい１〜３％くらいと小さく、数ＧＢＰＳＩ（Giga Bits Per Square Inches)以上の超高密度記録の読み出し用ＭＲヘッド材料としては感度が不足する。
【０００４】
ところで、金属の原子径オーダーの厚さの薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バルク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目されてきている。このような人工格子の１種として、基板上に強磁性金属薄膜と非磁性金属薄膜とを交互に積層した磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバルト−銅型等の磁性多層膜が知られている。しかし、この人工格子膜では最大抵抗変化の起きる外部磁場（作動磁界強度）が数十ｋＯｅと大きく、このままでは実用性がない。
【０００５】
そこで、このような事情から、スピンバルブという新しい構造が提案されている。これは、非磁性金属層を介してＮｉＦｅ層が２層形成されており、一方のＮｉＦｅ層に隣接して、ピン止め層として例えば反強磁性層が配置されている構成をもつ。
【０００６】
ここでは、反強磁性層と隣接しているＮｉＦｅ層とが直接交換結合力で結合しているために、このＮｉＦｅ層の磁気スピンは数１０〜数１００Ｏｅの磁場強度まで、その向きを固着される。一方のＮｉＦｅ層のスピンは外部磁場によって自由にその向きを変え得る。その結果、ＮｉＦｅ層の保磁力程度という、小さな磁場範囲で２〜５％の磁気抵抗変化率（ＭＲ変化率）が実現される。
【０００７】
スピンバルブにおいては、２つの磁性層におけるスピンの相対角度の差異を実現させることにより、従来の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果とは異なるおおきなＭＲ変化を実現している。これは一方の磁性層と反強磁性との直接交換結合力による磁性層スピンのピンニングにより実現されている。この交換結合がスピンバルブの本質であるといえる。
【０００８】
このようなスピンバルブ膜を用いた磁気ヘッドでは、極めて高密度に記録された磁気情報を読み取ることができるが、近年ハードディスクの大容量化に伴い、スピンバルブ読み取り磁気ヘッド能力に対する要求は年々ますます大きくなり、さらにより高密度記録された磁気記録をより高感度で読み取れ、しかもより高出力が得られるスピンバルブ膜構成およびそれを用いた磁気ヘッドの開発が要望されている。さらに、外部磁場に対する検出信号の直線性が良いことも要望される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような実状のものに創案されたものであって、その目的は、磁気信号の検出感度および検出信号の直線性が良く、しかも、磁気ヘッドの出力の向上が図れる磁気抵抗効果膜およびそれを用いた磁気抵抗効果型ヘッドを提供することにある。
【００１２】
また、本発明は、非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接する面と反対側の面）に形成されたピン止め層とを有する多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜であって、前記軟磁性層は、磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変えられるように作用し、当該軟磁性層は、少なくとも３層積層体から構成され、前記非磁性金属層の側から、実質的にＣｏまたはＣｏＦｅからなる第１の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅＸからなる第２の軟磁性層（ここで、Ｘは、ＴａおよびＮｂの中から選定された少なくとも1種であり、Ｔａを含有する場合、Ｔａの含有率は５〜２０ｗｔ％；Ｎｂを含有する場合、Ｎｂの含有率は５〜１０ｗｔ％）とを、順次有しており、前記第３の軟磁性層の厚さが１０〜３０Åであるように構成される。
【００１３】
また、本発明の磁気抵抗効果膜の好ましい態様として、前記第１の軟磁性層の厚さが５〜１５Åであり、前記第２の軟磁性層の厚さが４０〜６０Åであるように構成される。
【００１６】
また、本発明は、磁気抵抗効果膜と、導体膜とを有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記導体膜は、前記磁気抵抗効果膜と導通しており、前記磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接する面と反対側の面）に形成されたピン止め層とを有するスピンバルブ多層膜であって、前記軟磁性層は、磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変えられるように作用し、当該軟磁性層は、少なくとも３層積層体から構成され、前記非磁性金属層の側から、実質的にＣｏまたはＣｏＦｅからなる第１の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅＸからなる第２の軟磁性層（ここで、Ｘは、ＴａおよびＮｂの中から選定された少なくとも1種であり、Ｔａを含有する場合、Ｔａの含有率は５〜２０ｗｔ％；Ｎｂを含有する場合、Ｎｂの含有率は５〜１０ｗｔ％）とを、順次有しており、前記第３の軟磁性層の厚さが１０〜３０Åであるように構成される。
【００１７】
また、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの好ましい態様として、前記第１の軟磁性層の厚さが５〜１５Åであり、前記第２の軟磁性層の厚さが４０〜６０Åであるように構成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明を説明する上で参考例となる磁気抵抗効果膜２ａの一例を示す断面図である。この実施の形態において、磁気抵抗効果膜２ａは、巨大磁気抵抗効果を示すスピンバルブ膜としての磁性多層膜１ａを備えている。
【００２２】
図１に示されるように、磁性多層膜１ａは、非磁性金属層３０と、この非磁性金属層３０の一方の面に形成された強磁性層４０と、非磁性金属層３０の他方の面に形成された軟磁性層２０と、強磁性層４０の磁化の向きをピン止めするために強磁性層４０の非磁性金属層３０と接する面と反対側の面に形成されたピン止め層５０とを有する積層体構造をなしている。
【００２３】
これらの積層体は、図１に示される参考例では、基板５の上に形成されており、基板５側から、下地層７を介して、軟磁性層２０、非磁性金属層３０、強磁性層４０、ピン止め層５０の順に積層されている。ピン止め層５０の上には、図示のごとく、さらに保護層８０が形成されている。
【００２４】
この磁性多層膜１ａ（スピンバルブ膜）では、外部から加わる信号磁界の向きに応じて非磁性金属層３０を介して、その両側に隣接して形成された軟磁性層２０と強磁性層４０との互いの磁化の向きが実質的に異なることが必要である。その理由は、本発明の原理が、非磁性金属層３０を介して形成された軟磁性層２０と強磁性層４０の磁化の向きがズレているとき、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、抵抗が増え、磁化の向きが互いに逆向きに向いたとき、最大の抵抗を示すことにあるからである。すなわち、本発明では、図５に示されるように外部からの信号磁場がプラス（記録媒体９０の記録面９３から向かって上向き（符号９２で表される）であるとき、隣合った磁性層の磁化の方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大するのである。
【００２５】
ここで、本発明の磁気抵抗効果膜に用いられる（スピンバルブ）磁性多層膜における、磁気記録媒体からの外部信号磁場と、軟磁性層２０と強磁性層４０の互いの磁化の方向、及び電気抵抗の変化の関係を説明する。
【００２６】
今、本発明の理解を容易にするために、図５に示されるごとく、１つの非磁性金属層３０を介して１組の軟磁性層２０と強磁性層４０とが存在する最もシンプルな磁性多層膜の場合について、図５を参照しつつ説明する。
【００２７】
図５に示されるように、強磁性層４０は後に述べる方法によって媒体面に向かって下向き方向にその磁化をピン止めされている（符号４１）。もう一方の軟磁性層２０は、非磁性金属層３０を介して形成されているので、その磁化方向は外部からの信号磁界によって向きを変える（符号２４）。このとき、軟磁性層２０と強磁性層４０の磁化の相対角度は、磁気記録媒体９０からの信号磁界の向きによって大きく変化する。その結果、磁性層内に流れる伝導電子が散乱される度合いが変化し、電気抵抗が大きく変化する。なお、図５における符号１００は電極部を示している。
【００２８】
これによってパーマロイの異方性磁気抵抗効果とはメカニズムが本質的に異なる大きなＭＲ（Magneto-Resistance) 効果が得られる。これは特にＧＭＲ（Giant-Magneto-Resistance) 効果と呼ばれる。
【００２９】
軟磁性層２０，強磁性層４０と、ピン止め効果を示すピン止め層５０の磁化の向きが外部磁場に対して相対的に変化する。それらの磁化の向きの変化が磁化曲線とＭＲ曲線とに対応させて図６に示される。ここでは、ピン止め層５０により、強磁性層４０の磁化は全てマイナス方向（記録媒体９０の記録面から向かって下向き）に固定されている。外部信号磁場がマイナスの時は軟磁性層２０の磁化もマイナス方向を向く。いま、説明を簡単にするために軟磁性層２０，強磁性層４０の保磁力を０に近い値とする。信号磁場ＨがＨ＜０の領域（Ｉ）では、まだ軟磁性層２０および強磁性層４０両磁性層の磁化方向は一方向を向いている。
【００３０】
外部磁場を上げてＨが軟磁性層２０の保磁力を超えると軟磁性層の磁化方向は信号磁場の方向に回転し、軟磁性層２０および強磁性層４０のそれぞれの磁化の向きが反平行となるのにつれて磁化と電気抵抗が増加をする。そして一定値となる（領域（II）の状態）。このときピン止め層５０により、あるピン止め磁場Ｈuaが働いている。信号磁場がこのＨuaを越えると強磁性層４０の磁化も信号磁場の方向に回転し、領域（III)で軟磁性層２０および強磁性層４０のそれぞれの磁化方向は、一方向に揃って向く。このとき、磁化はある一定値に、ＭＲ曲線は０となる。
【００３１】
逆に信号磁場Ｈが減少するときは、今までと同様に、軟磁性層２０および強磁性層４０の磁化反転に伴い、領域（III)から（II）、（I)と順次変化する。ここで領域（II）のはじめの部分で、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、抵抗は大きくなる。領域（II）のうち、強磁性層４０はピン止めされているため、ほとんど磁化反転はしないが、軟磁性層２０は直線的にその磁化を増加させるため、軟磁性層２０の磁化変化に対応し、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が徐々に大きくなる。すなわち、軟磁性層２０に例えばＨｃの小さなＮｉ0.8 Ｆｅ0.2 を選び、適当な一方向異方性磁場Ｈｋを付与することにより、Ｈｋ付近以下の数Oe〜数１０Oeの範囲の小外部磁場で抵抗変化が直線的、かつ大きな抵抗変化率を示す磁性多層膜が得られる。
【００３２】
以下、上述してきた磁気抵抗効果膜２ａの各構成について詳細に説明する。この磁気抵抗効果膜における第一の特徴点は、軟磁性層２０を構成する積層構成と積層材質にある。
【００３３】
すなわち、軟磁性層２０は、図１に示されるように、少なくとも２層積層体から構成され（図１の場合は２層積層体）、非磁性金属層３０の側から第１の軟磁性層２１と第２の軟磁性層２２を順次積層した構成となっている。
【００３４】
図１に示されるように非磁性金属層３０に密着して形成される第１の軟磁性層２１は、実質的にＣｏまたはＣｏＦｅの材料から構成される。第１の軟磁性層２１をＣｏＦｅとする場合、Ｃｏは８０重量％以上含有させることが望ましい。Ｃｏリッチな第１の軟磁性層２１は主として、拡散ブロッキング層として機能し、後述する第２または第３の軟磁性層からのＮｉ成分の非磁性金属層３０側への拡散を防止する。このような第１の軟磁性層２１の厚さは、４Å以上確保すればよい。
【００３５】
このような第１の軟磁性層２１と密着して形成される第２の軟磁性層２２は、実質的にＮｉＦｅＸで示される材質から構成され、ここで、Ｘは、ＴａおよびＮｂの中から選定された少なくとも1種を示している。従ってより具体的には、第２の軟磁性層２２は、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＦｅＮｂ、またはＮｉＦｅＴａＮｂから構成される。なかでも、ＮｉＦｅＴａ、またはＮｉＦｅＮｂが一般に好適に用いられる。
【００３６】
第２の軟磁性層２２として、ＮｉＦｅＴａを用いる場合、Ｔａの含有率は、１〜３０ｗｔ％、好ましくは、３〜２５ｗｔ％、より好ましくは、５〜２０ｗｔ％の範囲とされる。このＴａの含有率が１ｗｔ％未満となると、Ｔａ添加の効果が発現せず、また、３０ｗｔ％を超えると、ΔＲが低下してくるという不都合が生じる。また、Ｎｉ／Ｆｅの重量比は、４．０〜７．０に設定される。Ｎｉ／Ｆｅの重量比が４．０未満となったり、７．０を超えたりすると磁歪が大きくなり、応力による磁気特性が大きく変化してしまうという不都合が生じる。
【００３７】
第２の軟磁性層２２として、ＮｉＦｅＮｂを用いる場合、Ｎｂの含有率は、１〜１５ｗｔ％、好ましくは、３〜１２ｗｔ％、より好ましくは、５〜１０ｗｔ％の範囲とされる。このＮｂの含有率が１ｗｔ％未満となると、Ｎｂ添加の効果が発現せず、また、１５ｗｔ％を超えると、ΔＲが低下してくるという不都合が生じる。また、Ｎｉ／Ｆｅの重量比は、４．０〜７．０に設定される。Ｎｉ／Ｆｅの重量比が４．０未満となったり、７．０を超えたりすると磁歪が大きくなり、応力による磁気特性が大きく変化してしまうという不都合が生じる。
【００３８】
図１に示されるように２層形態の軟磁性層２０の場合、第２の軟磁性層２２の膜厚は、好適には１７〜８７Åとされ、軟磁性層２０の全体厚は、好適には２０〜９０Åとされる。軟磁性層２０の全体厚が少なくなり過ぎると良好な軟磁性層としての特性が得られない。また、軟磁性層２０の全体厚が大きくなり過ぎると、多層膜膜全体の厚さが厚くなり、磁性多層膜全体の抵抗が小さくなり、ＭＲ効果およびΔＲが減少する傾向にある。
【００３９】
図２には、上述してきた磁気抵抗効果膜２ａ(図１)の変形例である他の磁気抵抗効果膜２ｂが示されている（本発明）。図２における磁気抵抗効果膜２ｂが、図１に示される磁気抵抗効果膜２ａと異なるのは、図２における軟磁性層２０構成が３層の積層構造となっている点にある。すなわち、図２における軟磁性層２０は、３層積層体から構成され、非磁性金属層３０の側から、実質的にＣｏまたはＣｏＦｅ（ただし、Ｃｏ＝８０重量％以上）からなる第１の軟磁性層２１と、実質的にＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層２３と、実質的にＮｉＦｅＸからなる第２の軟磁性層２２（ここで、Ｘは、ＴａおよびＮｂの中から選定された少なくとも1種）とを、順次有してなるように構成される。見方を変えれば、図１に示される第２の軟磁性層２２の一部をＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層２３で置き換えて、第３の軟磁性層２３を中間層として配置した形態となっている。従って、第１の軟磁性層２１および第２の軟磁性層２２の材質は前述した通りであり、各層の膜厚については、ＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層２３が置換された分だけ第２の軟磁性層２２の厚さが減少していると考えれば良い。実質的にＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層２３は、その膜厚が１〜５０Å、好ましくは５〜５０Å、より好ましくは１０〜３０Åの範囲とされる。この値が１Å未満ではＮｉＦｅ層置換の効果があまり発現せず、また、５０Åを超えると、膜の抵抗が下がり、ΔＲが低下してしまうという不都合が生じる。また、ＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層２３のＮｉ／Ｆｅの重量比は、良好な軟磁性特性を発現させるために４．０〜７．０に設定される。このＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層２３が中間層として存在することにより、感度および磁気ヘッド出力はさらに一層向上する。このことは、後述する実験例からも明らかであろう。
【００４０】
図３には、本発明ではないが、上述してきた磁気抵抗効果膜２ａ(図１)の変形例である他の磁気抵抗効果膜２ｃが示されている。図３における磁気抵抗効果膜２ｃが、図１に示される磁気抵抗効果膜２ａと異なるのは、図３におけるスピンバルブ膜としての磁性多層膜１ｃの積層順が図１に示される磁性多層膜１ａの積層順と逆になっている点にある。すなわち、図３において、磁性多層膜１ｃは、基板５側から下地層７を介して、ピン止め層５０、強磁性層４０、非磁性金属層３０、軟磁性層２０の順に積層されている。軟磁性層２０の上には、図示のごとく、さらに保護層８０が形成されている。図３における軟磁性層２０の構成もやはり図１の場合と同様に非磁性金属層３０側から第１の軟磁性層２１、第２の軟磁性層２２が順次形成されている。これらの第１および第２の軟磁性層の設定仕様（材質、膜厚等）は、基本的に前述の図１の場合と同様である。
【００４１】
図４には、上述してきた磁気抵抗効果膜２ｂ(図２)の変形例である他の磁気抵抗効果膜２ｄが示されている（本発明）。図４における磁気抵抗効果膜２ｄが、図２に示される磁気抵抗効果膜２ｂと異なるのは、図４におけるスピンバルブ膜としての磁性多層膜１ｄの積層順が図２に示される磁性多層膜１ｂの積層順と逆になっている点にある。すなわち、図４において、磁性多層膜１ｄは、基板５側から下地層７を介して、ピン止め層５０、強磁性層４０、非磁性金属層３０、軟磁性層２０の順に積層されている。軟磁性層２０の上には、図示のごとく、さらに保護層８０が形成されている。図４における軟磁性層２０の構成もやはり図２の場合と同様に非磁性金属層３０側から第１の軟磁性層２１、第３の軟磁性層２３、第２の軟磁性層２２が順次形成されている。これらの第１、第２および第３の軟磁性層の設定仕様（材質、膜厚等）は、基本的に前述の図２の場合と同様である。
【００４２】
図１〜図４において、強磁性層４０の磁化の向きをピン止めするため、すなわち、強磁性層４０との交換結合を生じさせるために形成されるピン止め層５０は、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＩｒＭｎ，ＲｕＭｎ，ＲｕＲｈＭｎ，ＰｄＭｎ，ＲｅＰｄＭｎ，ＦｅＭｎ，ＲｈＭｎ，ＣｏＭｎ，ＣｏＯ，ＮｉＯ等が用いられる。これらの材質の中には、強磁性層４０との交換結合を生じさせるための熱処理操作が成膜後、必要となるものも存在する。
【００４３】
ピン止め層５０の厚さは、５〜１００ｎｍ、好ましくは５〜８０ｎｍ、より好ましくは５〜５０ｎｍ、さらに好ましくは５〜３０ｎｍの範囲とするのがよい。ピン止め層５０の厚さが、５ｎｍより薄くなると交換結合磁界Ｈuaやブロッキング温度Ｔｂが急激に小さくなってしまう。逆に厚い分は余り問題がないが、あまり厚すぎるとＭＲヘッドとしてのギャップ長（シールド−シールド間の長さ）が大きくなってしまい、超高密度磁気記録に適さなくなってしまう。従って、１００ｎｍより小さいほうがよい。
【００４４】
強磁性層４０は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｃｅ，Ｇｄ等やこれらの元素を含む合金や化合物から構成されるが、特に、（ＣｏzＮｉ1-z ）wＦｅ1-w （ただし、重量で０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０である）で表される組成で構成することが好ましい。これらの組成範囲を外れると、大きな電気抵抗の変化が得られなくなるという不都合が生じ得る。
【００４５】
このような強磁性層４０の厚さは、１．６〜１０ｎｍ、より好ましくは、２〜６ｎｍとされる。この値が、１．６ｎｍ未満となると、磁性層としての特性が失われる。この一方で、この値が１０ｎｍを超えると、前記ピン止め層５０からのピン止め磁界が小さくなり、この強磁性層のピン止め効果が十分に得られなくなる。
【００４６】
このような強磁性層４０は上述のごとくピン止め層５０と直接接しているため、成膜後あるいは所定の温度での熱処理後、両層間に直接層間相互作用が働き、強磁性層４０の磁化回転が阻止される。一方、この強磁性層４０と非磁性金属層３０を介して形成される前記軟磁性層２０は、外部からの信号磁場により、自由にその磁化を回転させることができる。その結果、軟磁性層２０と強磁性層４０との両者の磁化に相対的な角度が生み出され、この磁化の向きの違いに起因した大きなＭＲ効果が得られる。
【００４７】
本発明における軟磁性層２０は、上述したように所定材質からなる３層以上の積層体構造とされる。
【００４８】
このような軟磁性層２０と前記強磁性層４０との間に介在される非磁性金属層３０は、効率的に電子を導くために、伝導性のある金属が望ましい。より具体的には、Ａｕ、Ａｇ、およびＣｕの中から選ばれた少なくとも１種、またはこれらの少なくとも１種以上を６０ｗｔ％以上含む合金等が挙げられる。
【００４９】
このような非磁性金属層３０の厚さは、１５〜４０Åであることが好ましい。この値が１５Å未満になると、このものを介して配置されている軟磁性層２０と強磁性層４０とが交換結合してしまい、軟磁性層２０と強磁性層４０とのスピンがそれぞれ独立に機能しなくなってしまうという不都合が生じる。この値が４０Åを超えると、上下に位置する軟磁性層２０と強磁性層４０の界面で散乱される電子の割合が減少してしまい、ＭＲ変化率の減少が起こってしまうという不都合が生じる。
【００５０】
保護層８０は、通常、成膜プロセスの過程での磁性多層膜表面の酸化を防止し、その上部に形成される電極材料とのぬれ性や、密着強度の向上という目的のために形成される。保護層８０は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｚｎ等の材質から形成される。厚さは、通常、３０〜３００Å程度とされる。
【００５１】
基板５は、ガラス、ケイ素、ＭｇＯ、ＧａＡｓ、フェライト、アルティック、ＣａＴｉＯ３ 等の材料により形成される。厚さは、通常、０．５〜１０ｍｍ程度とされる。
【００５２】
下地層７は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｃｒ，Ｚｒ等の材質から形成される。厚さは、通常、２０〜２００Å程度とされる。
【００５３】
各層の材質及び層厚を上記のように規定し、さらに、少なくとも軟磁性層２０の成膜時に、後述する膜面内の一方向に外部磁場を印加して、異方性磁界Ｈｋを２〜２０Oe、より好ましくは２〜１６Oe、特に２〜１０Oe付与することが好ましい。
【００５４】
軟磁性層の異方性磁界Ｈｋが２Oe未満となると、保磁力と同程度となってしまい、０磁場を中心とした直線的なＭＲ変化曲線が実質的に得られなくなるため、ＭＲ素子としての特性が劣化する。また２０Oeより大きいと、この膜をＭＲヘッド等に適用した場合、出力が低下しやすく、かつ分解能が低下する。ここでこれらのＨｋは、外部磁場として成膜時に１０〜３００Oeの磁場を印加することで得られる。外部磁場が１０Oe以下ではＨｋを誘起するのに十分ではないし、また、３００Oeを越えても効果は変わらないが、磁場発生のためのコイルが大きくなってしまい、費用もかさんで非効率的である。
【００５５】
上述してきた磁性多層膜１ａ（または１ｂないし１ｄのいずれか）をそれぞれ繰り返し積層したものを、磁気抵抗効果膜とすることもできる。磁性多層膜の繰り返し積層回数ｎに特に制限はなく、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選択すればよい。通常、ｎの好ましい範囲は１〜５である。
【００５６】
上述してきたスピンバルブ多層膜の各層の成膜は、イオンビームスパッタ法、スパッタリング法、蒸着法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行なわれる。
【００５７】
図１〜４に示される実施の形態では、各膜は、基本的に図面の下方の層から上方の層へと順次成膜される。
【００５８】
成膜に際しては、前述したように軟磁性層２０成膜時に、膜面内の一方向に１０〜３００Oeの外部磁場を印加することが好ましい。これにより、軟磁性層２０に異方性磁場Ｈｋを付与することができる。なお、外部磁場の印加方法は、軟磁性層２０成膜時のみ、磁場の印加時期を容易に制御できる。例えば電磁石等を備えた装置を用いて印加し、ピン止め層５０成膜時は印加しない方法であってもよい。あるいは、成膜時を通して常に一定の磁場を印加する方法であってもよい。
【００５９】
また、前述したように、少なくとも軟磁性層２０の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して異方性磁場Ｈｋを誘起することで、さらに高周波特性を優れたものとすることができる。
【００６０】
さらに、ピン止め層５０を成膜する際には、軟磁性層２０を成膜する際の印加磁場の方向と垂直方向に磁場を印加すると良い。つまり磁性多層膜の膜面内でかつ、測定電流と直角方向となる。ここで印加する磁場の大きさは１０〜３００Oeの範囲にあればよい。この直角化処理を予め施しておくことにより、磁気抵抗効果膜の成膜後に熱処理を行えば、ピン止め層５０により強磁性層４０の磁化の方向が確実に印加磁場方向（測定電流と直角方向）に固着され、信号磁場によってその向きを容易に変えうる軟磁性層２０の磁化と最も合理的に反平行状態を作り出すことができる。もっともこれは必要条件ではなく、反強磁性層を成膜する際、および軟磁性層を成膜する際に印加する磁場の方向が同じ向きであっても良い。この時は磁性多層膜の成膜後、工程中で１５０〜３００℃、特に２００℃程度の熱処理を行う際に、短冊短辺方向（軟磁性層２０を成膜する際の印加磁場の方向と垂直方向）に磁場を印加しながら、温度を下げていくと良い。
【００６１】
上記の実施の態様で説明した、磁性多層膜を備える磁気抵抗効果膜は、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）、ＭＲセンサ、強磁性メモリ素子、角度センサ等に応用される。
【００６２】
以下、磁気抵抗効果膜２ｂ（図２）を磁気抵抗効果型ヘッドに応用した例を挙げて説明する。本発明における磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）としては、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示す磁性多層膜を備えるスピンバルブヘッドが好適例として挙げられる。
【００６３】
以下、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）の一例としてスピンバルブヘッドを採り挙げて説明する。
【００６４】
図７および図８に示されるように磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）１５０は、信号磁場を感磁するための感磁部分としての磁気抵抗効果膜２００と、この磁気抵抗効果膜２００の両端部２００ａ，２００ａに形成された電極部１００，１００とを有している。そして、感磁部分としての磁気抵抗効果膜２００の端部２００ａ，２００ａは、その両端部全体が電極部１００，１００に接する状態で接続されていることが好ましい。なお、導体膜１２０，１２０は、前記電極部１００，１００を介して磁気抵抗効果膜２００と導通している。本発明では、後の説明をわかりやすくするために、便宜上、導体膜１２０と電極部１００とに分けているが、導体膜１２０と電極部１００は、本来一体的に薄膜形成法により形成されている場合が多く、これらは一つの部材と考えてもよい。
【００６５】
ＭＲヘッドにおける感磁部分としての磁気抵抗効果膜２００は、例えば前記図２に示される磁性多層膜１ｂを有する磁気抵抗効果膜２ｂと実質的に同様な積層構造のものが用いられる。すなわち、磁気抵抗効果膜２００は、実質的に図２に示される磁性多層膜を有する磁気抵抗効果膜２ｂに置換され、その結果、磁気抵抗効果膜２００は、非磁性金属層３０と、非磁性金属層３０の一方の面に形成された強磁性層４０と、非磁性金属層３０の他方の面に形成された軟磁性層２０と、前記強磁性層４０の磁化の向きをピン止めするために強磁性層４０の非磁性金属層３０と接する面と反対側の面に形成されたピン止め層５０とを有している。
【００６６】
ここで感磁部分としての磁気抵抗効果膜２００に用いられる強磁性層４０、非磁性金属層３０、軟磁性層２０、ピン止め層５０は、それぞれ、前記磁性多層膜の実施例で述べたものと同様の材質、厚さのものを用いることが望ましい。
【００６７】
磁気抵抗効果膜２００は、いわゆるスピンバルブ型の磁気抵抗変化を示す。スピンバルブ型の磁気抵抗変化とは、非磁性金属層３０と、非磁性金属層３０の一方の面に形成された強磁性層４０と、非磁性金属層３０の他方の面に形成された軟磁性層２０と、前記強磁性層４０の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成されたピン止め層５０とを有する磁性多層膜において、外部の信号磁界が０の時に軟磁性層２０とピン止めされた強磁性層４０のスピンの成す角度が、鋭角方向から見てほぼ、９０度に近く設定されているものをいう。実際は４５〜９０度の角度であることが多いが、特に好ましくは９０度（磁化の直交化）に設定するのがよい。磁気抵抗効果曲線（ＭＲ曲線）が、外部磁場が０のときを中心にしてプラス、マイナスの外部磁場に対し、左右非対称となるようにするためである。
【００６８】
この磁化の直交化を図るために、磁性多層膜１ａを磁場中で真空熱処理を行う必要がある。この処理を直交化熱処理と呼び、この時の温度を直交化温度と呼ぶ。この直交化熱処理の際、ピン止め層５０の磁化方向のみ変化させることが望ましい。この直交化温度は、軟磁性層２０の誘導磁気異方向性が消失する温度よりも低いことが望ましい。
【００６９】
図８に示すように、電流を流す電極部１００を磁気抵抗効果膜２００の積層方向にその端部２００ａ，２００ａ全体が接する構造とする。すると、電子は軟磁性層２０と強磁性層４０に挟まれた部分を中心に流れつつ、軟磁性層２０と強磁性層４０とのスピンの方向によって磁気散乱され、素子の抵抗が大きく変化する。したがって微小な外部磁場の変化を大きな電気抵抗の変化として検出することができるのである。
【００７０】
【実施例】
上述してきた磁気抵抗効果型ヘッドの発明を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に説明する。
【００７１】
実験例Ｉ（本発明でない）
【００７２】
下記に示すようなピン止め層５０トップタイプ（図１参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ８０Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ３０Å）、強磁性層４０（Ｃｏ；厚さ３０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ３００Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏ層（厚さ１０Å）、ＮｉＦｅＴａ層（厚さ７０Å；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝６．７）の２層積層体構造とし、ＮｉＦｅＴａ層（７０Å）におけるＴａ含有率を下記表１に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【００７３】
なお、サンプルの完成には、スピンバルブ多層膜を成膜後、３ｋＯｅの磁界中にて２５０℃で５時間保持したのち、８０℃まで２２℃／ｈのレートで温度を下げるという処理を行ってサンプルを完成させた。この熱処理操作は以下のスピンバルブ多層膜についてすべて同様に行っている。
【００７４】
これらのサンプルについて、下記の要領で抵抗変化量ΔＲを測定し、各サンプルにおける抵抗変化量ΔＲ値を表１に示すとともに、抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を下記の要領で算出して同じく表１に併記した。
【００７５】
（１）抵抗変化量ΔＲ値
【００７６】
サンプルのセンサーとしての動作方向に磁場を、−２ｋＯｅから＋２ｋＯｅまで変化させた時の、最大の抵抗値から最小の抵抗値を差し引いた値をΔＲとして求めた。
【００７７】
測定は、PHASE METRICS 社製 MRW wafer Tester にて四探針プロ−グ（１２７０μｍ等間隔）を用い、２５ｍＡの電流で測定した。
【００７８】
（２）抵抗変化量ΔＲの向上率を示すΔＲup値
【００７９】
測定したΔＲに基づき、下記式（１）よりΔＲup値を求めた。
【００８０】
ΔＲup＝（ΔＲ−ΔＲ0）／ΔＲ0 ×１００ （％） 式（１）
（ここで、ΔＲ0値は、ＮｉＦｅＴａ層におけるＴａ含有率＝０である場合のＮｉＦｅ層の抵抗変化量を示す）
【００８１】
結果を下記表１に示した。
【００８２】
【表１】
Figure 0003766565
【００８３】
表１に示される結果より上記のサンプルは、Ｔａ含有率１〜３０ｗｔ％の範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、Ｔａ含有率５〜２０ｗｔ％の範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【００８４】
実験例 II （本発明でない）
【００８５】
下記に示すようなピン止め層５０ボトムタイプ（図３参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ３００Å）、強磁性層４０（Ｃｏ；厚さ２０Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ２５Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ６０Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏ層（厚さ１０Å）、ＮｉＦｅＴａ層（厚さ５０Å；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝６．３）の２層積層体構造とし、ＮｉＦｅＴａ層（５０Å）におけるＴａ含有率を下記表２に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【００８６】
これらのサンプルについて、上記実験例Ｉと同様に抵抗変化量ΔＲを測定するとともに抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を求めた。
【００８７】
結果を下記表２に示した。
【００８８】
【表２】
Figure 0003766565
【００８９】
表２に示される結果より上記サンプルは、Ｔａ含有率１〜３０ｗｔ％の範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、Ｔａ含有率５〜２０ｗｔ％の範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【００９０】
実験例 III （本発明でない）
【００９１】
下記に示すようなピン止め層５０トップタイプ（図１参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ８０Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ３０Å）、強磁性層４０（Ｃｏ；厚さ３０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ３００Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏ層（厚さ１０Å）、ＮｉＦｅＮｂ層（厚さ７０Å；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝６．７）の２層積層体構造とし、ＮｉＦｅＮｂ層（７０Å）におけるＮｂ含有率を下記表１に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【００９２】
これらのサンプルについて、上記実験例Ｉと同様に抵抗変化量ΔＲを測定するとともに抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を求めた。
【００９３】
結果を下記表３に示した。
【００９４】
【表３】
Figure 0003766565
【００９５】
表３に示される結果より上記サンプルは、Ｎｂ含有率１〜１５ｗｔ％の範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、Ｎｂ含有率５〜１０ｗｔ％の範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【００９６】
実験例 IV
【００９７】
下記に示すようなピン止め層５０トップタイプ（図２参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ８０Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ３０Å）、強磁性層４０（Ｃｏ；厚さ３０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ３００Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏ層（厚さ１０Å）、ＮｉＦｅ層（厚さｔÅ（表４）；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝８２／１８）、ＮｉＦｅＴａ10層（厚さ（７０―ｔ）Å(表４)；Ｔａ含有率１０ｗｔ％；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝６．７）の３層積層体構造とし、ＮｉＦｅＴａ10層におけるイニシャルの厚さ（７０Å）の一部をＮｉＦｅ層の厚さ（ｔ）Åで置換させ、下記表４に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【００９８】
これらのサンプルについて、上記実験例Ｉと同様に抵抗変化量ΔＲを測定するとともに抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を求めた。
【００９９】
結果を下記表４に示した。
【０１００】
【表４】
Figure 0003766565
【０１０１】
表４に示される結果より本発明のサンプルは、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１〜５０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１０〜３０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【０１０２】
実験例Ｖ
【０１０３】
下記に示すようなピン止め層５０トップタイプ（図２参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ７５Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ３０Å）、強磁性層４０（Ｃｏ；厚さ３０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ３００Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏ層（厚さ５Å）、ＮｉＦｅ層（厚さｔÅ（表５）；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝８２／１８）、ＮｉＦｅＴａ5層（厚さ（７０―ｔ）Å(表５)；Ｔａ含有率５ｗｔ％；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝５．８）の３層積層体構造とし、ＮｉＦｅＴａ5層におけるイニシャルの厚さ（７０Å）の一部をＮｉＦｅ層の厚さ（ｔ）Åで置換させ、下記表５に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【０１０４】
これらのサンプルについて、上記実験例Ｉと同様に抵抗変化量ΔＲを測定するとともに抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を求めた。
【０１０５】
結果を下記表５に示した。
【０１０６】
【表５】
Figure 0003766565
【０１０７】
表５に示される結果より本発明のサンプルは、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１〜５０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１０〜３０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【０１０８】
実験例 VI
【０１０９】
下記に示すようなピン止め層５０ボトムタイプ（図４参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ２５０Å）、強磁性層４０（ＣｏＦｅ；厚さ３０Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ２４Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ９５Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏＦｅ層（厚さ１５Å；Ｃｏ／Ｆｅ重量比＝９０／１０）、ＮｉＦｅ層（厚さｔÅ（表６）；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝８２／１８）、ＮｉＦｅＴａ10層（厚さ（８０―ｔ）Å(表６)；Ｔａ含有率１０ｗｔ％；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝５．０）の３層積層体構造とし、ＮｉＦｅＴａ10層におけるイニシャルの厚さ（８０Å）の一部をＮｉＦｅ層の厚さ（ｔ）Åで置換させ、下記表６に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【０１１０】
これらのサンプルについて、上記実験例Ｉと同様に抵抗変化量ΔＲを測定するとともに抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を求めた。
【０１１１】
結果を下記表６に示した。
【０１１２】
【表６】
Figure 0003766565
【０１１３】
表６に示される結果より本発明のサンプルは、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１〜５０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１０〜３０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【０１１４】
実験例 VII
【０１１５】
下記に示すようなピン止め層５０トップタイプ（図２参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ８０Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ３０Å）、強磁性層４０（Ｃｏ；厚さ３０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ２８０Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏ層（厚さ１０Å）、ＮｉＦｅ層（厚さｔÅ（表７）；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝８２／１８）、ＮｉＦｅＮｂ10層（厚さ（７０―ｔ）Å(表７)；Ｎｂ含有率１０ｗｔ％；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝６．７）の３層積層体構造とし、ＮｉＦｅＮｂ10層におけるイニシャルの厚さ（７０Å）の一部をＮｉＦｅ層の厚さ（ｔ）Åで置換させ、下記表７に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【０１１６】
これらのサンプルについて、上記実験例Ｉと同様に抵抗変化量ΔＲを測定するとともに抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を求めた。
【０１１７】
結果を下記表７に示した。
【０１１８】
【表７】
Figure 0003766565
【０１１９】
表７に示される結果より本発明のサンプルは、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１〜５０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１０〜３０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【０１２０】
実験例 VIII
【０１２１】
下記に示すようなピン止め層５０トップタイプ（図２参照）のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ２Ｏ３付きのＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５０Å）、軟磁性層２０（トータル厚さ８０Å）、非磁性金属層３０（Ｃｕ；厚さ３０Å）、強磁性層４０（ＣｏＦｅ；厚さ３０Å）、ピン止め層５０（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ３００Å）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５０Å）からなるスピンバルブ磁気抵抗効果膜サンプルを作製した。なお、軟磁性層２０については、非磁性金属層３０側からＣｏＦｅ層（厚さ１０Å；Ｃｏ／Ｆｅ重量比＝９０／１０）、ＮｉＦｅ層（厚さｔÅ（表８）；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝８２／１８）、ＮｉＦｅＮｂ5層（厚さ（７０―ｔ）Å(表８)；Ｎｂ含有率５ｗｔ％；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝６．３）の３層積層体構造とし、ＮｉＦｅＮｂ5におけるイニシャルの厚さ（７０Å）の一部をＮｉＦｅ層の厚さ（ｔ）Åで置換させ、下記表８に示すように種々変えたサンプルを作製した。
【０１２２】
これらのサンプルについて、上記実験例Ｉと同様に抵抗変化量ΔＲを測定するとともに抵抗変化量ΔＲの向上率ΔＲup値を求めた。
【０１２３】
結果を下記表８に示した。
【０１２４】
【表８】
Figure 0003766565
【０１２５】
表８に示される結果より本発明のサンプルは、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１〜５０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲの向上が見られ、これに基づく出力の向上が図られることが確認できた。特に、ＮｉＦｅ層の厚さｔ＝１０〜３０Åの範囲で抵抗変化量ΔＲは格段と向上する。
【０１２６】
実験例 IX
【０１２７】
Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅＴａ（１００Å；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝４．６）／Ｔａ（５０Å）積層膜構成を基本構造として考え、ＮｉＦｅＴａ層（１００Å）におけるＴａ含有率を種々変えたサンプルを作製した。
【０１２８】
これらのサンプルについて、磁化曲線より飽和磁束密度（Ｇ）を求め、Ｔａ含有率と飽和磁束密度（Ｇ）との関係をグラフにした。その結果を図９に示した。
【０１２９】
図９に示される結果より、Ｔａの含有率を上げるとともに飽和磁束密度（Ｇ）はだんだんと低下していることがわかる。これによりＴａの含有率を上げるにつれ外部磁界に対する検出感度が向上することがわかる。
【０１３０】
実験例Ｘ
【０１３１】
Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅＮｂ（１００Å；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝４．６）／Ｔａ（５０Å）積層膜構成を基本構造として考え、ＮｉＦｅＮｂ層（１００Å）におけるＮｂ含有率を種々変えたサンプルを作製した。
【０１３２】
これらのサンプルについて、磁化曲線より飽和磁束密度（Ｇ）を求め、Ｎｂ含有率と飽和磁束密度（Ｇ）との関係をグラフにした。その結果を図１０に示した。
【０１３３】
図１０に示される結果より、Ｎｂの含有率を上げるとともに飽和磁束密度（Ｇ）はだんだんと低下していることがわかる。これによりＮｂの含有率を上げるにつれ外部磁界に対する検出感度が向上することがわかる。
【０１３４】
実験例 XI
【０１３５】
Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅＴａ（7０Å；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝４．６）／Ｔａ（５０Å）積層膜構成を基本構造として考え、ＮｉＦｅＴａ層（７０Å）におけるＴａ含有率を種々変えたサンプルを作製した。
【０１３６】
これらのサンプルについて、以下の要領で、ＡＭＲ（anisotropy magnetoresistance）値を求めた。
【０１３７】
（１）ＡＭＲ（％）
【０１３８】
サンプル形状２０μｍ×３０μｍの矩形サンプルの長軸に通電し、短軸方向に磁場を印加した。印加磁場を−４０Ｏｅから＋４０Ｏｅまで変化させ下記式よりＡＭＲ（％）を求めた。
【０１３９】
ＡＭＲ＝（（抵抗の最大値）−（抵抗の最小値））／（抵抗の最小値）×１００
【０１４０】
上記の手法で求めたＡＭＲ値とＴａ含有率との関係をグラフにした。その結果を図１１に示した。
【０１４１】
図１１に示される結果より、Ｔａの含有率を上げるとともにＡＭＲ値はだんだんと低下していることがわかる。ＡＭＲ値の低い軟磁性層(フリー層)を使ったスピンバルブ膜のＭＲカーブは、ＡＭＲカーブの影響を受けにくくなる(影響が少ない)。従って、Ｔａの含有率を上げるにつれ信号の直線性がよくなる、すなわち、磁界の変化に比例した出力電圧を得ることができるようになることがわかる。
【０１４２】
実験例 XII
【０１４３】
次ぎに示すようなＴａ（５０Å）／ＮｉＦｅＮｂ（7０Å；Ｎｉ／Ｆｅ重量比＝４．６）／Ｔａ（５０Å）積層膜構成を基本構造として考え、ＮｉＦｅＮｂ層（７０Å）におけるＴａ含有率を種々変えたサンプルを作製した。
【０１４４】
これらのサンプルについて、上記実験XIと同様にＡＭＲ値を求めた。そして、求めたＡＭＲ値とＮｂ含有率との関係をグラフにした。その結果を図１２に示した。
【０１４５】
図１２に示される結果より、Ｎｂの含有率を上げるとともにＡＭＲ値はだんだんと低下していることがわかる。Ｎｂの含有率を上げるとともにＡＭＲ値はだんだんと低下していることがわかる。ＡＭＲ値の低い軟磁性層(フリー層)を使ったスピンバルブ膜のＭＲカーブは、ＡＭＲカーブの影響を受けにくくなる(影響が少ない)。従って、Ｎｂの含有率を上げるにつれ信号の直線性がよくなる、すなわち、磁界の変化に比例した出力電圧を得ることができるようになることがわかる。
【０１４６】
実験例 XIII
【０１４７】
上記実験例Ｉで作製した各スピンバルブ膜を磁気ヘッドに組み込み、軟磁性層２０の一部を構成するＮｉＦｅＴａ層のＴａ含有率と磁気ヘッド出力との関係を求めた。結果を図１３に示す。図１３に示されるグラフより、ＮｉＦｅＴａ層のＴａ含有は、磁気ヘッド出力の向上に大きく寄与していることが確認できた。
【０１４８】
なお、磁気ヘッドサンプルの評価において、トラック幅１μｍ、センス電流５ｍＡ、メディア磁界２７００Ｏｅとした。
【０１４９】
実験例 XIV
【０１５０】
上記実験例IIで作製した各スピンバルブ膜を磁気ヘッドに組み込み、軟磁性層２０の一部を構成するＮｉＦｅＮｂ層のＮｂ含有率と磁気ヘッド出力との関係を求めた。結果を図１４に示す。図１４に示されるグラフより、ＮｉＦｅＮｂ層のＮｂ含有は、磁気ヘッド出力の向上に大きく寄与していることが確認できた。
【０１５１】
なお、磁気ヘッドサンプルの評価において、トラック幅１μｍ、センス電流５ｍＡ、メディア磁界２７００Ｏｅとした。
【０１５２】
【発明の効果】
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明では、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を構成する軟磁性層は、少なくとも３層積層体から構成され、前記非磁性金属層の側から、実質的にＣｏまたはＣｏＦｅからなる第１の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅＸからなる第２の軟磁性層（ここで、Ｘは、ＴａおよびＮｂの中から選定された少なくとも1種）とを、順次有してなるように構成されているので、信号の検出感度が良く、しかも、磁気ヘッドの出力の向上が図れる。さらには検出信号の直線性も良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、参考例としての磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図２】 図２は、本発明の磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図３】 図３は、参考例としての磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図４】 図４は、本発明の磁気抵抗効果膜の断面図である。
【図５】 図５は、本発明の作用を説明するための磁気抵抗効果膜、特に磁性多層膜の構造の模式図である。
【図６】 図６は、本発明の作用を説明するための磁化曲線とＭＲ曲線の模式図である。
【図７】 図７は、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示す概略斜視図である。
【図８】 図８は、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの磁気抵抗効果膜と電極部との好適な接続状態を示す概略斜視図である。
【図９】 図９は、第２の軟磁性層中のＴａ含有率と飽和磁束密度（Ｇ）との関係を示したグラフである。
【図１０】 図１０は、第２の軟磁性層中のＮｂ含有率と飽和磁束密度（Ｇ）との関係を示したグラフである。
【図１１】 図１１は、第２の軟磁性層中のＴａ含有率とＡＭＲ値との関係を示したグラフである。
【図１２】 図１２は、第２の軟磁性層中のＮｂ含有率とＡＭＲ値との関係を示したグラフである。
【図１３】 図１３は、軟磁性層の一部を構成するＮｉＦｅＴａ層のＴａ含有率と磁気ヘッド出力との関係を示すグラフである。
【図１４】 図１４は、軟磁性層の一部を構成するＮｉＦｅＮｂ層のＮｂ含有率と磁気ヘッド出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…磁性多層膜
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…磁気抵抗効果膜
５…基板
２０…軟磁性層
２１…第１の軟磁性層
２２…第２の軟磁性層
２３…第３の軟磁性層
３０…非磁性金属層
４０…強磁性層
５０…ピン止め層
８０…保護層
９０…記録媒体
９３…記録面
１５０…磁気抵抗効果型ヘッド
２００…磁気抵抗効果膜

Claims (4)

  1. 非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接する面と反対側の面）に形成されたピン止め層とを有する多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜であって、
    前記軟磁性層は、磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変えられるように作用し、
    当該軟磁性層は、少なくとも３層積層体から構成され、前記非磁性金属層の側から、実質的にＣｏまたはＣｏＦｅからなる第１の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅＸからなる第２の軟磁性層（ここで、Ｘは、ＴａおよびＮｂの中から選定された少なくとも1種であり、Ｔａを含有する場合、Ｔａの含有率は５〜２０ｗｔ％；Ｎｂを含有する場合、Ｎｂの含有率は５〜１０ｗｔ％）とを、順次有しており、
    前記第３の軟磁性層の厚さが１０〜３０Åであることを特徴とする磁気抵抗効果膜。
  2. 前記第１の軟磁性層の厚さが５〜１５Åであり、
    前記第２の軟磁性層の厚さが４０〜６０Åである請求項１に記載の磁気抵抗効果膜。
  3. 磁気抵抗効果膜と、導体膜とを有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、
    前記導体膜は、前記磁気抵抗効果膜と導通しており、
    前記磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接する面と反対側の面）に形成されたピン止め層とを有するスピンバルブ多層膜であって、
    前記軟磁性層は、磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変えられるように作用し、
    当該軟磁性層は、少なくとも３層積層体から構成され、前記非磁性金属層の側から、実質的にＣｏまたはＣｏＦｅからなる第１の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅからなる第３の軟磁性層と、実質的にＮｉＦｅＸからなる第２の軟磁性層（ここで、Ｘは、ＴａおよびＮｂの中から選定された少なくとも1種であり、Ｔａを含有する場合、Ｔａの含有率は５〜２０ｗｔ％；Ｎｂを含有する場合、Ｎｂの含有率は５〜１０ｗｔ％）とを、順次有しており、
    前記第３の軟磁性層の厚さが１０〜３０Åであることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
  4. 前記第１の軟磁性層の厚さが５〜１５Åであり、
    前記第２の軟磁性層の厚さが４０〜６０Åである請求項３に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
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