JP3854107B2 - スピンバルブ型薄膜素子及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子に係り、特に、センス電流を適正な方向に流すことにより、固定磁性層の磁化をより安定した状態に保つことが可能なスピンバルブ型薄膜素子及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２８は、従来のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図、図２９は、図２８に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０００３】
符号１は例えばＴａ（タンタル）などで形成された下地層であり、この下地層１の上に反強磁性層２が形成され、さらに前記反強磁性層２の上に固定磁性層３が形成されている。
【０００４】
前記固定磁性層３は前記反強磁性層２に接して形成されることにより、前記固定磁性層３と反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層の磁化は、例えば図示Ｙ方向に固定される。
【０００５】
前記固定磁性層３の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層４が形成され、さらに前記非磁性導電層４の上には、フリー磁性層５が形成されている。なお符号６は、Ｔａなどで形成された保護層である。
【０００６】
図２９に示すように、下地層１から保護層６までの積層体の両側には、例えばＣｏ―Ｐｔ（コバルト―白金）合金で形成されたハードバイアス層７，７、及び導電層８，８が形成されており、例えば、前記ハードバイアス層７が図示Ｘ方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層５の磁化が図示Ｘ方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層５の変動磁化と前記固定磁性層３の固定磁化とが交叉する関係となっている。なお符号６は、Ｔａなどで形成された保護層である。
【０００７】
このスピンバルブ型薄膜素子では、前記導電層８から、センス電流が、図示Ｘ方向あるいは図示Ｘ方向と逆方向に、主に非磁性導電層４を中心にして流れる。そして、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ方向に揃えられた前記フリー磁性層５の磁化が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層３の固定磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したようにセンス電流は、導電層８から主に比抵抗の小さい非磁性導電層４を中心にして流れるが、センス電流を流すことにより、右ネジの法則によってセンス電流磁界が形成され、このセンス電流磁界が、前記固定磁性層３の固定磁化に影響を与えるといった問題がある。
【０００９】
例えば図２８に示すように、固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方向に向けられているが、センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界が、前記固定磁性層３の部分で、図示Ｙ方向と逆方向に向けらていた場合、前記固定磁性層３の固定磁化方向とセンス電流磁界の方向とが一致しないために、前記固定磁化がセンス電流磁界の影響を受けてゆらぎ、磁化状態が不安定化するといった問題がある。
【００１０】
特に、前記反強磁性層２に、ＮｉＯやＦｅＭｎ合金など、固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）が小さく、またブロッキング温度が低い反強磁性材料を使用した場合にあっては、固定磁性層３の固定磁化方向とセンス電流磁界方向とが逆方向の関係になっていると、前記固定磁性層３の固定磁化の劣化が激しく、さらには、前記固定磁化が反転してしまうなどの破壊につながる。
【００１１】
近年では、高記録密度化に対応するために、センス電流を多く流す傾向にあるが、１ｍＡのセンス電流を流すことにより、約３０（Ｏｅ）のセンス電流磁界が発生し、さらに素子温度が約１５℃上昇することが判っており、このため前記センス電流を数十ｍＡ流した場合にあっては、急激な素子温度上昇と、膨大なセンス電流磁界が発生することになる。
【００１２】
このため固定磁性層３の固定磁化の熱的安定性を向上させるために、ブロッキング温度が高く、且つ固定磁性層３との界面で大きな交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生する反強磁性材料を選択することと、前記センス電流を適正な方向に流し、センス電流磁界によって、固定磁性層３の磁化が破壊されないようにする必要性がある。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、特に固定磁性層の構造、及び反強磁性層の材質を改良し、しかもセンス電流を流す方向を適正な方向に制御することにより、前記固定磁性層の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことができるスピンバルブ型薄膜素子及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フリー磁性層の上に形成された上側非磁性導電層と、前記フリー磁性層の下に形成された下側非磁性導電層と、前記上側非磁性材料層の上に形成された上側固定磁性層と、前記下側非磁性導電層の下に形成された下側固定磁性層と、前記上側固定磁性層の上に形成された上側反強磁性層と、前記下側固定磁性層の下に形成された下側反強磁性層と、を有し、
前記上側固定磁性層及び前記下側固定磁性層の固定磁化と交叉する方向にセンス電流が流されることにより、前記上側固定磁性層及び下側固定磁性層の固定磁化方向と前記フリー磁性層の変動磁化との関係によって変化する電気抵抗が検出されるスピンバルブ型薄膜素子において、
前記上側固定磁性層及び前記下側固定磁性層は、前記反強磁性層に接する第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して重ねられる第２の磁性層の積層構造で形成されており、
前記上側固定磁性層と前記下側固定磁性層の一方で、前記第１の磁性層の磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ・膜厚ｔ）は、前記第２の磁性層の磁気モーメントよりも大きく形成され、他方で、前記第１の磁性層の磁気モーメントは、前記第２の磁性層の磁気モーメントよりも小さく形成され、
各前記第１の磁性層は、共に同一方向に固定され、各前記第２の磁性層は前記第１の磁性層に反平行に磁化されて、前記各第２の磁性層は、共に同一方向に固定され、
前記上側固定磁性層の前記第１の磁性層の磁気モーメントと前記第２の磁性層の磁気モーメントとの合成磁気モーメント、および、前記下側固定磁性層の前記第１の磁性層の磁気モーメントと前記第２の磁性層の磁気モーメントとの合成磁気モーメントが、互いに逆方向を向いており、
前記第１の磁性層／前記非磁性中間層／前記第２の磁性層の部分に形成されるセンス電流磁界の方向が、前記フリー磁性層の上下に形成された双方の前記合成磁気モーメントの方向と同一方向となる方向に前記センス電流が流されるものであり、
前記反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、あるいは、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）で形成されることを特徴とするものである。
【００１５】
また前記ＰｔＭｎ合金に代えて、前記反強磁性層は、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）で形成されることが好ましい。
【００１６】
また本発明では、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に形成される非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されることが好ましい。
【００１７】
また本発明における薄膜磁気ヘッドは、上記のいずれかに記載されたスピンバルブ型薄膜素子の上下に、ギャップ層を介してシールド層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明では、スピンバルブ型薄膜素子を構成する固定磁性層が、２層に分断されており、２層に分断された固定磁性層の間に非磁性中間層が形成されている。
【００１９】
この分断された２層の固定磁性層の磁化は、反平行状態に磁化されており、しかも一方の固定磁性層の磁気モーメントの大きさと、他方の固定磁性層の磁気モーメントの大きさとが異なる、いわゆるフェリ状態となっている。２層の固定磁性層間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）は、１０００（Ｏｅ）から５０００（Ｏｅ）と非常に大きいため、２層の固定磁性層は非常に安定した状態で反平行に磁化された状態となっている。
【００２０】
ところで反平行（フェリ状態）に磁化された一方の固定磁性層は、反強磁性層に接して形成されており、この反強磁性層に接する側の固定磁性層（以下、第１の固定磁性層と称す）は、前記反強磁性層との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、例えば記録媒体との対向面から離れる方向（ハイト方向）に磁化が固定される。これにより、前記第１の固定磁性層と非磁性中間層を介して対向する固定磁性層（以下、第２の固定磁性層と称す）の磁化は、前記第１の固定磁性層の磁化と反平行の状態で固定される。
【００２１】
従来では、反強磁性層と固定磁性層との２層で形成していた部分を、本発明では、反強磁性層／第１の固定磁性層／非磁性中間層／第２の固定磁性層の４層で形成することによって、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態を外部磁界に対し非常に安定した状態に保つことが可能となる。
【００２２】
ところで近年では、高記録密度化に伴い、記録媒体の回転数の増加による装置内温度の上昇や、センス電流量の増加による温度上昇及び、センス電流磁界の増大によって、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態が不安定化する恐れがある。
【００２３】
前記センス電流は、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化方向と交叉する方向（フリー磁性層の磁化方向と同一方向、あるいは逆方向）に流されるが、前記センス電流を流すことにより、右ネジの法則によって、センス電流磁界が発生し、このセンス電流磁界は、第１の固定磁性層／非磁性中間層／第２の固定磁性層の部分において、前記第１の固定磁性層（あるいは第２の固定磁性層）の磁化方向と同一方向かあるいは逆方向に侵入してくる。
【００２４】
前述したように、前記第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントは異なる値で形成されており、これによって、前記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化は反平行状態に磁化された状態となっているが、本発明では、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁気モーメントの大きさの相違を利用して、センス電流を適正な方向に流し、センス電流磁界によって、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態を、熱的により安定した状態にできるようにしている。
【００２５】
具体的には、シングルスピンバルブ型薄膜素子において、第１の固定磁性層の磁気モーメントが、第２の固定磁性層の磁気モーメントよりも大きい場合、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントは、第１の固定磁性層の磁気モーメントと同一方向に向いている。
【００２６】
そして本発明では、センス電流を流すことによって、第１の固定磁性層／非磁性中間層／第２の固定磁性層の部分に形成されるセンス電流磁界の方向と、前記合成磁気モーメントの方向とが一致するように、センス電流を流す方向を調整し、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことが可能になる。
【００２７】
さらに本発明では、デュアルスピンバルブ型薄膜素子において、フリー磁性層の上下に形成される合成磁気モーメントを互いに逆方向になるように、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁気モーメント等を調整し、センス電流を流すことによって、フリー磁性層の上下における第１の固定磁性層／非磁性中間層／第２の固定磁性層の部分に形成されるセンス電流磁界の方向と、前記合成磁気モーメントの方向とを一致させ、これによって、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことが可能になる。
【００２８】
また本発明では、センス電流を流す方向の制御の他に様々な条件によって、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態の安定性を向上させている。
【００２９】
まず第１に反強磁性層と第１の固定磁性層との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）を大きくすることである。前述したように反強磁性層との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって第１の固定磁性層の磁化は、ある一定方向に固定されるが、この交換結合磁界が弱いと、第１の固定磁性層の固定磁化が安定せず、外部磁界などにより変動しやすくなってしまう。このため反強磁性層との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）は大きいことが好ましく、本発明では、第１の固定磁性層との界面で大きい交換結合磁界を得ることができる反強磁性層としてＰｔＭｎ合金を提示することができる。またＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ＸはＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ）合金やＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ）合金を使用してもよい。
【００３０】
これら反強磁性材料は、従来から反強磁性材料として使用されているＮｉＯ、ＦｅＭｎ合金やＮｉＭｎ合金などに比べて、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなど、反強磁性材料として優れた特性を有している。
【００３１】
図２６は、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用し、固定磁性層を非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断した本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と、固定磁性層を単層で形成した従来におけるスピンバルブ型薄膜素子とのＲ―Ｈ曲線である。
【００３２】
本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２００）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（７）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（２０）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）であり、従来におけるスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（３００）／固定磁性層；Ｃｏ（２５）／Ｃｕ（２０）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【００３３】
なお本形態及び従来におけるスピンバルブ型薄膜素子共に、成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施した。
【００３４】
図２６に示すように、本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子のΔＭＲ（抵抗変化率）は、最大値で７〜８％の間であり、負の外部磁界を与えることにより、前記ΔＭＲは低下していくが、従来におけるスピンバルブ型薄膜素子のΔＭＲの落ち方に比べて、本形態におけるΔＭＲの落ち方は緩やかであることがわかる。
【００３５】
ここで本形態では、ΔＭＲの最大値の半分の値になる時の外部磁界の大きさをスピンバルブ型薄膜素子が発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）と定める。
【００３６】
図２６に示すように、従来におけるスピンバルブ型薄膜素子では、最大ΔＭＲが、約８％であり、前記ΔＭＲが半分になるときの外部磁界（交換結合磁界（Ｈｅｘ））は、絶対値で約９００（Ｏｅ）であることがわかる。
【００３７】
これに対し、本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子では、最大ΔＭＲが、約７．５％であり、従来に比べて若干低下するものの、前記ΔＭＲが半分になるときの外部磁界（交換結合磁界（Ｈｅｘ））は、絶対値で約２８００（Ｏｅ）であり、従来に比べて非常に大きくなることがわかる。
【００３８】
このように、固定磁性層を２層に分断した本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子にあっては、固定磁性層を１層で形成した従来のスピンバルブ型薄膜素子に比べて、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を飛躍的に大きくでき、固定磁性層の磁化の安定性を従来に比べて向上できることがわかる。またΔＭＲについても本形態では従来に比べてあまり低下せず、高いΔＭＲを保つことができることがわかる。
【００３９】
次に図２７は、４種類のスピンバルブ型薄膜素子を使用して、環境温度と交換結合磁界との関係を示すグラフである。
【００４０】
まず使用する１種目のスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を用い、固定磁性層を２層に分断した本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子であり、膜構成としては、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２００）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（７）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（２０）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（７０）／Ｔａ（３０）である。
【００４１】
２種類目は、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例１であり、膜構成としては、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（３００）／固定磁性層；Ｃｏ（２５）／Ｃｕ（２５）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（７０）／Ｔａ（３０）である。
【００４２】
３種類目は、反強磁性層にＮｉＯを使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例２であり、膜構成としては、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／反強磁性層；ＮｉＯ（５００）／固定磁性層；Ｃｏ（２５）／Ｃｕ（２５）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（７０）／Ｔａ（３０）である。
【００４３】
４種類目は、反強磁性層にＦｅＭｎ合金を使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例３であり、膜構成としては、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／ＮｉＦｅ（７０）／Ｃｏ（１０）／Ｃｕ（２５）／固定磁性層；Ｃｏ（２５）／反強磁性層；ＦｅＭｎ（１５０）／Ｔａ（３０）である。なお、上述した４種類全ての膜構成の括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【００４４】
また反強磁性層にＰｔＭｎを用いた本形態及び従来例１では、成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２６０℃で４時間の熱処理を施している。また、反強磁性層にＮｉＯ、ＦｅＭｎを使用した従来例２，３では成膜後、熱処理を施していない。
【００４５】
図２７に示すように本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子では、環境温度が約２０℃のとき交換結合磁界（Ｈｅｘ）は約２５００（Ｏｅ）と非常に高くなっていることがわかる。
【００４６】
これに対し、反強磁性層にＮｉＯを用いた従来例２、及び反強磁性層にＦｅＭｎを用いた従来例３では、環境温度が約２０℃でも交換結合磁界（Ｈｅｘ）が約５００（Ｏｅ）以下と低くなっている。また反強磁性層にＰｔＭｎを用い、固定磁性層を単層で形成した従来例１にあっては、環境温度が約２０℃で１０００（Ｏｅ）程度の交換結合磁界を発生しており、反強磁性層にＮｉＯ（従来例２）、ＦｅＭｎ（従来例３）を用いるよりも、より大きな交換結合磁界を得られることがわかる。
【００４７】
特開平９―１６９２０号公報では、反強磁性層にＮｉＯを使用し、固定磁性層を非磁性中間層を介して２層で形成したスピンバルブ型薄膜素子のＲ―Ｈ曲線が図８に示されている。公報の図８によれば、６００（Ｏｅ）の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得られるとしているが、この数値は、反強磁性層にＰｔＭｎを使用し、固定磁性層を単層で形成した場合の交換結合磁界（約１０００（Ｏｅ）；従来例１）に比べて低いことがわかる。
【００４８】
すなわち、反強磁性層にＮｉＯを使用した場合にあっては、固定磁性層を２層に分断し、前記２層の固定磁性層の磁化をフェリ状態にしても、反強磁性層にＰｔＭｎを使用し、且つ固定磁性層を単層で形成する場合よりも、交換結合磁界は低くなってしまうため、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用することが、より大きい交換結合磁界を得ることができる点で好ましいとわかる。
【００４９】
また図２７に示すように、反強磁性層にＮｉＯあるいはＦｅＭｎ合金を使用した場合、環境温度が約２００℃になると、交換結合磁界は０（Ｏｅ）になってしまうことがわかる。これは、前記ＮｉＯ及びＦｅＭｎのブロッキング温度が約２００℃程度と低いためである。
【００５０】
これに対し反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用した従来例１では、環境温度が約４００℃になって、交換結合磁界が０（Ｏｅ）になっており、前記ＰｔＭｎ合金を使用すると、固定磁性層の磁化状態を熱的に非常に安定した状態に保てることがわかる。
【００５１】
ブロッキング温度は反強磁性層として使用される材質に支配されるので、図２７に示す本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子においても、約４００℃になると、交換結合磁界は０（Ｏｅ）になると考えられるが、本形態のように反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用した場合では、ＮｉＯなどに比べ高いブロッキング温度を得ることが可能であり、しかも固定磁性層を２層に分断して前記２層の固定磁性層の磁化をフェリ状態にすれば、ブロッキング温度に到達するまでの間に非常に大きい交換結合磁界を得ることができ、前記２層の固定磁性層の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことが可能となる。
【００５２】
また本形態では第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に形成されている非磁性中間層として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上を使用し、前記非磁性中間層の膜厚を、反強磁性層がフリー磁性層よりも下側に形成される場合と、上側に形成される場合とで変えており、適正な範囲内の膜厚で前記非磁性中間層を形成することにより、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることができる。なお前記非磁性中間層の適切な膜厚値については、後でグラフを参照しながら詳述する。
【００５３】
さらに本形態によれば、固定磁性層を２層に分断して形成すれば、ＰｔＭｎ合金などで形成される反強磁性層の膜厚を薄くしても大きい交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能であり、スピンバルブ型薄膜素子の膜構成の中で最も厚い膜厚を有していた反強磁性層を薄くできることで、前記スピンバルブ型薄膜素子全体の総合膜厚を薄くできる。反強磁性層を薄く形成できることで、前記スピンバルブ型薄膜素子の上下に形成されるギャップ層の膜厚を、絶縁性を充分に保つことができる程度に厚くしても、スピンバルブ型薄膜素子の下側に形成されたギャップ層から、スピンバルブ型薄膜素子の上側に形成されたギャップ層までの距離、すなわちギャップ長を短くでき、狭ギャップ化に対応することが可能となっている。
【００５４】
ところで本形態のように、固定磁性層を、非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断した場合、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の膜厚を同じ値で形成すると、交換結合磁界（Ｈｅｘ）、及びΔＭＲ（抵抗変化率）が極端に低下することが実験によりわかった。第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚を同じ膜厚で形成すると、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態が反平行（フェリ状態）になり難くなるためであると推測され、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態が反平行状態でないために、フリー磁性層の変動磁化との相対角度を適正に制御できなくなってしまう。
【００５５】
そこで本形態では、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層とを同じ膜厚で形成せず、異なる膜厚で形成することによって、大きい交換結合磁界が得られ、同時にΔＭＲを従来と同程度まで高くすることが可能となっている。なお第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の膜厚比については、後でグラフを参照して詳述する。
【００５６】
以上のように本形態では、固定磁性層を非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断し、さらに反強磁性層としてＰｔＭｎ合金など、前記第１の固定磁性層との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発揮する反強磁性材料を使用することによって、スピンバルブ型薄膜素子全体の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることができ、第１の固定磁性層と、第２の固定磁性層の磁化を熱的に安定した反平行状態（フェリ状態）に保つことが可能となっている。
【００５７】
特に本形態では、センス電流を流す方向を適正な方向に制御することにより、センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントの方向とを一致させ、これにより、より前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態を、熱的に安定した状態に保ことが可能になる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
図１は参考例のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図、図２は図１のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【００５９】
このスピンバルブ型薄膜素子の上下には、ギャップ層を介してシールド層が形成されており、前記スピンバルブ型薄膜素子、ギャップ層、及びシールド層で、再生用の薄膜磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が構成されている。なお前記再生用の薄膜磁気ヘッドの上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
【００６０】
前記薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００６１】
図１，２に示すスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるシングルスピンバルブ型薄膜素子であり、最も下に形成された層は、Ｔａなどの非磁性材料で形成された下地層１０である。図１，２では前記下地層１０の上に、反強磁性層１１が形成され、前記反強磁性層１１の上に、第１の固定磁性層１２が形成されている。そして図１に示すように前記第１の固定磁性層１２の上には非磁性中間層１３が形成され、さらに前記非磁性中間層１３の上に第２の固定磁性層１４が形成されている。
【００６２】
前記第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４は、例えばＣｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成されている。
【００６３】
また本形態では、前記反強磁性層１１は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。また本形態では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。
【００６４】
ところで図１に示す第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４に示されている矢印は、それぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表しており、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で決定される。
【００６５】
図１に示す第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４とは同じ材質、例えばＣｏ膜で形成され、しかも第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２が、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１よりも大きく形成されているために、第２の固定磁性層１４の方が第１の固定磁性層１２に比べ磁気モーメントが大きくなっている。なお、本形態では、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４が異なる磁気モーメントを有することを必要としており、従って、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１が第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２より厚く形成されていてもよい。
【００６６】
図１に示すように第１の固定磁性層１２は図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に磁化されており、非磁性中間層１３を介して対向する第２の固定磁性層１４の磁化は前記第１の固定磁性層１２の磁化方向と反平行に磁化されている。
【００６７】
第１の固定磁性層１２は、反強磁性層１１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層１２と反強磁性層１１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図１に示すように、前記第１の固定磁性層１２の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層１２の磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１２を介して対向する第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁性層１２の磁化と反平行の状態で固定される。
【００６８】
本形態では、前記第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１と、第２の固定磁性層１４の膜厚比ｔ_Ｐ２を適正化しており、（第１の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば交換結合磁界を大きくできるが、上記範囲内においても第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との膜厚自体が厚くなると、交換結合磁界は低下する傾向にあるため、本形態では、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の膜厚を適正化している。
【００６９】
本形態では、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２が１０〜７０オングストロームの範囲内で、且つ第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２オングストローム以上であることが好ましい。
【００７０】
上記範囲内で適正に膜厚比、及び膜厚を調節すれば、少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。ここで交換結合磁界とは、最大ΔＭＲ（抵抗変化率）の半分のΔＭＲとなるときの外部磁界の大きさのことであり、前記交換結合磁界（Ｈｅｘ）は、反強磁性層１１と第１の固定磁性層１２との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）や第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との間で発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）などのすべての磁界を含めた総合的なものである。
【００７１】
また本形態では、前記（第１の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２は共に１０〜５０オングストロームの範囲内であり、しかも第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２を引いた絶対値は２オングストローム以上であることが好ましい。上記範囲内で、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の膜厚比、及び第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２を適正に調節すれば、少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【００７２】
また上記範囲内の、膜厚比及び膜厚であれば交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると同時に、ΔＭＲ（抵抗変化率）も従来と同程度に高くすることが可能である。
【００７３】
交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層１２の磁化と第２の固定磁性層１４の磁化を安定して反平行状態に保つことが可能であり、特に本形態では反強磁性層１１としてブロッキング温度が高く、しかも第１の固定磁性層１２との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるＰｔＭｎ合金を使用することで、前記第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【００７４】
ところで、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４とが同じ材質で形成され、しかも前記第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との膜厚が同じ値であると、交換結合磁界（Ｈｅｘ）及びΔＭＲは極端に低下することが実験により確認されている。
【００７５】
これは、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_Ｐ１（磁気モーメント）と、第２の固定磁性層１４のＭｓ・ｔ_Ｐ２（磁気モーメント）とが同じ値である場合、前記第１の固定磁性層１２の磁化と第２の固定磁性層１４の磁化とが反平行状態にならず、前記磁化の方向分散量（様々な方向に向いている磁気モーメント量）が多くなることにより、後述するフリー磁性層１６の磁化との相対角度を適正に制御できないからである。
【００７６】
こうした問題を解決するためには、第１に第１の固定磁性層１２と、第２の固定磁性層１４のＭｓ・ｔを異なる値にすること、すなわち第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４とが同じ材質で形成される場合には、前記第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４を異なる膜厚で形成する必要がある。
【００７７】
本形態では、前述したように、第１の固定磁性層１２と、第２の固定磁性層１４の膜厚比を適正化しているが、その膜厚比の中で、前記第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２とがほぼ同じ値になる場合、具体的には、０．９５〜１．０５の範囲内の膜厚比を適正な範囲から除外している。
【００７８】
次に、本形態のように、反強磁性層１１にＰｔＭｎ合金など、成膜後に磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、第１の固定磁性層１２との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させる反強磁性材料を使用した場合には、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４のＭｓ・ｔを異なる値に設定しても、熱処理中の印加磁場の方向、及びその大きさを適正に制御しないと、第１の固定磁性層１２の磁化及び第２の固定磁性層１４の磁化に方向分散量が多くなったり、あるいは前記磁化を向けたい方向に適正に制御できない。
【００７９】
【表１】

【００８０】
表１では、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_Ｐ１が、第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きい場合に、熱処理中の磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化がどの方向に向くかを表している。
【００８１】
表１の（１）では、熱処理中の磁場の方向を図示左側に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）与えている。この場合、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_Ｐ１の方が、第２の固定磁性層１４のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きいために、支配的な第１の固定磁性層１２の磁化が、印加磁場方向にならって図示左方向に向き、第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁性層１２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、反平行状態になろうとする。
【００８２】
表１の（２）では、右方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場を印加すると、支配的な第１の固定磁性層１２の磁化が、印加磁場方向にならって右方向に向き、第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁性層１２の磁化に対して反平行になる。
【００８３】
表１の（３）では、右方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を与えると、まず支配的な第１の固定磁性層１２の磁化は、印加磁場方向にならって右方向に向く。ところで、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）は、１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）程度であるので、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場が印加されると、第２の固定磁性層１４もその印加磁場方向、すなわち図示右方向に向く。同様に、表１の（４）では左方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加すると、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化は共に、図示左方向に向く。
【００８４】
【表２】

【００８５】
表２では、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_Ｐ１が、第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ２も小さい場合に、熱処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化がどの方向に向くかを表している。
【００８６】
表２の（１）では、図示左方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場を与えると、Ｍｓ・ｔ_Ｐ２の大きい第２の固定磁性層１４の磁化が支配的になり、前記第２の固定磁性層１４の磁化が、印加磁場方向にならって、図示左方向に向く。第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の間の交換結合（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層１２の磁化は、前記第２の固定磁性層１４の磁化に対して反平行になる。同様に、表２の（２）では、図示右方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場を与えると、支配的な第２の固定磁性層１４の磁化が図示右方向に向き、第１の固定磁性層１２の磁化は図示左方向に向く。
【００８７】
表２の（３）では、図示右方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を与えると、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の間の交換結合（ＲＫＫＹ相互作用）以上の磁場が印加されることにより、前記第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化が共に、図示右方向に向く。表２の（４）では、図示左方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加されると、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化が共に図示左方向を向く。
【００８８】
ここで、例えば第１の固定磁性層１２の磁化を図示右方向に向けようとする場合に、適正な熱処理中の磁場方向及びその大きさは、表１における（２）（３）及び表２における（１）（３）である。
【００８９】
表１（２）（３）では共に、Ｍｓ・ｔ_Ｐ１の大きい第１の固定磁性層１２の磁化は、熱処理中における右方向の印加磁場の影響を受けて、右方向に向き、このとき、熱処理によって発生する反強磁性層１１との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、前記第１の固定磁性層１２の磁化が右方向に固定される。表１（３）では、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を取り除くと、第２の固定磁性層１４は、第１の固定磁性層１２との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第２の固定磁性層１４の磁化は反転し、左方向に向く。
【００９０】
同様に表２（１）（３）では、右方向に向けられた第１の固定磁性層１２の磁化は、反強磁性層１１との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、右方向に固定される。表２（３）では、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を取り除くと、第２の固定磁性層１４は、第１の固定磁性層１２との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第２の固定磁性層１４の磁化は反転し、左方向に固定される。
【００９１】
ところで表１及び表２に示すように、熱処理中に印加される磁場の大きさは、１００〜１ｋ（Ｏｅ）、あるいは５ｋ（Ｏｅ）以上であり、１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）の範囲の磁場の大きさを適正な範囲から外している。これは次のような理由による。
【００９２】
磁場を与えることによって、Ｍｓ・ｔの大きい固定磁性層の磁化は、その磁場方向に向こうとする。ところが、熱処理中の磁場の大きさが１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）の間であると、Ｍｓ・ｔの小さい固定磁性層の磁化までが、磁場の影響を強く受けて、その磁場方向に向こうとする。このため、固定磁性層間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって反平行になろうとする２層の固定磁性層の磁化が、強い磁場の影響を受けて反平行にはならず、前記固定磁性層の磁化が、様々な方向に向こうとする、いわゆる磁化分散量が多くなり、２層の固定磁性層の磁化を適正に反平行状態に磁化することができなくなる。従って、本形態では１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）の磁場の大きさを、適正な範囲から外している。なお熱処理中の磁場の大きさを１００（Ｏｅ）以上としたのは、この程度の磁場を与えないと、Ｍｓ・ｔの大きい固定磁性層の磁化を、その印加磁場方向に向けることができないからである。
【００９３】
なお上述した熱処理中の磁場の大きさ及びその方向の制御方法は、熱処理を必要とする反強磁性層１１を使用した場合であれば、どのような反強磁性材料を使用した場合であっても適用でき、例えば従来から反強磁性層１１として用いられているＮｉＭｎ合金などを使用した場合でも適用可能である。
【００９４】
以上のように本形態では、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との膜厚比を適正な範囲内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保つことができ、しかもΔＭＲ（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能である。
【００９５】
さらに熱処理中の磁場の大きさ及びその方向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化方向を、得たい方向に制御することが可能になる。
【００９６】
ところで前述したように磁気モーメント（磁気的膜厚）は、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積によって求めることができ、例えば、バルク固体のＮｉＦｅであると、飽和磁化Ｍｓは、約１．０Ｔ（テスラ）であり、バルク固体のＣｏであると、飽和磁化Ｍｓは約１．７Ｔであることが知られている。従って、前記ＮｉＦｅ膜の膜厚が３０オングストロームである場合、前記ＮｉＦｅ膜の磁気的膜厚は、３０オングストローム・テスラとなる。外部から磁界を加えたときの強磁性膜の静磁エネルギーは、磁気的膜厚と外部磁界との掛け合わせに比例するため、磁気的膜厚の大きい強磁性膜と磁気的膜厚の小さい強磁性膜が非磁性中間層を介してＲＫＫＹ相互作用によりフェリ状態になっている場合、磁気的膜厚の大きい方の強磁性膜が、外部磁界の方向を向きやすくなるわけである。
【００９７】
しかしながら、タンタル（Ｔａ）やルテニウム（Ｒｕ）、銅（Ｃｕ）等の非磁性膜と積層接触した強磁性膜の場合や、ＰｔＭｎ膜などの反強磁性層と積層接触した強磁性膜の場合、非磁性膜原子や反強磁性膜原子と強磁性膜原子（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）が直接触れ合うため、非磁性膜や反強磁性膜との界面付近の強磁性膜の飽和磁化Ｍｓが、バルク固体の飽和磁化Ｍｓよりも小さくなることが知られている。更に、強磁性膜と非磁性膜、反強磁性層の積層多層膜に熱処理が施されると、前記熱処理によって界面拡散が進行し、強磁性膜の飽和磁化Ｍｓに膜厚方向の分布が生じることが知られている。すなわち、非磁性膜や反強磁性層に近い場所の飽和磁化Ｍｓは小さく、非磁性膜や反強磁性膜との界面から離れるに従って飽和磁化Ｍｓがバルク固体の飽和磁化Ｍｓに近づくという現象である。
【００９８】
非磁性膜や反強磁性層に近い場所の強磁性膜の飽和磁化Ｍｓの減少は、非磁性膜の材料、反強磁性層の材料、強磁性膜の材料や積層順序、熱処理温度等に依存するため、正確には、それぞれの特定された条件において求めなければならないことになる。本形態における磁気的膜厚とは、非磁性膜や反強磁性層との熱拡散によって生じた飽和磁化Ｍｓの減少量も考慮して算出した値である。
【００９９】
ＰｔＭｎ膜と強磁性膜との界面で交換結合磁界を得るためには、熱処理によりＰｔＭｎ膜と強磁性膜との界面で拡散層を形成することが必要であるが、拡散層の形成に伴う強磁性膜の飽和磁化Ｍｓの減少は、ＰｔＭｎ膜と強磁性膜の積層順序に依存することになる。
【０１００】
特に図１に示すように、反強磁性層１１がフリー磁性層１６よりも下側に形成されている場合にあっては、前記反強磁性層１１と第１の固定磁性層１２との界面に熱拡散層が発生しやすく、このため前記第１の固定磁性層１２の磁気的な膜厚は、実際の膜厚ｔ_Ｐ１に比べて小さくなっている。しかし前記第１の固定磁性層１２の磁気的な膜厚が小さくなりすぎると、第２の固定磁性層１４との磁気的膜厚（磁気モーメント）差が大きくなりすぎ、前記第１の固定磁性層１２に占める熱拡散層の割合が増えることにより、交換結合磁界の低下につながるといった問題がある。
【０１０１】
すなわち本形態のように、第１の固定磁性層１２との界面で交換結合磁界を発生されるために熱処理を必要とする反強磁性層１１を使用し、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の磁化状態をフェリ状態にするためには、前記第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の膜厚の適正化のみならず、前記第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚の適正化を行わないと、安定した磁化状態を保つことができない。
【０１０２】
前述したように、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の膜厚比と同じように、（第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚）／（第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。また本形態では、第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚及び第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚から第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１０３】
また（第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚）／（第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚と第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚から第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚を引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１０４】
次に、図１に示す第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との間に介在する非磁性中間層１３に関して説明する。
【０１０５】
本形態では、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との間に介在する非磁性中間層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【０１０６】
本形態では、反強磁性層１１が後述するフリー磁性層１６よりも下側に形成されているか、あるいは上側に形成されているかで、適正な前記非磁性中間層１３の膜厚値を変えている。
【０１０７】
図１に示すようにフリー磁性層１６よりも下側に反強磁性層１１が形成されている場合の前記非磁性中間層１３の膜厚は、３．６〜９．６オングストロームの範囲内で形成されることが好ましい。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。
【０１０８】
また前記非磁性中間層１３の膜厚は、４〜９．４オングストロームの範囲内で形成されると、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができるのでより好ましい。
【０１０９】
非磁性中間層１３の膜厚が上述した寸法以外の寸法で形成されると、交換結合磁界が極端に低下することが実験により確認されている。すなわち、上記寸法以外の寸法により前記非磁性中間層１３が形成されると、前記第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との磁化が反平行状態（フェリ状態）になりにくくなり、前記磁化状態が不安定化するといった問題がある。
【０１１０】
図１に示すように、第２の固定磁性層１４の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層１５が形成され、さらに前記非磁性導電層１５の上にフリー磁性層１６が形成されている。図１に示すようにフリー磁性層１６は、２層で形成されており、前記非磁性導電層１５に接する側に形成された符号１７の層はＣｏ膜で形成されている。またもう一方の層１８は、ＮｉＦｅ合金や、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。なお非磁性導電層１５に接する側にＣｏ膜の層１７を形成する理由は、Ｃｕで形成された前記非磁性導電層１５との界面での金属元素等の拡散を防止でき、また、ΔＭＲ（抵抗変化率）を大きくできるからである。なお符号１９はＴａなどで形成された保護層である。
【０１１１】
また図２に示すように、下地層１０から保護層１９までの積層体の両側には、例えばＣｏ―Ｐｔ合金やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金などで形成されたハードバイアス層１３０及びＣｕやＣｒで形成された導電層１３１が形成されており、前記ハードバイアス層のバイアス磁界の影響を受けて、前記フリー磁性層１６の磁化は、図示Ｘ方向に磁化された状態となっている。
【０１１２】
図１におけるスピンバルブ型薄膜素子では、前記導電層からフリー磁性層１６、非磁性導電層１５、及び第２の固定磁性層１４にセンス電流が与えられる。記録媒体から図１に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１６の磁化は図示Ｘ方向からＹ方向に変動し、このときの非磁性導電層１５とフリー磁性層１６との界面、及び非磁性導電層１５と第２の固定磁性層１４との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１１３】
ところで前記センス電流は、実際には、第１の固定磁性層１２と非磁性中間層１３の界面などにも流れる。前記第１の固定磁性層１２はΔＭＲに直接関与せず、前記第１の固定磁性層１２は、ΔＭＲに関与する第２の固定磁性層１４を適正な方向に固定するための、いわば補助的な役割を担った層となっている。このため、センス電流が、第１の固定磁性層１２及び非磁性中間層１３に流れることは、シャントロス（電流ロス）になるが、このシャントロスの量は非常に少なく、本形態では、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得ることが可能となっている。
【０１１４】
ところで本形態では、固定磁性層を非磁性中間層１３を介して第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の２層に分断することにより、反強磁性層１１の膜厚を薄くしても、大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）、具体的には５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得られることが実験によりわかった。
【０１１５】
従来、シングルスピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層１１としてＰｔＭｎ合金を使用した場合に、少なくとも２００オングストローム以上の膜厚を確保しなければ、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができなかったが、本形態では、前記反強磁性層１１を少なくとも９０オングストローム以上で形成すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また前記膜厚を１００オングストローム以上にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。なお前記反強磁性層１１の膜厚の数値範囲は、シングルスピンバルブ型薄膜素子の場合であり、反強磁性層が、フリー磁性層の上下に形成される、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合には、若干適正な膜厚範囲が異なる。デュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合については後述する。
【０１１６】
このように本形態によれば、スピンバルブ型薄膜素子の中で最も大きな膜厚を有していた反強磁性層１１を従来に比べて半分以下の膜厚で形成できることで、スピンバルブ型薄膜素子全体の膜厚を薄くすることが可能である。
【０１１７】
図１３はスピンバルブ型薄膜素子が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１１８】
符号１２０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形成された下部シールド層であり、この下部シールド層１２０の上に下部ギャップ層１２１が形成されている。また前記下部ギャップ層１２１の上は、本形態におけるスピンバルブ型薄膜素子１２２が形成されており、前記スピンバルブ型薄膜素子１２２の両側にハードバイアス層１２３、及び導電層１２４が形成されている。さらに前記導電層１２４の上には、上部ギャップ層１２５が形成され、前記上部ギャップ層１２５の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成された上部シールド層１２６が形成されている。
【０１１９】
前記下部ギャップ層１２３及び上部ギャップ層１２５は、例えばＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）などの絶縁材料によって形成されている。図１３に示すように、下部ギャップ層１２１から上部ギャップ層１２５までの長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０１２０】
本形態では前述したように、反強磁性層１１の膜厚を薄くできることで、スピンバルブ型薄膜素子１２２全体の厚さを薄くできるため、前記ギャップ長Ｇｌを短くすることが可能である。また下部ギャップ層１２１及び上部ギャップ層１２５の膜厚を比較的厚くしても、ギャップ長Ｇｌを従来に比べて小さくすることができ、また下部ギャップ層１２１及び上部ギャップ層１２５を厚く形成することで、絶縁性を充分に確保することができる。
【０１２１】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子は、まず下から下地層１０、反強磁性層１１、第１の固定磁性層１２、非磁性中間層１３、第２の固定磁性層１４、非磁性導電層１５、フリー磁性層１６、及び保護層１９を成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール（熱処理）を施す。
【０１２２】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_Ｐ１が、第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_Ｐ２に比べ薄く形成されており、第１の固定磁性層１２の磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）の方が、第２の固定磁性層１４の磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）に比べて小さく設定されている。
【０１２３】
この場合、前記第１の固定磁性層１４の磁化を向けたい方向と逆の方向に、１００〜１０００（Ｏｅ）の磁場を印加するか、あるいは磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加する。
【０１２４】
図１に示すように、第１の固定磁性層１２の磁化を図示Ｙ方向に固定したい場合には、前述した表２を参照することにより、図示Ｙ方向と逆の方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）（表２（１）参照）の磁場を印加するか、あるいはＹ方向（表２（３）参照）に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加すればよいことがわかる。
【０１２５】
Ｙ方向と逆の方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場を与えることで、磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）が大きい第２の固定磁性層１４の磁化がＹ方向と逆の方向に磁化され、前記第２の固定磁性層との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって反平行に磁化されようとする第１の固定磁性層１２の磁化が図示Ｙ方向に向き、前記反強磁性層１１との界面に発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、前記第１の固定磁性層１２の磁化が図示Ｙ方向に固定される。第１の固定磁性層１２の磁化が図示Ｙ方向に固定されることにより、第２の固定磁性層１４の磁化が、第１の固定磁性層１２の磁化と反平行に固定される。
【０１２６】
あるいは図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を与えると、第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化が共に図示Ｙ方向に磁化され、第１の固定磁性層１２の磁化が、反強磁性層１１との界面に発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって図示Ｙ方向に固定される。５ｋ（Ｏｅ）以上の印加磁場を取り去ると、第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁性層１２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって反転し、図示Ｙ方向と反対方向に固定される。
【０１２７】
あるいは、第１の固定磁性層１２の磁気モーメントが、第２の固定磁性層１４の磁気モーメントよりも大きい場合には、前記第１の固定磁性層１２の磁化を向けたい方向に、１００〜１０００（Ｏｅ）または５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加する。
【０１２８】
なお、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子は、再生用ヘッド（薄膜磁気ヘッド）を構成する最も重要な箇所であり、まず、磁性材料製の下部シールド層上にギャップ層を形成した後、前記スピンバルブ型薄膜素子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の上にギャップ層を介して上部シールド層を形成すると、再生用ヘッド（ＭＲヘッド）が完成する。なお前記再生用ヘッド上に、磁性材料製のコアとコイルとを有する記録用のインダクティブヘッドを積層してもよい。この場合、前記上部シールド層を、インダクティブヘッドの下部コア層として兼用することが好ましい。なお、図３以降のスピンバルブ型薄膜素子は、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子と同様に、その上下にシールド層が形成されている。
【０１２９】
図３は、参考例のスピンバルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、図４は、図３に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１３０】
このスピンバルブ型薄膜素子は、図１のスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を逆にして形成したシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
【０１３１】
すなわち、図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下から下地層１０、ＮｉＦｅ膜２２、Ｃｏ膜２３（ＮｉＦｅ膜２２とＣｏ膜２３を合わせてフリー磁性層２１）、非磁性導電層２４、第２の固定磁性層２５、非磁性中間層２６、第１の固定磁性層２７、反強磁性層２８、及び保護層２９の順で積層されている。
【０１３２】
なお前記反強磁性層２８は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましく、あるいはＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。
【０１３３】
このスピンバルブ型薄膜素子においても、前記第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_Ｐ１と、第２の固定磁性層２５の膜厚比ｔ_Ｐ２は、（第１の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内である。しかも、第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層２５の膜厚ｔ_Ｐ２が１０〜７０オングストロームの範囲内で、且つ第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層２５の膜厚ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２オングストローム以上であることが好ましい。さらに好ましくは、第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層２５の膜厚ｔ_Ｐ２が１０〜５０オングストロームの範囲内で、且つ第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層２５の膜厚ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２オングストローム以上である。
【０１３４】
前述したように、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の膜厚比と同じように、（第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。また本形態では、第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１３５】
また（第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１３６】
次に図３に示す第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５との間に介在する非磁性中間層２６は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【０１３７】
本形態では図３に示すように、フリー磁性層２１よりも上側に反強磁性層２８が形成されている場合、前記非磁性中間層２６の膜厚は、２．５〜６．４オングストローム、あるいは６．６〜１０．７オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができる。
【０１３８】
また本形態では、前記非磁性中間層２６の膜厚は、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．８〜１０．３オングストロームの範囲内であることがより好ましい。この範囲内であると、少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１３９】
また、前記反強磁性層２８を少なくとも９０オングストローム以上で形成すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また前記膜厚を１００オングストローム以上にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１４０】
図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_Ｐ１は、第２の固定磁性層２５の膜厚ｔ_Ｐ２と異なる値で形成され、例えば前記第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_Ｐ１の方が、第２の固定磁性層２５の膜厚ｔ_Ｐ２よりも厚く形成されている。また前記第１の固定磁性層２７の磁化が、図示Ｙ方向に磁化され、前記第２の固定磁性層２５の磁化は図示Ｙ方向と逆の方向に磁化されて、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５磁化はフェリ状態となっている。図３に示す第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の磁化方向の制御方法について以下に説明する。
【０１４１】
まず図３に示す各層をスパッタ法などによって成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール（熱処理）を施す。
【０１４２】
第１の固定磁性層２７のＭｓ・ｔ_Ｐ１（磁気モーメント）が、第２の固定磁性層２５のＭｓ・ｔ_Ｐ２（磁気モーメント）よりも大きい場合には、前記第１の固定磁性層２７の磁化を向けたい方向に１００〜１０００（Ｏｅ）または５ｋ（Ｏｅ）の磁場を印加すればよい。
【０１４３】
図３に示すように、Ｍｓ・ｔ_Ｐ１の大きい第１の固定磁性層２７を図示Ｙ方向に向けようとすると、前述した表１を参照することにより、図示Ｙ方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）（表１（２）参照）、あるいは図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上（表１（３）参照）の磁場を熱処理中に印加する。
【０１４４】
図示Ｙ方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場を与えることにより、Ｍｓ・ｔ_Ｐ１の大きい第１の固定磁性層２７の磁化は、図示Ｙ方向に向き、第２の固定磁性層２５の磁化は反平行状態になろうとする。そして、前記第１の固定磁性層２７と反強磁性層２８との界面に発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、前記第１の固定磁性層２７の磁化は図示Ｙ方向に固定され、これにより、第２の固定磁性層２５の磁化が図示Ｙ方向と反対の方向に固定されるのである。
【０１４５】
あるいは図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を与えると、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）よりも大きな磁場が印加されることにより、第１の固定磁性層２７及び第２の固定磁性層２５の磁化が共に図示Ｙ方向に磁化され、前記第１の固定磁性層２７の磁化は、反強磁性層２８との界面に発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって図示Ｙ方向に固定される。一方、第２の固定磁性層２５の磁化は、印加磁場を取り去ることにより、第１の固定磁性層２７との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって反転し、前記第１の固定磁性層２７の磁化と反平行状態になって固定される。
【０１４６】
あるいは第１の固定磁性層２７の磁気モーメントが第２の固定磁性層２５の磁気モーメントよりも小さい場合には、第１の固定磁性層２７の磁化を向けたい方向と逆の方向に１００〜１０００（Ｏｅ）の磁場を印加し、または磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加する。
【０１４７】
なお図４に示すように、下地層１０から保護層２９までの積層体の両側には、ハードバイアス層１３０と導電層１３１が形成されており、前記ハードバイアス層１３０が図示Ｘ方向に磁化されていることによって、フリー磁性層２１の磁化が図示Ｘ方向に揃えられている。
【０１４８】
図５は、本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、図６は図５に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１４９】
このスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心としてその上下に非磁性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層のこの３層の組合わせが２組存在するためシングルスピンバルブ型薄膜素子に比べて大きなΔＭＲを期待でき、高密度記録化に対応できるものとなっている。
【０１５０】
図５に示すスピンバルブ型薄膜素子は、下から下地層３０、反強磁性層３１、第１の固定磁性層（下）３２、非磁性中間層（下）３３、第２の固定磁性層（下）３４、非磁性導電層３５、フリー磁性層３６（符号３７，３９はＣｏ膜、符号３８はＮｉＦｅ合金膜）、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４、及び保護層４５の順で積層されている。なお図６に示すように、下地層３０から保護層４５までの積層体の両側には、ハードバイアス層１３０と導電層１３１が形成されている。
【０１５１】
図５に示すスピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層３１，４４は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましく、あるいはＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。
【０１５２】
このスピンバルブ型薄膜素子においても、前記第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_Ｐ１と、第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_Ｐ２との膜厚比、及び第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層４１（上）の膜厚ｔ_Ｐ２との膜厚比（第１の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。さらには、膜厚比が上記範囲内であり、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の膜厚ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の膜厚ｔ_Ｐ２が１０〜７０オングストロームの範囲内で、且つ第１の固定磁性層３２，４３の膜厚ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層３４，４１の膜厚ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２オングストローム以上であると、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１５３】
また本形態では、（第１の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましく、さらには、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の膜厚ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の膜厚ｔ_Ｐ２が１０〜５０オングストロームの範囲内で、且つ第１の固定磁性層３２，４３の膜厚ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層３４，４１の膜厚ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２オングストローム以上であれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０１５４】
ところで、フリー磁性層３６よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_Ｐ２よりも大きくしても、前記第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）３４の膜厚差が約６オングストローム以下であると、交換結合磁界が低下しやすい傾向にあることが実験によって確認されている。
【０１５５】
この現象は、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要とする例えばＰｔＭｎ合金で形成された反強磁性層３１，４４を使用した場合に見られる。
【０１５６】
交換結合磁界の低下は、フリー磁性層３６よりも下側に形成されている反強磁性層３１と第１の固定磁性層（下）３２との熱拡散によって、前記第１の固定磁性層（下）３２の磁気的な膜厚が減少し、前記第１の固定磁性層（下）３２の磁気的な膜厚と、第２の固定磁性層３４の膜厚ｔ_Ｐ２とが、ほぼ同じ厚さになるからである。このため本形態では、（第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔ_Ｐ１／第２の固定磁性層（上）４１の膜厚ｔ_Ｐ２）よりも（第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_Ｐ１／第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_Ｐ２）の方を大きくすることが好ましい。
【０１５７】
なお前記熱拡散層の発生は、図５に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子に限らず、フリー磁性層１６よりも反強磁性層１１が下側に形成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子（図１参照）にも同様に起こる現象である。
【０１５８】
前述したように、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の膜厚ｔ_Ｐ２の膜厚比と同じように、（第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。また本形態では、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１５９】
また（第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１６０】
次に図５に示す第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１との間に介在する非磁性中間層３３，４２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【０１６１】
図５に示すようにフリー磁性層３６よりも下側に形成された前記非磁性中間層（下）３３の膜厚は、３．６〜９．６オングストロームの範囲内で形成されることが好ましい。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。
【０１６２】
また前記非磁性中間層（下）３３の膜厚は、４〜９．４オングストロームの範囲内で形成されると、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができるのでより好ましい。
【０１６３】
また本形態では図５に示すように、フリー磁性層３６よりも上側に形成された非磁性中間層（上）４２の膜厚は、２．５〜６．４オングストローム、あるいは６．８〜１０．７オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができる。
【０１６４】
また本形態では、前記非磁性中間層（上）４２の膜厚は、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．８〜１０．３オングストロームの範囲内であることがより好ましい。この範囲内であると、少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１６５】
また、前記反強磁性層３１，４４を少なくとも１００オングストローム以上で形成すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また前記膜厚を１１０オングストローム以上にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１６６】
従来では、前記反強磁性層３１，４４の膜厚は約２００オングストローム以上で形成されていたので、本形態によれば、約半分の膜厚で前記反強磁性層３１，４４を形成することが可能であり、特にデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合には、反強磁性層３１，４４が２層形成されるので、従来に比べてスピンバルブ型薄膜素子全体の膜厚を、約２００オングストローム以上薄くできる。このように薄く形成されたスピンバルブ型薄膜素子では、図１３に示す下部ギャップ層１２１、及び上部ギャップ層１２５を、絶縁性を充分に保つ程度に厚くしても、ギャップ長Ｇｌを薄くでき、高密度記録化に対応できるものとなっている。
【０１６７】
なお第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１との膜厚比や膜厚、非磁性中間層（下）３３，（上）４２の膜厚、及び反強磁性層３１，４４の膜厚を上述した範囲内で適正に調節することにより、従来と同程度のΔＭＲを保つことができ、具体的には約１０％以上のΔＭＲを得ることが可能である。
【０１６８】
図５に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_Ｐ１は、非磁性中間層３３を介して形成された第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_Ｐ２に比べて薄く形成されている。一方、フリー磁性層３６よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔ_Ｐ１は、非磁性中間層４２を介して形成された第２の固定磁性層４１（上）の膜厚ｔ_Ｐ２に比べ厚く形成されている。そして、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化は共に図示Ｙ方向と反対方向に磁化されており、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化は図示Ｙ方向に磁化された状態になっている。
【０１６９】
図１及び図３に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、第１の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ２が異なるように膜厚などを調節し、第１の固定磁性層の磁化の向きは、図示Ｙ方向あるいは図示Ｙ方向と反対方向のどちらでもよい。
【０１７０】
しかし、図５に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化が共に同じ方向に向くようにする必要性があり、そのために、本形態では、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気モーメントＭｓ・ｔ_Ｐ１と、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気モーメントＭｓ・ｔ_Ｐ２との調整、及び熱処理中に印加する磁場の方向及びその大きさを適正に調節している。
【０１７１】
ここで、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を共に同じ方向に向けておくのは、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と反平行になる第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に向けておくためであり、その理由について以下に説明する。
【０１７２】
前述したように、スピンバルブ型薄膜素子のΔＭＲは、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変動磁化との関係によって得られるものであるが、本形態のように固定磁性層が第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断された場合にあっては、前記ΔＭＲに直接関与する固定磁性層の層は第２の固定磁性層であり、第１の固定磁性層は、前記第２の固定磁性層の磁化を、一定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割を担っている。
【０１７３】
仮に図５に示す第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化が互いに反対方向に固定されているとすると、例えば第２の固定磁性層（上）４１の固定磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗が大きくなっても、第２の固定磁性層（下）３４の固定磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗が非常に小さくなってしまい、結局、デュアルスピンバルブ型薄膜素子におけるΔＭＲは、図１や図３に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子のΔＭＲよりも小さくなってしまう。
【０１７４】
この問題は、本形態のように、固定磁性層を非磁性中間層を介して２層に分断したデュアルスピンバルブ型薄膜素子に限ったことではなく、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子であっても同じことであり、シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べΔＭＲを大きくでき、大きな出力を得ることができるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の特性を発揮させるには、フリー磁性層の上下に形成される固定磁性層を共に同じ方向に固定しておく必要がある。
【０１７５】
ところで本形態では、図５に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成された固定磁性層は、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔ_Ｐ２の方が、第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_Ｐ１に比べ大きくなっており、Ｍｓ・ｔ_Ｐ２の大きい第２の固定磁性層（下）３４の磁化が図示Ｙ方向に固定されている。ここで、第２の固定磁性層３４のＭｓ・ｔ_Ｐ２と、第１の固定磁性層３２のＭｓ・ｔ_Ｐ１とを足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントは、Ｍｓ・ｔ_Ｐ２の大きい第２の固定磁性層３４の磁気モーメントに支配され、図示Ｙ方向に向けられている。
【０１７６】
一方、フリー磁性層３６よりも上側に形成された固定磁性層は、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１の方が、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔ_Ｐ２に比べて大きくなっており、Ｍｓ・ｔ_Ｐ１の大きい第１の固定磁性層（上）４３の磁化が図示Ｙ方向と反対方向に固定されている。第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１と、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔ_Ｐ２とを足した、いわゆる合成磁気モーメントは、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１に支配され、図示Ｙ方向と反対方向に向けられている。
【０１７７】
すなわち、図５に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層３６の上下で、第１の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ２を足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が反対方向になっているのである。このためフリー磁性層３６よりも下側で形成される図示Ｙ方向に向けられた合成磁気モーメントと、前記フリー磁性層３６よりも上側で形成される図示Ｙ方向と反対方向に向けられた合成磁気モーメントとが、図示左周りの磁界を形成している。
【０１７８】
従って、前記合成磁気モーメントによって形成される磁界により、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とがさらに安定したフェリ状態を保つことが可能である。
【０１７９】
更に、センス電流１１４は、主に比抵抗の小さい非磁性導電層３５，３９を中心にして流れ、センス電流１１４を流すことにより、右ネジの法則によってセンス電流磁界が形成されることになるが、センス電流１１４を図５の方向に流すことにより、フリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界の方向を、前記第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の合成磁気モーメントの方向と一致させることができ、さらに、フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界を、前記第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の合成磁気モーメントの方向と一致させることができる。
【０１８０】
センス電流磁界の方向と合成磁気モーメントの方向を一致させることのメリットに関しては後で詳述するが、簡単に言えば、前記固定磁性層の熱的安定性を高めることができることと、大きなセンス電流を流せることができるので、再生出力を向上できるという、非常に大きいメリットがある。センス電流磁界と合成磁気モーメントの方向に関するこれらの関係は、フリー磁性層３６の上下に形成される固定磁性層の合成磁気モーメントが図示左周りの磁界を形成しているからである。
【０１８１】
装置内の環境温度は約２００℃程度まで上昇し、さらに今後、記録媒体の回転数や、センス電流の増大などによって、環境温度がさらに上昇する傾向にある。このように環境温度が上昇すると、交換結合磁界は低下するが、本形態によれば、合成磁気モーメントで形成される磁界と、センス電流磁界により、熱的にも安定して第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とをフェリ状態に保つことができる。
【０１８２】
前述した合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び、合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係は、本形態特有の構成であり、フリー磁性層の上下に単層で形成され、しかも同じ方向に向けられ固定磁化された固定磁性層を有する従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、得ることができないものとなっている。
【０１８３】
次に、熱処理中に与える磁界の方向及びその大きさについて以下に説明する。図５に示すスピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性層３１，４４にＰｔＭｎ合金など第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために、熱処理が必要な反強磁性材料を使用しているので、熱処理中に印加する磁場の方向及びその大きさを適正に制御しないと、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１との磁化の方向を図５に示すような方向に得ることはできない。
【０１８４】
まず成膜する段階で、図５に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さくし、且つ前記フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きくする。
【０１８５】
図５に示すように、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３を図示Ｙ方向と反対方向に向けたい場合には、前述した表１，２を参照することにより、図示Ｙ方向と逆方向に５ｋ（Ｏｅ）以上（表１（４）及び表２（４）参照）の磁界を与える必要がある。
【０１８６】
図示Ｙ方向と反対方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を印加することにより、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化及び第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化がすべて一旦図示Ｙ方向と反対方向に向く。前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３は、反強磁性層３１，４４との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、図示Ｙ方向と反対方向に固定され、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を取り去ることにより、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化は、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、図示Ｙ方向に反転し図示Ｙ方向に固定されるのである。
【０１８７】
あるいは５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を図示Ｙ方向に与えてもよい。この場合には、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化が図５に示す磁化方向と反対向きに磁化され、右回りの合成磁気モーメントによる磁界が形成される。
【０１８８】
また本形態では、フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層３４のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きくし、且つ、前記フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を第２の固定磁性層４１のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さくしてもよい。この場合においても、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を得たい方向、すなわち図示Ｙ方向あるいは図示Ｙ方向と反対方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を印加することによって、フリー磁性層３６の上下に形成された第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１を同じ方向に向けて固定でき、しかも図示右回りのあるいは左回りの合成磁気モーメントによる磁界を形成できる。
【０１８９】
なお上記した方法以外の方法で、フリー磁性層３６の上下に形成された第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を互いに同じ方向に向け、しかも合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係の形成を行うことはできない。
【０１９０】
また本形態では以下に示す方法によって、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を互いに同じ方向に向けることが可能であるが、フリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントは互いに同じ方向を向くため、前記合成磁気モーメントによる磁界を形成することはできない。しかし、本形態のデュアルスピンバルブ型薄膜素子であれば、以下の熱処理方法によっても、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子と同程度のΔＭＲを得ることができ、しかも従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子に比べ、固定磁性層（第１の固定磁性層と第２の固定磁性層）の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことが可能である。
【０１９１】
まず、フリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_Ｐ１と前記フリー磁性層３６の上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を共に、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きくした場合には、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を向けたい方向に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）、あるいは５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与えることにより、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３を共に同じ方向に向け、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と反平行に磁化される第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に向けて固定することができる。
【０１９２】
あるいは、フリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_Ｐ１と前記フリー磁性層３６の上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を共に、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さくした場合には、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を向けたい方向と反対方向に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）、あるいは、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与えることにより、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３を共に同じ方向に向け、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と反平行に磁化される第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に向けて固定することができる。
【０１９３】
以上、図１から図６に示したスピンバルブ型薄膜素子によれば、固定磁性層を非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との２層に分断し、この２層の固定磁性層間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記２層の固定磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、従来に比べて熱的にも安定した固定磁性層の磁化状態を保つことができる。
【０１９４】
特に本形態では、反強磁性層としてブロッキング温度が非常に高く、また第１の固定磁性層との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生するＰｔＭｎ合金を使用することにより、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできる。
【０１９５】
また本形態では、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、及び反強磁性層の膜厚を適正な範囲内で形成することによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、従って、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の固定磁化の熱的安定性をより向上させることが可能である。
【０１９６】
なお第１の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ２との膜厚比、さらには、前記第１の固定磁性層、第２の固定磁性層、非磁性中間層、及び反強磁性層の膜厚を適性な範囲内で形成することにより、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得ることも可能である。
【０１９７】
さらに本形態では、反強磁性層としてＰｔＭｎ合金など、第１の固定磁性層との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要とする反強磁性材料を使用した場合に、第１の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ_Ｐ２とを異なる値で形成し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を適正に調節することによって、前記第１の固定磁性層（及び第２の固定磁性層）の磁化を得たい方向に磁化させることが可能である。
【０１９８】
特に図５に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３のＭｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔ_Ｐ２を適正に調節し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を適正に調節することによって、ΔＭＲに関与するフリー磁性層３６の上下に形成された２つの第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に固定でき、且つフリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントを互いに反対方向に形成できることによって、前記合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び、前記合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係の形成ができ、固定磁性層の磁化の熱的安定性をさらに向上させることが可能である。
【０１９９】
図７は、参考例のスピンバルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、図８は、図７に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面から見た場合の断面図である。
【０２００】
このスピンバルブ型薄膜素子においても、図１〜図６に示すスピンバルブ型薄膜素子と同様に、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【０２０１】
このスピンバルブ型薄膜素子は、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断されている。
【０２０２】
図７，８に示すように下から下地層５０、反強磁性層５１、第１の固定磁性層５２、非磁性中間層５３、第２の固定磁性層５４、非磁性導電層５５、第１のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第２のフリー磁性層６０、及び保護層６１の順に積層されている。
【０２０３】
前記下地層５０及び保護層６１は例えばＴａなどで形成されている。また前記反強磁性層５１は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。また本形態では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金を使用してもよい。
【０２０４】
第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また非磁性中間層５３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。さらに非磁性導電層５５はＣｕなどで形成されている。
【０２０５】
前記第１の固定磁性層５２の磁化と第２の固定磁性層５４の磁化は、互いに反平行に磁化されたフェリ状態となっており、例えば第１の固定磁性層５２の磁化は図示Ｙ方向に、第２の固定磁性層５４の磁化は図示Ｙ方向と反対方向に固定されている。このフェリ状態の安定性を保つためには、大きい交換結合磁界が必要であり、本形態では、より大きな交換結合磁界を得るために、以下に示す種々の適正化を行っている。
【０２０６】
図７，８に示すスピンバルブ型薄膜素子では、（第１の固定磁性層５２の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層５４の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．５３〜０．９５、あるいは、１．０８〜１．８の範囲内とすることである。
【０２０７】
また第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４の膜厚にあっては、共に１０〜７０オングストロームで、且つ│第１の固定磁性層５２の膜厚ｔ_Ｐ１―第２の固定磁性層５４の膜厚ｔ_Ｐ２│≧２オングストロームであることが好ましく、より好ましくは、１０〜５０オングストロームで、且つ│第１の固定磁性層５２の膜厚ｔ_Ｐ１―第２の固定磁性層５４の膜厚ｔ_Ｐ２│≧２オングストロームである。
【０２０８】
前述したように、第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１と第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１と第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１の固定磁性層５２の膜厚ｔ_ｐ１と第２の固定磁性層５４の膜厚_ｔｐ２との膜厚比と同じように、（第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１）／（第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。また本形態では、第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１及び第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１から第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０２０９】
また（第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１）／（第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１と第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ１から第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_ｐ２を引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０２１０】
また第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４に介在する非磁性中間層５３の膜厚は、３．６〜９．６オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。より好ましくは、４〜９．４オングストロームの範囲内であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２１１】
さらに反強磁性層５１の膜厚は、９０オングストローム以上であることが好ましい。この範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。より好ましくは、１００オングストローム以上であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２１２】
図７，８に示す非磁性導電層５５の上には、第１のフリー磁性層５６が形成されている。図７，８に示すように前記第１のフリー磁性層５６は２層で形成されており、非磁性導電層５５に接する側にＣｏ膜５７が形成されている。非磁性導電層５５に接する側にＣｏ膜５７を形成するのは、第１にΔＭＲを大きくできること、第２に非磁性導電層５５との拡散を防止するためである。
【０２１３】
前記Ｃｏ膜５７の上にはＮｉＦｅ合金膜５８が形成されている。さらに前記ＮｉＦｅ合金膜５８上には、非磁性中間層５９が形成されている。そして前記非磁性中間層５９の上には、第２のフリー磁性層６０が形成され、さらに前記第２のフリー磁性層６０上にはＴａなどで形成された保護層６１が形成されている。
【０２１４】
前記第２のフリー磁性層６０は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
【０２１５】
図８に示す下地層５０から保護層６１までのスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面に削られ、前記スピンバルブ膜は台形状で形成されている。前記スピンバルブ膜の両側には、ハードバイアス層６２，６２及び導電層６３，６３が形成されている。前記ハードバイアス層６２は、Ｃｏ―Ｐｔ合金やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金などで形成されており、また前記導電層６３は、ＣｕやＣｒなどで形成されている。
【０２１６】
図７，８に示す第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０の間には非磁性中間層５９が介在し、前記第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１のフリー磁性層５６の磁化と第２のフリー磁性層６０の磁化は互いに反平行状態（フェリ状態）になっている。
【０２１７】
図８に示すスピンバルブ型薄膜素子では、例えば第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_Ｆ１は、第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_Ｆ２よりも小さく形成されている。
【０２１８】
そして前記第１のフリー磁性層５６のＭｓ・ｔ_Ｆ１は、第２のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔ_Ｆ２よりも小さく設定されており、ハードバイアス層６２から図示Ｘ方向にバイアス磁界が与えられると、Ｍｓ・ｔ_Ｆ２の大きい第２のフリー磁性層６０の磁化が前記バイアス磁界の影響を受けて、図示Ｘ方向に揃えられ、前記第２のフリー磁性層６０との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、Ｍｓ・ｔ_Ｆ１の小さい第１のフリー磁性層５６の磁化は図示Ｘ方向と反対方向に揃えられる。
【０２１９】
図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくると、前記第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０の磁化はフェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の影響を受けて回転する。そしてΔＭＲに寄与する第１のフリー磁性層５６の変動磁化と、第２の固定磁性層５４の固定磁化（例えば図示Ｙ方向と反対方向に磁化されている）との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁界の信号が検出される。
【０２２０】
本形態では第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_Ｆ１と、第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_Ｆ２の膜厚比を適正化し、より大きな交換結合磁界を得ることができると同時に、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得ることを可能にしている。
【０２２１】
本形態では、（第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_Ｆ１／第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_Ｆ２）が、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また本形態では、前記（第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_Ｆ１／第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_Ｆ２）は、０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好ましい。この範囲内であると少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２２２】
なお（第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_Ｆ１／第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_Ｆ２）のうち、０．８３〜１．２５の範囲を除外したのは、前記第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_Ｆ２とがほぼ同じ値で形成され、前記第１のフリー磁性層５６のＭｓ・ｔ_Ｆ１と、第２のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔ_Ｆ２がほぼ同じ値に設定されると、ハードバイアス層６２からのバイアス磁界の影響を受けて、第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０のどちらの磁化も、前記バイアス磁界方向に向こうとしてしまうため、前記第１のフリー磁性層５６の磁化と第２のフリー磁性層６０の磁化は反平行状態にならず、安定した磁化状態を保つことが不可能となる。
【０２２３】
また、第１のフリー磁性層５６の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層６０の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１のフリー磁性層５６の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層６０の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_Ｆ２との膜厚比と同じように、（第１のフリー磁性層５６の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１）／（第２のフリー磁性層６０の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）は、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内とであることが好ましい。また本形態では、（第１のフリー磁性層５６の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１）／（第２のフリー磁性層６０の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）が０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好ましい。
【０２２４】
また本形態では、第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０との間に介在する非磁性中間層５９は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。さらに前記非磁性中間層５９の膜厚は、５．５〜１０．０オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間層５９の膜厚は、５．９〜９．４オングストロームの範囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２２５】
なお上記の数値範囲内で、第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４の膜厚比、非磁性中間層５３及び反強磁性層５１の膜厚、さらには第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０の膜厚比、及び非磁性中間層５９の膜厚を調整することにより、従来と同程度のΔＭＲ（抵抗変化率）を得ることが可能である。
【０２２６】
次に熱処理の方法について説明する。図７，８に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、反強磁性層５１にＰｔＭｎ合金などの熱処理を施すことにより、第１の固定磁性層５２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生する反強磁性材料を使用している。このため前記熱処理中に印加する磁場の方向及びその大きさを適正に制御して、第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４の磁化方向を調整する必要性がある。
【０２２７】
仮に、第１の固定磁性層５２のＭｓ・ｔ_Ｐ１の方が、第２の固定磁性層５４のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きい場合には、前記第１の固定磁性層５２の磁化を向けたい方向に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）、あるいは５ｋ（Ｏｅ）の磁場を印加すればよい。例えば前記第１の固定磁性層５２を図示Ｙ方向に向けたいならば、図示Ｙ方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁界を与える。Ｍｓ・ｔ_Ｐ１の大きい第１の固定磁性層５２の磁化は、磁場方向、すなわち図示Ｙ方向に向き、反強磁性層５１との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって前記第１の固定磁性層５２の磁化は図示Ｙ方向に固定される。一方、第２の固定磁性層５４の磁化は、第１の固定磁性層５２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、図示Ｙ方向と反対方向に向き固定される。あるいは図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与える。第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）は、１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）程度なので、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場が印加されることにより、前記第１の固定磁性層５２の磁化及び第２の固定磁性層５４の磁化は共に、図示Ｙ方向に向く。このとき、前記第１の固定磁性層５２の磁化は、反強磁性層５１との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって図示Ｙ方向に固定される。一方、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場が取り去られると、第２の固定磁性層５４の磁化は、前記第１の固定磁性層５２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、図示Ｙ方向と反対方向に向けられて固定される。
【０２２８】
また第１の固定磁性層５２のＭｓ・ｔ_Ｐ１の方が、第２の固定磁性層５４のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さい場合、前記第１の固定磁性層５２の磁化を向けたい方向と反対方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）、または前記第１の固定磁性層５２の磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加すればよい。例えば第１の固定磁性層５２を図示Ｙ方向に向けたいならば、図示Ｙ方向と反対方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場を与える。これによって、Ｍｓ・ｔ_Ｐ２の大きい第２の固定磁性層５４の磁化は、前記磁場方向、すなわち図示Ｙ方向と反対方向に向き、前記第２の固定磁性層５４と交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記第１の固定磁性層５２の磁化は図示Ｙ方向に向けられる。前記第１の固定磁性層５２の磁化は、反強磁性層５１との界面に発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって図示Ｙ方向に固定され、第２の固定磁性層５４の磁化は、図示Ｙ方向と反対方向に固定される。あるいは、図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与えらればよい。５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与えることにより、第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４の磁化は共に図示Ｙ方向に向けられ、前記第１の固定磁性層５２の磁化は、反強磁性層５１との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によって図示Ｙ方向に固定される。５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場が取り除かれると、図示Ｙ方向に向けられていた第２の固定磁性層５４の磁化は、前記第１の固定磁性層５２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって図示Ｙ方向と反対方向に向けられ固定される。
【０２２９】
また本形態では、図示Ｘ方向及び図示Ｙ方向を正の方向、図示Ｘ方向と反対方向及び図示Ｙ方向と反対方向を負の方向とした場合、第１のフリー磁性層５６のＭｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔ_Ｆ２を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値は、第１の固定磁性層５２のＭｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層５４のＭｓ・ｔ_Ｐ２を足し合わせた合成磁気モーメントの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│（Ｍｓ・ｔ_Ｆ１＋Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）／（Ｍｓ・ｔ_ｐ１＋Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）│＞１であることが好ましい。
【０２３０】
第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０との合成磁気モーメントの絶対値を、第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４との合成磁気モーメントの絶対値よりも大きくすることにより、前記第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０の磁化が、第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４との合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、前記第１のフリー磁性層５６及び第２のフリー磁性層６０の磁化が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させることが可能になる。
【０２３１】
図９は、参考例のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図、図１０は、図９に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面から見た場合の断面図である。
【０２３２】
このスピンバルブ型薄膜素子は、図７，８に示すスピンバルブ型薄膜素子の積層の順番を逆にしたものである。
【０２３３】
すなわち下から、下地層７０、第２のフリー磁性層７１、非磁性中間層７２、第１のフリー磁性層７３、非磁性導電層７６、第２の固定磁性層７７、非磁性中間層７８、第１の固定磁性層７９、反強磁性層８０、及び保護層８１の順で積層されている。
【０２３４】
前記下地層７０及び保護層８１は例えばＴａなどで形成されている。前記反強磁性層８０は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。また本形態では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金を使用してもよい。
【０２３５】
第１の固定磁性層７９及び第２の固定磁性層７７は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また非磁性中間層７８は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。さらに非磁性導電層７６はＣｕなどで形成されている。
【０２３６】
また図９，１０に示すスピンバルブ型薄膜素子では、（第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましく、しかも第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_Ｐ２は共に１０〜７０オングストロームの範囲内であり、且つ、│第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_Ｐ１―第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_Ｐ２│≧２オングストローム以上であることが好ましい。上記範囲内で適正に調節すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２３７】
さらに本形態では、（第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましく、しかも第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_Ｐ２は共に１０〜５０オングストロームの範囲内であり、且つ、│第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_Ｐ１―第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_Ｐ２│≧２オングストローム以上であることがより好ましい。上記範囲内で適正に調節あれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２３８】
前述したように、第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_ｐ１と第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_ｐ１との膜厚比と同じように、（第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。また本形態では、第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０２３９】
また（第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０２４０】
また第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７との間に介在する非磁性中間層７８の膜厚は、２．５〜６．４、あるいは、６．６〜１０．７オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。より好ましくは、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．８〜１０．３オングストロームの範囲内であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２４１】
さらに反強磁性層８０の膜厚は、９０オングストローム以上であることが好ましい。この範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。より好ましくは、１００オングストローム以上であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２４２】
図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層が２層に分断されて形成されており、非磁性導電層７６に接する側に第１のフリー磁性層７３が形成され、もう一方のフリー磁性層が、第２のフリー磁性層７１となっている。図１０に示すように第１のフリー磁性層７３は２層で形成されており、非磁性導電層７６に接する側に形成された層７５はＣｏ膜で形成されている。また、非磁性中間層７２に接する側に形成された層７４と、第２のフリー磁性層７１は、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
【０２４３】
図１０に示す下地層７０から保護層８１までのスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面に削られ、前記スピンバルブ膜は台形状で形成されている。前記スピンバルブ膜の両側には、ハードバイアス層８２，８２及び導電層８３，８３が形成されている。前記ハードバイアス層８２は、Ｃｏ―Ｐｔ合金やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金などで形成されており、また前記導電層８３は、ＣｕやＣｒなどで形成されている。
【０２４４】
図１０に示す第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１の間には非磁性中間層７２が介在し、前記第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１のフリー磁性層７３の磁化と第２のフリー磁性層７１の磁化は反平行状態（フェリ状態）となっている。図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子では、例えば第１のフリー磁性層７３の膜厚Ｔ_Ｆ１は、第２のフリー磁性層７１の膜厚Ｔ_Ｆ２より大きく形成されている。そして前記第１のフリー磁性層７３のＭｓ・ｔ_Ｆ１は、第２のフリー磁性層７１のＭｓ・ｔ_Ｆ２よりも大きくなるように設定されており、ハードバイアス層８２から図示Ｘ方向にバイアス磁界が与えられると、Ｍｓ・ｔ_Ｆ１の大きい第１のフリー磁性層７３の磁化が前記バイアス磁界の影響を受けて、図示Ｘ方向に揃えられ、前記第１のフリー磁性層７３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によってＭｓ・ｔ_Ｆ２の小さい第２のフリー磁性層７１の磁化は図示Ｘ方向と反対方向に揃えられる。なお本形態では、第１のフリー磁性層７３の膜厚ｔ_Ｆ１が、第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔ_Ｆ２よりも小さく形成され、前記第１のフリー磁性層７３のＭｓ・ｔ_Ｆ１が第２のフリー磁性層７１のＭｓ・ｔ_Ｆ２よりも小さく設定されていてもよい。
【０２４５】
図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくると、前記第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１の磁化はフェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の影響を受けて回転する。そしてΔＭＲに寄与する第１のフリー磁性層７３の磁化方向と、第２の固定磁性層７１の固定磁化との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁界の信号が検出される。
【０２４６】
本形態では第１のフリー磁性層７３の膜厚Ｔ_Ｆ１と、第２のフリー磁性層７１の膜厚Ｔ_Ｆ２の膜厚比を適正化し、より大きな交換結合磁界を得ることができると同時に、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得ることを可能にしている。
【０２４７】
本形態では、（第１のフリー磁性層７３の膜厚ｔ_Ｆ１／第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔ_Ｆ２）が、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また本形態では、前記（第１のフリー磁性層７３の膜厚ｔ_Ｆ１／第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔ_Ｆ２）は、０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好ましい。この範囲内であると少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２４８】
また、第１のフリー磁性層７３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層７１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１のフリー磁性層７３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層７１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１のフリー磁性層７３の膜厚ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔ_Ｆ２との膜厚比と同じように、（第１のフリー磁性層７３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１）／（第２のフリー磁性層７１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）は、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内であることが好ましい。また本形態では、（第１のフリー磁性層７３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１）／（第２のフリー磁性層７１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）が０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好ましい。
【０２４９】
また本形態では、第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１との間に介在する非磁性中間層７２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。さらに前記非磁性中間層７２の膜厚は、５．５〜１０．０オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間層７２の膜厚は、５．９〜９．４オングストロームの範囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２５０】
なお第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７の膜厚比、非磁性中間層７８及び反強磁性層８０の膜厚、さらには、第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１との膜厚比、及び非磁性中間層７２の膜厚を、上述した範囲内で適正に調節すれば、従来と同程度のΔＭＲ（抵抗変化率）を得ることが可能である。
【０２５１】
次に熱処理の方法について説明する。仮に、第１の固定磁性層７９のＭｓ・ｔ_Ｐ１の方が、第２の固定磁性層７７のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きい場合には、前記第１の固定磁性層７９の磁化を向けたい方向に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）、あるいは５ｋ（Ｏｅ）の磁界を与えれば良い。あるいは、第１の固定磁性層７９のＭｓ・ｔ_Ｐ１の方が、第２の固定磁性層７７のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さい場合、前記第１の固定磁性層７９の磁化を向けたい方向と反対方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）、または前記第１の固定磁性層７９の磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与えらればよい。本形態においては、前記第１の固定磁性層７９の磁化は、図示Ｙ方向に固定され、前記第２の固定磁性層７７の磁化は図示Ｙ方向と反対方向に固定されている。あるいは前記第１の固定磁性層７９の磁化は、図示Ｙ方向と反対方向に固定され、前記第２の固定磁性層７７の磁化は、図示Ｙ方向に固定されている。
【０２５２】
また本形態では、図示Ｘ方向及び図示Ｙ方向を正の方向、図示Ｘ方向と反対方向及び図示Ｙ方向と反対方向を負の方向とした場合、第１のフリー磁性層７３のＭｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層７１のＭｓ・ｔ_Ｆ２を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値は、第１の固定磁性層７９のＭｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層７７のＭｓ・ｔ_Ｐ２を足し合わせた合成磁気モーメントの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│（Ｍｓ・ｔ_Ｆ１＋Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）／（Ｍｓ・ｔ_ｐ１＋Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）│＞１であることが好ましい。
【０２５３】
第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１との合成磁気モーメントの絶対値を、第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７との合成磁気モーメントの絶対値よりも大きくすることにより、前記第１のフリー磁性層７９と、第２のフリー磁性層７７の磁化が、第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７との合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、前記第１のフリー磁性層７３及び第２のフリー磁性層７１の磁化が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させることが可能になる。
【０２５４】
図１１は参考例のスピンバルブ型薄膜素子の構造を表す横断面図であり、図１２は図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子を、記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０２５５】
このスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心にしてその上下に非磁性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子であり、前記フリー磁性層、及び固定磁性層が、非磁性中間層を介して２層に分断されて形成されている。
【０２５６】
図１１、１２に示す最も下側に形成されている層は、下地層９１であり、この下地層９１の上に反強磁性層９２、第１の固定磁性層（下）９３、非磁性中間層９４（下）、第２の固定磁性層（下）９５、非磁性導電層９６、第２のフリー磁性層９７、非磁性中間層１００、第１のフリー磁性層１０１、非磁性導電層１０４、第２の固定磁性層（上）１０５、非磁性中間層（上）１０６、第１の固定磁性層（上）１０７、反強磁性層１０８、及び保護層１０９が形成されている。
【０２５７】
まず材質について説明する。反強磁性層９２，１０８は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。また本形態では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金を使用してもよい。
【０２５８】
第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７、及び第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５間に形成されている非磁性中間層（下）９４，（上）１０６及び第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７間に形成されている非磁性中間層１００は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。さらに非磁性導電層９６，１０４はＣｕなどで形成されている。
【０２５９】
図１１に示すように、第１のフリー磁性層１０１及び第２のフリー磁性層９７は２層で形成されている。非磁性導電層９６，１０４に接する側に形成された第１のフリー磁性層１０１の層１０３及び第２のフリー磁性層９７の層９８はＣｏ膜で形成されている。また、非磁性中間層１００を介して形成されている第１のフリー磁性層１０１の層１０２及び第２のフリー磁性層９７の層９９は、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
【０２６０】
非磁性導電層９６，１０４側に接する層９８，１０３をＣｏ膜で形成することにより、ΔＭＲを大きくでき、しかも非磁性導電層９６，１０４との拡散を防止することができる。
【０２６１】
次に各層の膜厚の適正範囲について説明する。まずフリー磁性層の下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３の膜厚ｔ_Ｐ１と、第２の固定磁性層（下）９５の膜厚ｔ_Ｐ２との膜厚比、及びフリー磁性層の上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（上）１０５の膜厚ｔ_Ｐ２との膜厚比は、（第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましく、しかも、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７及び第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚は、共に１０〜７０オングストロームの範囲内で形成され、且つ、│第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_Ｐ１―第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_Ｐ２│≧２オングストロームで形成されていることが好ましい。上記範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２６２】
また本形態では、（第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_Ｐ２）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることが好ましく、しかも、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７及び第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚は、共に１０〜５０オングストロームの範囲内で形成され、且つ、│第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_Ｐ１―第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_Ｐ２│≧２オングストロームで形成されていることが好ましい。上記範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２６３】
ところで、本形態では前述したように、反強磁性層９２，１０８としてＰｔＭｎ合金など、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要とする反強磁性材料を使用している。
【０２６４】
しかし、フリー磁性層よりも下側に形成されている反強磁性層９２と第１の固定磁性層（下）９３との界面では、金属元素の拡散が発生しやすく熱拡散層が形成されやすくなっているために、前記第１の固定磁性層（下）９３として機能する磁気的な膜厚は実際の膜厚ｔ_Ｐ１よりも薄くなっている。従ってフリー磁性層よりも上側の積層膜で発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界をほぼ等しくするには、フリー磁性層よりも下側に形成されている（第１の固定磁性層（下）９３の膜厚ｔ_Ｐ１／第２の固定磁性層（下）９５の膜厚ｔ_Ｐ２）が、フリー磁性層よりも上側に形成されている（第１の固定磁性層（上）１０７の膜厚ｔ_Ｐ１／第２の固定磁性層（上）１０５の膜厚ｔ_Ｐ２よりも大きい方が好ましい。フリー磁性層よりも上側の積層膜から発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界とを等しくすることにより、前記交換結合磁界の製造プロセス劣化が少なく、磁気ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【０２６５】
前述したように、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_Ｐ２の膜厚比と同じように、（第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。また本形態では、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１及び第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０２６６】
また（第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）／（第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ１から第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｐ２を引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０２６７】
また本形態では、フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３と第２の固定磁性層（下）９５の間に介在する非磁性中間層（下）９４の膜厚は、３．６〜９．６オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。より好ましくは、４〜９．４オングストロームの範囲内であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２６８】
またフリー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７と第２の固定磁性層（上）１０５との間に介在する非磁性中間層（上）１０６の膜厚は、２．５〜６．４オングストローム、あるいは６．６〜１０．７オングストロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内であると少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．８〜１０．３オングストロームの範囲内であることがより好ましく、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２６９】
さらに本形態では、反強磁性層９２，１０８の膜厚は、１００オングストローム以上であることが好ましく、前記反強磁性層９２，１０８を１００オングストローム以上で形成することにより、少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。また本形態では、前記反強磁性層９２，１０８の膜厚を１１０オングストローム以上で形成すれば、少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２７０】
また本形態では、第１のフリー磁性層１０１の膜厚をｔ_Ｆ１とし、第２のフリー磁性層９７の膜厚をｔ_Ｆ２とした場合、（第１のフリー磁性層１０１の膜厚ｔ_Ｆ１／第２のフリー磁性層９７の膜厚ｔ_Ｆ２）は、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内であることが好ましい。この範囲内であると５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また、前記（第１のフリー磁性層の膜厚／第２のフリー磁性層の膜厚）は、０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好ましく、この範囲内であると、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２７１】
また、第１のフリー磁性層１０１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層９７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１のフリー磁性層１０１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層９７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本形態では、第１のフリー磁性層１０１の膜厚ｔ_Ｆ１と第２のフリー磁性層９７の膜厚ｔ_Ｆ２との膜厚比と同じように、（第１のフリー磁性層１０１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１）／（第２のフリー磁性層９７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）は、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内であることが好ましい。また本形態では、（第１のフリー磁性層１０１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ１）／（第２のフリー磁性層９７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_Ｆ２）が０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好ましい。
【０２７２】
また、第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７との間に介在する非磁性中間層１００は、その膜厚が、５．５〜１０．０オングストロームの範囲内で形成されていることが好ましく、この範囲内であると、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。また、前記非磁性中間層１００の膜厚は、５．９〜９．４オングストロームの範囲内であることがより好ましく、この範囲内であると１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０２７３】
なお本形態では、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５との膜厚比、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５、非磁性中間層（下）９４，（上）１０６、及び反強磁性層９２，１０８の膜厚、さらには、第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の膜厚比、及び非磁性中間層１００の膜厚を上記範囲内で適正に調節すれば、従来と同程度のΔＭＲを得ることが可能である。
【０２７４】
ところで、図１１，１２に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層の上下に形成されている第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁化を互いに反対方向に向けておく必要がある。これはフリー磁性層が第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の２層に分断されて形成されており、前記第１のフリー磁性層１０１の磁化と第２のフリー磁性層９７の磁化とが反平行になっているからである。
【０２７５】
例えば図１１，１２に示すように、第１のフリー磁性層１０１の磁化が図示Ｘ方向と反対方向に磁化されているとすると、前記第１のフリー磁性層１０１との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、第２のフリー磁性層９７の磁化は、図示Ｘ方向に磁化された状態となっている。前記第１のフリー磁性層１０１及び第２のフリー磁性層９７の磁化は、フェリ状態を保ちながら、外部磁界の影響を受けて反転するようになっている。
【０２７６】
図１１，図１２に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子にあっては、第１のフリー磁性層１０１の磁化及び第２のフリー磁性層９７の磁化は共にΔＭＲに関与する層となっており、前記第１のフリー磁性層１０１及び第２のフリー磁性層９７の変動磁化と、第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の固定磁化との関係で電気抵抗が変化する。シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べ大きいΔＭＲを期待できるデュアルスピンバルブ型薄膜素子としての機能を発揮させるには、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化及び、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化が、共に同じ変動を見せるように、前記第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁化方向を制御する必要性がある。すなわち、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最大になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最大になるようにし、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最小になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最小になるようにすればよいのである。
【０２７７】
よって図１１，１２に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の磁化が反平行に磁化されているため、第２の固定磁性層（上）１０５の磁化と第２の固定磁性層（下）９５の磁化を互いに反対方向に磁化する必要性があるのである。
【０２７８】
本形態では、上記のような理由から、第２の固定磁性層（下）９５の磁化と、第２の固定磁性層（上）１０５の磁化とを反対方向に向けて固定しているが、このような磁化方向の制御を行うためには、各固定磁性層のＭｓ・ｔと、熱処理中に与える磁場の方向及び大きさを適正に調節する必要がある。
【０２７９】
まず各固定磁性層のＭｓ・ｔについては、フリー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（上）１０５のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きくし、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（下）９５のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さくするか、あるいは、フリー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層１０５（上）のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さくし、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（下）９５のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きくする必要がある。
【０２８０】
本形態では、反強磁性層９２，１０８としてＰｔＭｎ合金など磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７との界面で交換結合磁界を発生する反強磁性材料を使用しているので、熱処理中に印加する磁場の方向とその大きさを適正に調節しなければならない。本形態では、フリー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（上）１０５のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きくし、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（下）９５のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さくした場合にあっては、フリー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７の磁化を向けたい方向に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁界を与える。
【０２８１】
例えば、図１１に示すように、前記第１の固定磁性層（上）１０７の磁化を図示Ｙ方向に向けたい場合には、図示Ｙ方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁界を与える。ここでＭｓ・ｔ_Ｐ１の大きい前記第１の固定磁性層（上）１０７と、フリー磁性層よりも下側に形成された第２の固定磁性層（下）９５が共に前記印加磁場の方向、すなわち図示Ｙ方向に向く。一方、フリー磁性層よりも上側に形成されたＭｓ・ｔ_Ｐ２の小さい第２の固定磁性層（上）１０５の磁化は、第１の固定磁性層（上）１０７との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層（上）１０７の磁化方向と反平行に磁化される。同様にフリー磁性層よりも下側に形成されたＭｓ・ｔ_Ｐ１の小さい第１の固定磁性層（下）９３の磁化は、第２の固定磁性層（下）９５の磁化とフェリ状態になろうとして、図示Ｙ方向と反対方向に磁化される。熱処理によって反強磁性層１０８との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）により、フリー磁性層よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）１０７の磁化は図示Ｙ方向に固定され、第２の固定磁性層（上）１０５の磁化は図示Ｙ方向と反対方向に固定される。同様に、交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３の磁化は、図示Ｙ方向と反対方向に固定され、第２の固定磁性層（下）９５の磁化は図示Ｙ方向に固定される。
【０２８２】
またフリー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（上）１０５のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも小さくし、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３のＭｓ・ｔ_Ｐ１を、第２の固定磁性層（下）９５のＭｓ・ｔ_Ｐ２よりも大きくした場合には、フリー磁性層よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）９３の磁化を向けたい方向に、磁界を１００〜１ｋ（Ｏｅ）与える。
【０２８３】
以上のようにして、フリー磁性層の上下に形成された第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５を反対方向に磁化することで、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子と同程度のΔＭＲを得ることができる。
【０２８４】
また本形態では、フェリ状態の第１のフリー磁性層１０１の磁化と第２のフリー磁性層９７の磁化とを、外部磁界に対してより感度良く反転できるようにするために、第１のフリー磁性層１０１の磁気モーメントと第２のフリー磁性層９７の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モーメントが、前記フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３の磁気モーメントと第２の固定磁性層（下）９５の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モーメント、及びフリー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７の磁気モーメントと第２の固定磁性層（上）１０５の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モーメントよりも大きくなるようにすればよい。すなわち、例えば、図示Ｘ方向及び図示Ｙ方向の磁気モーメントを正の値、図示Ｘ方向と反対方向及び図示Ｙ方向と反対方向の磁気モーメントを負の値とした場合、合成磁気モーメント│Ｍｓ・ｔ_Ｆ１＋Ｍｓ・ｔ_Ｆ２│が、第１の固定磁性層（上）１０７と第２の固定磁性層（上）１０５との磁気モーメントで形成される合成磁気モーメント│Ｍｓ・ｔ_Ｐ１＋Ｍｓ・ｔ_Ｐ２│及び、第１の固定磁性層（下）９３及び第２の固定磁性層（下）９５との合成磁気モーメント│Ｍｓ・ｔ_Ｐ１＋Ｍｓ・ｔ_Ｐ２│よりも大きくなっていることが好ましい。
【０２８５】
以上、図７から図１２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も、非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断し、この２層のフリー磁性層の間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記２層のフリー磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して感度良く反転できるようにしている。
【０２８６】
また本形態では、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比や、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、あるいは第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、及び反強磁性層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、交換結合磁界を大きくすることができ、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能であり、しかも従来と同程度のΔＭＲを得ることが可能となっている。
【０２８７】
本形態では、さらにセンス電流の方向を調節することで、第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化との反平行状態（フェリ状態）を、より熱的にも安定した状態に保つことが可能となっている。
【０２８８】
スピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層から成る積層膜の両側に導電層が形成されており、この導電層からセンス電流が流される。前記センス電流は、比抵抗の小さい前記非磁性導電層と、前記非磁性導電層と固定磁性層との界面、及び非磁性導電層とフリー磁性層との界面に主に流れる。本形態では、前記固定磁性層は第１の固定磁性層と第２の固定磁性層とに分断されており、前記センス電流は主に第２の固定磁性層と非磁性導電層との界面に流れている。
【０２８９】
前記センス電流を流すと、右ネジの法則によって、センス電流磁界が形成される。本形態では前記センス電流磁界を第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントの方向と同じ方向になるように、前記センス電流の流す方向を調節している。
【０２９０】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、非磁性導電層１５の下側に第２の固定磁性層５４が形成されている。この場合にあっては、第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４のうち、磁気モーメントの大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流磁界の方向を合わせる。
【０２９１】
図１に示すように、前記第２の固定磁性層５４の磁気モーメントは第１の固定磁性層５２の磁気モーメントに比べて大きく、前記第２の固定磁性層５４の磁気モーメントは図示Ｙ方向と反対方向（図示左方向）に向いている。このため前記第１の固定磁性層５２の磁気モーメントと第２の固定磁性層５４の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、図示Ｙ方向と反対方向（図示左方向）に向いている。
【０２９２】
前述のように、非磁性導電層１５は第２の固定磁性層５４及び第１の固定磁性層５２の上側に形成されている。このため、主に前記非磁性導電層１５を中心にして流れるセンス電流１１２によって形成されるセンス電流磁界は、前記非磁性導電層１５よりも下側において図示左方向に向くように、前記センス電流１１２の流す方向を制御すればよい。このようにすれば、第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４との合成磁気モーメントの方向と、前記センス電流磁界の方向とが一致する。
【０２９３】
図１に示すように前記センス電流１１２は図示Ｘ方向に流される。右ネジの法則により、センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界は、紙面に対して右回りに形成される。従って、非磁性導電層１５よりも下側の層には、図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）のセンス電流磁界が印加されることになり、このセンス電流磁界によって、合成磁気モーメントを補強する方向に作用し、第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が増幅され、前記第１の固定磁性層５２の磁化と第２の固定磁性層５４の磁化の反平行状態をより熱的に安定させることが可能になる。
【０２９４】
特にセンス電流を１ｍＡ流すと、約３０（Ｏｅ）程度のセンス電流磁界が発生し、また素子温度が約１５℃程度上昇することが判っている。さらに、記録媒体の回転数は１０００ｒｐｍ程度まで速くなり、この回転数の上昇により、装置内温度は約１００℃まで上昇する。このため例えばセンス電流を１０ｍＡ流した場合、スピンバルブ型薄膜素子の素子温度は、約２５０℃程度まで上昇し、さらにセンス電流磁界も３００（Ｏｅ）と大きくなる。
【０２９５】
このような、非常に高い環境温度下で、しかも大きなセンス電流が流れる場合にあっては、第１の固定磁性層５２の磁気モーメントと第２の固定磁性層５４とを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントの方向と、センス電流磁界の方向とが逆向きであると、第１の固定磁性層５２の磁化と第２の固定磁性層５４の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。
【０２９６】
また、高い環境温度下でも耐え得るようにするには、センス電流磁界の方向の調節の他に、高いブロッキング温度を有する反強磁性材料を反強磁性層１１として使用する必要があり、そのために本形態ではブロッキング温度が約４００℃程度のＰｔＭｎ合金を使用している。
【０２９７】
なお図１に示す第１の固定磁性層５２の磁気モーメントと第２の固定磁性層５４の磁気モーメントとで形成される合成磁気モーメントが図示右方向（図示Ｙ方向）に向いている場合には、センス電流を図示Ｘ方向と反対方向に流し、センス電流磁界が紙面に対し左回りに形成されるようにすればよい。
【０２９８】
次に図３に示すスピンバルブ型薄膜素子のセンス電流方向について説明する。
図３では、非磁性導電層２４の上側に第２の固定磁性層２５及び第１の固定磁性層２７が形成されている。図３に示すように、第１の固定磁性層２７の磁気モーメントの方が第２の固定磁性層２５の磁気モーメントよりも大きくなっており、また前記第１の固定磁性層２７の磁気モーメントの方向は図示Ｙ方向（図示右方向）を向いている。このため前記第１の固定磁性層２７の磁気モーメントと第２の固定磁性層２５の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モーメントは図示右方向を向いている。
【０２９９】
図３に示すように、センス電流１１３は図示Ｘ方向に流される。右ネジの法則により、センス電流１１３を流すことによって形成されるセンス電流磁界は紙面に対して右回りに形成される。非磁性導電層２４よりも上側に第２の固定磁性層２５及び第１の固定磁性層２７が形成されているので、前記第２の固定磁性層２５及び第１の固定磁性層２７には、図示右方向（図示Ｙ方向と反対方向）のセンス電流磁界が侵入してくることになり、合成磁気モーメントの方向と一致し、従って、第１の固定磁性層２７の磁化と第２の固定磁性層２５の磁化との反平行状態は壊れ難くなっている。
【０３００】
なお、前記合成磁気モーメントが図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いている場合には、センス電流１１３を図示Ｘ方向と反対方向に流し、前記センス電流１１３を流すことによって形成されるセンス電流磁界を紙面に対し左回りに発生させ、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の合成磁気モーメントの向きと、前記センス電流磁界との向きを一致させる必要がある。
【０３０１】
図５に示すスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層３６の上下に第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１が形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
【０３０２】
このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントが互いに反対方向に向くように、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気モーメントの方向及びその大きさと第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気モーメントの方向及びその大きさを制御する必要がある。
【０３０３】
図５に示すようにフリー磁性層３６よりも下側に形成されている第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントは、第１の固定磁性層（下）３２の磁気モーメントよりも大きく、また前記第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントは図示右方向（図示Ｙ方向）を向いている。従って、前記第１の固定磁性層（下）３２の磁気モーメントと第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントは図示右方向（図示Ｙ方向）を向いている。またフリー磁性層３６よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）４３の磁気モーメントは第２の固定磁性層（上）４１の磁気モーメントよりも大きく、また前記第１の固定磁性層（上）４３の磁気モーメントは図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いている。このため前記第１の固定磁性層（上）４３の磁気モーメントと第２の固定磁性層（上）４１の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントは図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）を向いている。このように本形態ではフリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントが互いに反対方向に向いている。
【０３０４】
本形態では図５に示すように、センス電流１１４は図示Ｘ方向と反対方向に流される。これにより前記センス電流１１４を流すことによって形成されるセンス電流磁界は紙面に対し左回りに形成される。
【０３０５】
前記フリー磁性層３６よりも下側で形成された合成磁気モーメントは図示右方向（図示Ｙ方向）に、フリー磁性層３６よりも上側で形成された合成磁気モーメントは図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いているので、前記２つの合成磁気モーメントの方向は、センス電流磁界の方向と一致しており、フリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２の磁化と第２の固定磁性層（下）３４の磁化の反平行状態、及びフリー磁性層３６の上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（上）４１の磁化の反平行状態を、熱的にも安定した状態で保つことが可能である。
【０３０６】
なお、フリー磁性層３６よりも下側に形成された合成磁気モーメントが図示左方向に向いており、フリー磁性層３６よりも上側に形成された合成磁気モーメントが図示右側に向いている場合には、センス電流１１４を図示Ｘ方向に流し、前記センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、前記合成磁気モーメントの方向とを一致させる必要がある。
【０３０７】
また図７及び図９では、フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断されて形成されたスピンバルブ型薄膜素子の形態であるが、図７に示すスピンバルブ型薄膜素子のように、非磁性導電層５５よりも下側に第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４が形成された場合にあっては、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の場合と同様のセンス電流方向の制御を行えばよい。
【０３０８】
また図９に示すスピンバルブ型薄膜素子のように、非磁性導電層７６よりも上側に第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７が形成されている場合にあっては、図３に示すスピンバルブ型薄膜素子の場合と同様のセンス電流方向の制御を行えばよい。
【０３０９】
以上のように本形態によれば、センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせることによって求めることができる合成磁気モーメントの方向とを一致させることにより、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）を増幅させ、前記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化の反平行状態（フェリ状態）を熱的に安定した状態に保つことが可能である。
【０３１０】
特に本形態では、より熱的安定性を向上させるために、反強磁性層にＰｔＭｎ合金などのブロッキング温度の高い反強磁性材料を使用しており、これによって、環境温度が、従来に比べて大幅に上昇しても、前記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化の反平行状態（フェリ状態）を壊れ難くすることができる。
【０３１１】
また高記録密度化に対応するためセンス電流量を大きくして再生出力を大きくしようとすると、それに従ってセンス電流磁界も大きくなるが、本形態では、前記センス電流磁界が、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の間に働く交換結合磁界を増幅させる作用をもたらしているので、センス電流磁界の増大により、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態はより安定したものとなる。
【０３１２】
なおこのセンス電流方向の制御は、反強磁性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であっても適用でき、例えば反強磁性層と固定磁性層（第１の固定磁性層）との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは必要でないかを問わない。
【０３１３】
さらに、従来のように、固定磁性層が単層で形成されていたシングルスピンバルブ型薄膜素子の場合であっても、前述したセンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化方向とを一致させることにより、前記固定磁性層の磁化を熱的に安定化させることが可能である。
【０３１４】
【実施例】
まず固定磁性層を、非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断して形成したスピンバルブ型薄膜素子を使用し、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の膜厚比と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）及びΔＭＲ（抵抗変化率）との関係について測定した。
【０３１５】
まず、第１の固定磁性層（反強磁性層に接する側の固定磁性層）を２０オングストローム又は４０オングストロームに固定し、第２の固定磁性層の膜厚を変化させて、前記第２の固定磁性層の膜厚と、交換結合磁界及びΔＭＲとの関係について調べた。実験に使用した膜構成は以下の通りである。
【０３１６】
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０又は４０）／非磁性中間層；Ｒｕ（７）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（Ｘ）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）
である。なお各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０３１７】
また、上記スピンバルブ型薄膜素子を成膜した後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２６０℃で４時間の熱処理を施した。その実験結果を図１４及び図１５に示す。
【０３１８】
図１４に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_Ｐ１を２０オングストロームで固定した場合、第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_Ｐ２を、２０オングストロームにすると、急激に交換結合磁界（Ｈｅｘ）は低下し、且つ、前記膜厚ｔ_Ｐ２を厚くすることにより、前記交換結合磁界は徐々に低下していくことがわかる。また前記第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_Ｐ１を４０オングストロームで固定した場合、第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_Ｐ２を４０オングストロームにすると急激に交換結合磁界は低下し、且つ前記膜厚ｔ_Ｐ２を４０オングストロームよりも大きくすると、徐々に交換結合磁界は低下していくことがわかる。また、前記膜厚ｔ_Ｐ２を４０オングストロームよりも小さくしていくと、約２６オングストロームまでは交換結合磁界は大きくなるが、前記膜厚ｔ_Ｐ２を２６オングストロームよりも小さくしていくと、交換結合磁界は小さくなっていくことがわかる。
【０３１９】
ところで第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_Ｐ２とがほぼ同じ膜厚で形成されると、急激に交換結合磁界が低下するのは、前記第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁化と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁化とが、互いに反平行に磁化されない、いわゆるフェリ状態になりにくいからではないかと推測される。
【０３２０】
上述した膜構成に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）は共にＣｏ膜で形成されているので、同じ飽和磁化（Ｍｓ）を有している。さらにほぼ同じ膜厚で形成されることにより、第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_Ｐ２）は、ほぼ同じ値で設定されている。
【０３２１】
本形態では、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用しているので、成膜後磁場中アニールを施すことにより、第１の固定磁性層（Ｐ１）との界面で交換結合磁界を発生させ、前記第１の固定磁性層（Ｐ１）をある一定方向に固定しようとしている。
【０３２２】
ところが、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁気モーメントがほぼ同じ値であると、磁場を印加して熱処理を施したときに、前記第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）とが、共に磁場方向に向こうとする。本来なら、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）との間には交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が発生し、前記第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁化と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁化は、反平行状態（フェリ状態）に磁化されようとするが、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁化が互いに磁場方向に向こうとするため、反平行状態に磁化されにくく、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁化状態は、外部磁界などに対し非常に不安定な状態となっている。
【０３２３】
このため、第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁気モーメントと第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁気モーメントとの差をある程度つけることが好ましいが、図１４に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_Ｐ１と第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_Ｐ２の差が大きくなりすぎ、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁気モーメントの差がありすぎると、交換結合磁界が低下し、反平行状態が崩れやすいという問題がある。
【０３２４】
図１６，１７は、第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_Ｐ２を３０オングストロームで固定し、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_Ｐ１を変化させたときの、前記第１の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ１と交換結合磁界（Ｈｅｘ）及びΔＭＲとの関係を表すグラフである。この実験で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は以下の通りである。
【０３２５】
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／ＰｔＭｎ（１５０）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（Ｘ）／非磁性中間層；Ｒｕ（７）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（３０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）である。なお各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０３２６】
また、上記スピンバルブ型薄膜素子を成膜した後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２６０℃で４時間の熱処理を施した。
【０３２７】
図１６に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_Ｐ１を３０オングストロームにした場合、すなわち第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_Ｐ２と同じ膜厚で形成した場合、交換結合磁界（Ｈｅｘ）は急激に低下することがわかる。これは上述した理由による。
【０３２８】
また、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_Ｐ１が約３２オングストロームのときも交換結合磁界は小さくなっていることがわかる。これは熱拡散層の発生により、第１の固定磁性層の磁気的な膜厚が実際の膜厚ｔ_Ｐ１よりも小さくなり、第２の固定磁性層の膜厚ｔ_Ｐ２（＝３０オングストローム）に近づくからである。
【０３２９】
前記熱拡散層は、反強磁性層と第１の固定磁性層との界面において、金属元素が拡散することによって形成されるが、前記熱拡散層は、この実験で使用した膜構成に示すように、フリー磁性層よりも下側に反強磁性層及び固定磁性層を形成した場合に発生しやすくなる。
【０３３０】
図１８は、デュアルスピンバルブ型薄膜素子を製作し、前記デュアルスピンバルブ型薄膜素子の２個の第２の固定磁性層を共に２０オングストロームに固定し、２個の第１の固定磁性層のそれぞれの膜厚を変化させた場合における、前記第１の固定磁性層の膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフである。この実験で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は以下の通りである。
【０３３１】
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）；Ｃｏ（Ｘ）／非磁性中間層；Ｒｕ（６）／第２の固定磁性層（Ｐ２ 下）；Ｃｏ（２０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／第２の固定磁性層（Ｐ２ 上）；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）；Ｃｏ（Ｘ）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／保護層；Ｔａ（３０）である。なお各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０３３２】
また、上記スピンバルブ型薄膜素子を成膜した後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２６０℃で４時間の熱処理を施した。
【０３３３】
なお、実験では、フリー磁性層よりも下側に形成された第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）を２５オングストロームで固定して、フリー磁性層よりも上側に形成された第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を変化させ、前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係について調べた。
【０３３４】
また、フリー磁性層よりも上側に形成された第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）を２５オングストロームで固定して、フリー磁性層よりも下側に形成された第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚を変化させ、前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚と交換結合磁界との関係について調べた。
【０３３５】
図１８に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）を２５オングストロームで固定し、第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を２０オングストロームに近づけていくと、徐々に交換結合磁界は大きくなっていくが、前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚が約１８〜２２オングストロームになると、第２の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚とほぼ同じ膜厚になることから、上述した理由により、急激に交換結合磁界は低下してしまう。また前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を２２オングストロームから３０オングストロームまで徐々に大きくしていくと、徐々に交換結合磁界は低下していくことがわかる。
【０３３６】
また図１８に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）を２５オングストローム７で固定し、第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚を２０オングストロームに近づけると、徐々に交換結合磁界は大きくなっていくが、前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚が約１８〜２２オングストロームになると、急激に交換結合磁界は低下している。また前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚を２２オングストロームよりも大きくすると、前記膜厚が約２６オングストロームまで交換結合磁界は大きくなるが、前記膜厚を２６オングストローム以上にすると、交換結合磁界は低下することがわかる。
【０３３７】
ここで、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚を約２２オングストローム程度にした場合の、第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）における交換結合磁界と、第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）における交換結合磁界とを比較すると、第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を約２２オングストローム程度にした場合の方が、第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）を約２２オングストローム程度にした場合に比べ交換結合磁界を大きくできることがわかる。これは前述したように、第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）と、反強磁性層との界面には、熱拡散層が形成されやすいので、前記第１の固定磁性層の磁気的な膜厚は、実質的に小さくなり、第２の固定磁性層（Ｐ２ 下）の膜厚とほぼ同程度になってしまうからである。
【０３３８】
以上、図１４、図１６、及び図１８に示す実験結果により、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を調べた。
【０３３９】
まず図１４に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）を２０オングストロームに固定した場合、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を、０．３３以上０．９１以下、あるいは１．１以上にしなければいけないことがわかる。なおこのときの第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚は、１０〜６０オングストローム（１８〜２２オングストロームを除く）の範囲内である。
【０３４０】
次に図１４に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）を４０オングストロームに固定した場合、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を、０．５７以上０．９５以下、１．０５以上４以下にしなければいけないことがわかる。なおこのときの第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚は、１０〜６０オングストローム（３８〜４２オングストロームを除く）の範囲内である。
【０３４１】
次に、図１６に示すように、第２の固定磁性層（Ｐ２）を３０オングストロームに固定した場合、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を、０．３３以上０．９３以下、あるいは１．０６以上２．３３以下にしなければいけないことがわかる。なおこのときの第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚は、１０〜７０オングストローム（２８〜３２オングストロームを除く）の範囲内である。
【０３４２】
さらに図１８に示すように、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）の範囲のうち、０．９以上１．１以下の範囲を外せば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができることがわかる。
【０３４３】
ここで５００（Ｏｅ）以上の交換結合を得ることができる最も広い膜厚比の範囲を取ると、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内となる。
【０３４４】
ただし、交換結合磁界は膜厚比のみならず、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚も重要な要素の一つであるので、さらに、上述した膜厚比の範囲内で、しかも第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚及び第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚を、１０〜７０オングストロームの範囲内とし、且つ第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚から第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚を引いた絶対値を２オングストローム以上にすれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能になる。
【０３４５】
次に、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を調べた。
【０３４６】
まず図１４に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）を２０オングストロームにした場合、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を０．５３〜０．９１、あるいは１．１以上にすれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。なおこのときの第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚は、１０〜３８オングストローム（１８〜２２オングストロームを除く）の範囲内である。
【０３４７】
また図１４に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）を４０オングストロームにした場合、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を０．８８〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。なおこのときの第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚は、２２〜４５オングストローム（３８〜４２オングストロームを除く）の範囲内である。
【０３４８】
さらに図１６に示すように、第２の固定磁性層（Ｐ２）を３０オングストロームに固定した場合、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を０．５６〜０．９３、あるいは１．０６〜１．６の範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。なおこのときの第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚は、１０〜５０オングストローム（２８〜３２オングストロームを除く）の範囲内である。
【０３４９】
また図１８に示すように、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を０．５〜０．９、あるいは１．１〜１．５程度の範囲内にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能となっている。
【０３５０】
従って、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内にし、さらに、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚を１０〜５０オングストロームの範囲内で、しかも第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚から第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚を引いた絶対値が2オングストローム以上であることが好ましい。
【０３５１】
なお図１５及び図１７に示すように、上述した膜厚比及び膜厚の範囲内であれば、ΔＭＲもそれほど低下せず、約６％以上のΔＭＲを得ることが可能である。このΔＭＲの値は従来のスピンバルブ型薄膜素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子に限る）のΔＭＲと同程度か若干低い値である。
【０３５２】
また図１５に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）を４０オングストロームにした場合、第２の固定磁性層（Ｐ１）を２０オングストロームにした場合に比べて、ややΔＭＲは小さくなることがわかる。
【０３５３】
前記第１の固定磁性層（Ｐ１）は、実際にはΔＭＲに関与しない層であり、前記ΔＭＲは、第２の固定磁性層（Ｐ２）の固定磁化と、フリー磁性層の変動磁化との関係で決定される。ところがセンス電流は、ΔＭＲに関与しない第１の固定磁性層（Ｐ１）にも流れるため、いわゆるシャントロス（分流ロス）が発生し、このシャントロスは、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚が厚くなるほど大きくなる。以上のような理由から、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚が厚くなるほど、ΔＭＲは低下しやすい傾向にある。
【０３５４】
次に、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の間に形成される非磁性中間層の適正な膜厚について測定した。なお、実験には、フリー磁性層よりも下側に反強磁性層が形成されたボトム型と、フリー磁性層よりも上側に反強磁性層が形成されたトップ型の２種類のスピンバルブ型薄膜素子を製作し、前記非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界との関係について調べた。実験に使用したボトム型のスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２００）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（Ｘ）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性導電層；Ｃｏ（１０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）であり、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／フリー磁性層；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（Ｘ）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２００）／Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位はオングストロームである。
【０３５５】
また各スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施している。その実験結果を図１９に示す。
【０３５６】
図１９に示すように、トップ型とボトム型とでは、Ｒｕ膜（非磁性中間層）の膜厚に対する交換結合磁界の挙動が大きく異なっていることがわかる。
【０３５７】
５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる範囲を好ましいとしているので、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子において、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能なＲｕ膜の膜厚は、２．５〜６．４オングストローム、あるいは６．６〜１０．７オングストロームの範囲内であることがわかる。さらに好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界が得られる範囲内であり、前記Ｒｕ膜の膜厚を、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．８〜１０．３オングストロームの範囲内にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界が得られることがわかる。
【０３５８】
次にボトム型のスピンバルブ型薄膜素子において、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能なＲｕ膜の膜厚は、３．６〜９．６オングストロームの範囲内であることがわかる。さらに、４．０〜９．４オングストロームの範囲内とすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能になる。
【０３５９】
ところで、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子と、ボトム型のスピンバルブ型薄膜素子とで、非磁性中間層の適性な膜厚の範囲が異なるのは、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が、下地膜の格子定数との関係や、あるいは、磁性層の伝導電子のエネルギーバンドの値の変化に非常に敏感に反応するためであると推測される。
【０３６０】
次に、４種類のスピンバルブ型薄膜素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）を製作し、各スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層（ＰｔＭｎ合金）の膜厚と、交換結合磁界との関係について測定した。
【０３６１】
参考例１，２は、固定磁性層が非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断されたスピンバルブ型薄膜素子、比較例１，２は、固定磁性層が単層で形成された従来型のスピンバルブ型薄膜素子である。
【０３６２】
まず参考例１のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成されたトップ型であり、膜構成は下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／フリー磁性層；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（４）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／Ｔａ（３０）であり、また実施例２のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層よりも下側に反強磁性層が形成されたボトム型であり、膜構成は下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）である。
【０３６３】
また比較例１のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成されたトップ型であり、膜構成は下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／フリー磁性層；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／固定磁性層；Ｃｏ（４０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／Ｔａ（３０）であり、また比較例２のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層よりも反強磁性層が下側に形成されたボトム型であり、膜構成は下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／固定磁性層；Ｃｏ（４０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）である。
【０３６４】
なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜構成において括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０３６５】
さらにスピンバルブ型薄膜素子の成膜後、参考例１，２にあっては、２００（Ｏｅ）の磁場、比較例１，２にあっては、２ｋ（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施している。その実験結果を図２０に示す。
【０３６６】
図２０に示すように、４種類のスピンバルブ型薄膜素子は全て、ＰｔＭｎ合金の膜厚を厚くすることにより、交換結合磁界を大きくできることがわかる。
【０３６７】
ここで、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得られる範囲を好ましい範囲としているから、比較例１，２では、共にＰｔＭｎ合金の膜厚を少なくとも２００オングストローム以上で形成しなければ、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができないことがわかる。
【０３６８】
一方、参考例１，２においては、ＰｔＭｎ合金の膜厚を９０オングストローム以上にすれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であることがわかる。そこで、ＰｔＭｎ合金の好ましい膜厚の範囲を９０〜２００オングストロームの範囲内に設定している。
【０３６９】
さらに図２０に示すように、参考例１，２のＰｔＭｎ合金の膜厚を１００オングストローム以上にすれば、少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であるとわかる。そこで、よりも好ましいＰｔＭｎ合金の膜厚を１００〜２００オングストロームの範囲内に設定している。
【０３７０】
次に、２種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を製作し、各スピンバルブ型薄膜素子における反強磁性層（ＰｔＭｎ合金）の膜厚と、交換結合磁界との関係について測定した。
【０３７１】
実施例は、固定磁性層が非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断して形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子、比較例は、固定磁性層が単層で形成された従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
【０３７２】
まず実施例のスピンバルブ型薄膜素子における膜構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（ｘ）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（６）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／Ｔａ（３０）であり、比較例のスピンバルブ型薄膜素子における膜構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／固定磁性層；Ｃｏ（３０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／固定磁性層；Ｃｏ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／Ｔａ（３０）である。
【０３７３】
なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜構成における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０３７４】
また各スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、実施例では、２００（Ｏｅ）の磁場を、比較例では２ｋ（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２６０℃で４時間の熱処理を施している。その実験結果を図２１に示す。
【０３７５】
図２１に示すように、比較例ではＰｔＭｎ合金の膜厚を約２００オングストローム以上で形成しないと、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができないとわかる。
【０３７６】
これに対し、実施例では、ＰｔＭｎ合金の膜厚を、１００オングストローム以上で形成すれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができるとわかる。そこで、好ましい反強磁性層の膜厚を１００〜２００オングストロームの範囲内に設定している。さらに実施例では、ＰｔＭｎ合金の膜厚を１１０オングストローム以上で形成すれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であるため、より好ましい反強磁性層の膜厚を１１０〜２００オングストロームの範囲内に設定している。
【０３７７】
また図２２は、ＰｔＭｎ合金の膜厚と、ΔＭＲとの関係を示すグラフである。
図２２に示すように、比較例では、ＰｔＭｎ合金の膜厚を２００オングストローム以上で形成すると、約１０％以上のΔＭＲを得ることが可能となっているが、実施例においては、ＰｔＭｎ合金の膜厚を１００オングストローム程度に薄くしても、従来とほぼ同じ程度のΔＭＲを確保できることがわかる。
【０３７８】
ところで、スピンバルブ型薄膜素子における積層膜のうち、最も膜厚の厚いのは反強磁性層である。このため、図２０及び図２１に示すように、前記反強磁性層の膜厚を薄くしても、具体的には従来のスピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層の膜厚の半分以下で形成しても、大きい交換結合磁界を得ることが可能となっている。このため、スピンバルブ型薄膜素子全体の膜厚を薄くすることができ、図１３に示すように、前記スピンバルブ型薄膜素子１２２の上下に形成されるギャップ層１２１，１２５の膜厚を絶縁性を確保できる程度に充分に厚くしても、ギャップ長Ｇｌを小さくでき、狭ギャップ化を実現できる。
【０３７９】
次に、フリー磁性層を非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断して形成したスピンバルブ型薄膜素子を製作し、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比と、交換結合磁界との関係について測定した。まず、第１のフリー磁性層（非磁性導電層に接し、ΔＭＲに直接関与する側のフリー磁性層）の膜厚を５０オングストロームで固定し、第２のフリー磁性層（ΔＭＲに直接関与しない側のフリー磁性層）の膜厚を変化させた。膜構成は下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／第２のフリー磁性層（Ｆ２）；ＮｉＦｅ（Ｘ）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第１のフリー磁性層（Ｆ１）；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／Ｒｕ（８）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／Ｔａ（３０）であり、各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０３８０】
なおスピンバルブ型薄膜素子を成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施している。
【０３８１】
図２３に示すように、第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚が４０オングストローム程度まで大きくなると、交換結合磁界は大きくなることがわかる。また、前記第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚が６０オングストローム以上になると、徐々の交換結合磁界は低下していくことがわかる。
【０３８２】
前記第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚が４０〜６０オングストロームの範囲内であると、交換結合磁界は急激に小さくなり測定不可能であった。その原因は、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚（＝５０オングストローム）と、第２のフリー磁性層の膜厚とがほぼ同じ値になるため、前記第１のフリー磁性層（Ｆ１）及び第２のフリー磁性層（Ｆ２）の磁気モーメントがほぼ同じになり、印加磁場に対し、前記第１のフリー磁性層（Ｆ１）の磁化及び第２のフリー磁性層（Ｆ２）の磁化が両方とも印加磁場方向へ向こうとする。磁気モーメントの値が異なれば、第１のフリー磁性層（Ｆ１）と第２のフリー磁性層（Ｆ２）との間には交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が発生し、前記第１のフリー磁性層（Ｆ１）の磁化と第２のフリー磁性層（Ｆ２）の磁化とが反平行の状態になろうとするが、前述のように、前記第１のフリー磁性層（Ｆ１）の磁化及び第２のフリー磁性層（Ｆ２）の磁化が両方とも同一方向に向こうとするため、前記第１のフリー磁性層（Ｆ１）と第２のフリー磁性層（Ｆ２）との磁化状態は不安定化し、後述するように、前記第２のフリー磁性層（Ｆ２）の変動磁化と、固定磁性層（第１の固定磁性層）の固定磁化との相対角度が制御できなくなり、ΔＭＲは急激に低下する。
【０３８３】
５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる範囲を好ましい範囲に設定しているので、図２３に示すように、（第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚）を、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内で形成すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができるとわかる。
【０３８４】
さらに前記（第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚／第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚）を、０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内で形成すれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができてより好ましい。
【０３８５】
次に、フリー磁性層を非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断して形成したスピンバルブ型薄膜素子を製作し、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比と、ΔＭＲとの関係について測定した。まず、第２のフリー磁性層（ΔＭＲに直接関与しない側のフリー磁性層）を２０オングストロームで固定し、第１のフリー磁性層（非磁性導電層に接し、ΔＭＲに直接関与する側のフリー磁性層）の膜厚を変化させた。膜構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／第２のフリー磁性層；ＮｉＦｅ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第１のフリー磁性層；ＮｉＦｅ（Ｘ）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃu（２０）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５）／Ｔａ（３０）であり、各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０３８６】
なお、スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加して２６０℃で４時間の熱処理を施している。また上記膜構成を見てわかるように、第１のフリー磁性層は２層で形成されており、ＮｉＦｅ膜の膜厚を変化させている。その実験結果を図２４に示すが、図２４に示す横軸は、ＮｉＦｅ合金の膜厚と、Ｃｏ膜の膜厚（＝１０オングストローム）を足した第１のフリー磁性層総合の膜厚である。
【０３８７】
図２４に示すように、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚が、２０オングストロームに近づくと、第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚とほぼ同程度になるため、ΔＭＲは急激に低下することがわかる。また、図２４に示すように、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚が約３０オングストローム以上になると、ΔＭＲは上昇し、従来のスピンバルブ型薄膜素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）と同程度のΔＭＲを得ることが可能である。
【０３８８】
ところで、図２３から導き出した５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能な（第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚）の範囲を、図２４上に表してみると、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚）を１．２５〜５の範囲内にすれば、高いΔＭＲを得ることが可能となっている。
【０３８９】
次に、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚を変化させて、前記非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界との関係について測定した。実験に使用したスピンバルブ型薄膜素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）の膜構成は下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／Ｒｕ（６）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／第１のフリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（５０）／非磁性中間層；Ｒｕ（Ｘ）／第１のフリー磁性層；ＮｉＦｅ（３０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／Ｒｕ（８）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／Ｔａ（３０）であり、各層における括弧内の数値は膜厚を表しており、単位はオングストロームである。
【０３９０】
なおスピンバルブ型薄膜素子を成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施している。その実験結果を図２０に示す。
【０３９１】
図２０に示すように、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、Ｒｕ膜の膜厚を５．５〜１０．０オングストロームの範囲内で形成すればよいことがわかる。また１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、Ｒｕ膜の膜厚を５．９〜９．４オングストロームの範囲内で形成すればよいことがわかる。
【０３９２】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、固定磁性層を非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断して形成し、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化を反平行状態にすれば、前記固定磁性層の磁化状態を非常に安定した状態に保つことが可能である。
【０３９３】
特に本発明では、センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントとを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントの方向とを一致させることにより、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態をさらに熱的に安定されることが可能である。
【０３９４】
なおこのセンス電流方向の制御は、反強磁性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であっても適用でき、例えば反強磁性層と固定磁性層（第１の固定磁性層）との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは必要でないかを問わない。
【０３９５】
さらに、従来のように、固定磁性層が単層で形成されていたシングルスピンバルブ型薄膜素子の場合であっても、前述したセンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化方向とを一致させることにより、前記固定磁性層の磁化を熱的に安定化させることが可能である。
【０３９６】
また本発明では、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比、及び膜厚を適性な範囲内で調節することにより、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界、さらに好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０３９７】
また本発明では、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層を、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｅ，Ｃｕなどで形成し、さらに、フリー磁性層よりも上側に前記非磁性中間層が形成される場合と、下側に非磁性中間層が形成される場合とで、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で調節することにより、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができ、より好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０３９８】
さらに本発明では、反強磁性層として、ブロッキング温度が高く、また固定磁性層（第１の固定磁性層）との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）が大きく、しかも耐食性に優れた反強磁性材料として、ＰｔＭｎ合金を使用している。あるいはＸ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）で形成してもよい。
【０３９９】
本発明のように、固定磁性層を第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断した場合では、前記反強磁性層の膜厚を、従来の反強磁性層の半分程度の膜厚で形成しても、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができ、より好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０４００】
さらに本発明では、フリー磁性層が固定磁性層と同様に、非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層に分断されて形成されていることが好ましい。第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間には交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が発生し、前記第１のフリー磁性層の磁化と第２のフリー磁性層の磁化とが反平行状態に磁化され、外部磁界に対して感度よく反転できるようになる。
【０４０１】
また本発明では、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比を適正な範囲内で形成し、さらに前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層をＲｕ膜などで形成し、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で形成すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であり、より好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【０４０２】
さらに本発明によれば、第１の固定磁性層との界面において熱処理を必要とする反強磁性層を使用した場合に、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントの大小を適正に調節し、さらに前記熱処理中に印加する磁場の方向及びその大きさを適正に調節することによって、第１の固定磁性層の磁化を向けたい方向に向けることができ、しかも前記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化とを反平行状態に適正に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のスピンバルブ型薄膜素子の横断面図、
【図２】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】参考例のスピンバルブ型薄膜素子の横断面図、
【図４】図３に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図５】本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の横断面図、
【図６】図５に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図７】参考例のスピンバルブ型薄膜素子の横断面図、
【図８】図７に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図９】参考例のスピンバルブ型薄膜素子の横断面図、
【図１０】図９に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１１】参考例のスピンバルブ型薄膜素子の横断面図、
【図１２】図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１３】読み出しヘッド（再生ヘッド）を記録媒体との対向面からみた断面図、
【図１４】第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚を２０、あるいは４０オングストロームで固定した場合の、第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚と、交換結合磁界との関係、及び（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図１５】第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚を２０、あるいは４０オングストロームで固定した場合の、第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚と、ΔＭＲ（％）との関係を示すグラフ、
【図１６】第２の固定磁性層（Ｐ２）を３０オングストロームで固定した場合の、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚と、交換結合磁界との関係、及び（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図１７】第２の固定磁性層（Ｐ２）を３０オングストロームで固定した場合の、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚と、ΔＭＲ（％）との関係を示すグラフ、
【図１８】デュアルスピンバルブ型薄膜素子において、第１の固定磁性層（上）の膜厚及び第１の固定磁性層（下）の膜厚と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係、さらに（第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２ 上）の膜厚）及び（第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２ 下）の膜厚）と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図１９】第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の間に介在するＲｕ（非磁性中間層）の膜厚と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図２０】４種類のスピンバルブ型薄膜素子を使用し、各スピンバルブ型薄膜素子のＰｔＭｎ（反強磁性層）の膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図２１】２種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のＰｔＭｎ（反強磁性層）の膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図２２】２種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のＰｔＭｎ（反強磁性層）の膜厚と、ΔＭＲ（％）との関係を示すグラフ、
【図２３】第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚を５０オングストロームで固定した場合、第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係、及び（第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚）と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図２４】第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚を２０オングストロームで固定した場合、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚とΔＭＲ（％）との関係、及び（第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚）とΔＭＲ（％）との関係を示すグラフ、
【図２５】第１のフリー磁性層（Ｆ１）と第２のフリー磁性層（Ｆ２）の間に介在するＲｕ（非磁性中間層）の膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図２６】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子、及び従来におけるスピンバルブ型薄膜素子におけるヒステリシスループ、
【図２７】反強磁性層をＰｔＭｎで形成した場合、ＮｉＯで形成した場合、及びＦｅＭｎで形成した場合の各スピンバルブ型薄膜素子における環境温度（℃）と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図２８】従来におけるスピンバルブ型薄膜素子の横断面図、
【図２９】図２８に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【符号の説明】
１０、３０、５０、７０、９１ 下地層
１１、２８、３１、４４、５１、８０、９２、１０８ 反強磁性層
１２、２７、５２、７９ 第１の固定磁性層
１３、２６、３３、４２、５３、５９、７２、７８、９４、１００、１０６ 非磁性中間層
１４、２５、５４、７７ 第２の固定磁性層
１５、２４、３５、４０、５５、７６、９６、１０４ 非磁性導電層
１６、２１、３６ フリー磁性層
１９、２９、４５、６１、８１、１０９ 保護層
３２、９３ 第１の固定磁性層（下）
３４、９５ 第２の固定磁性層（下）
４１、１０５ 第２の固定磁性層（上）
４３、１０７ 第１の固定磁性層（上）
５６、７３、１０１ 第１のフリー磁性層
６０、７１、９７ 第２のフリー磁性層
６２、８２、１３０ ハードバイアス層
６３、８３、１３１ 導電層
１１２、１１３、１１４ センス電流

Claims (4)

1. フリー磁性層の上に形成された上側非磁性導電層と、前記フリー磁性層の下に形成された下側非磁性導電層と、前記上側非磁性材料層の上に形成された上側固定磁性層と、前記下側非磁性導電層の下に形成された下側固定磁性層と、前記上側固定磁性層の上に形成された上側反強磁性層と、前記下側固定磁性層の下に形成された下側反強磁性層と、を有し、
   前記上側固定磁性層及び前記下側固定磁性層の固定磁化と交叉する方向にセンス電流が流されることにより、前記上側固定磁性層及び下側固定磁性層の固定磁化方向と前記フリー磁性層の変動磁化との関係によって変化する電気抵抗が検出されるスピンバルブ型薄膜素子において、
   前記上側固定磁性層及び前記下側固定磁性層は、前記反強磁性層に接する第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して重ねられる第２の磁性層の積層構造で形成されており、
   前記上側固定磁性層と前記下側固定磁性層の一方で、前記第１の磁性層の磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ・膜厚ｔ）は、前記第２の磁性層の磁気モーメントよりも大きく形成され、他方で、前記第１の磁性層の磁気モーメントは、前記第２の磁性層の磁気モーメントよりも小さく形成され、
   各前記第１の磁性層は、共に同一方向に固定され、各前記第２の磁性層は前記第１の磁性層に反平行に磁化されて、前記各第２の磁性層は、共に同一方向に固定され、
   前記上側固定磁性層の前記第１の磁性層の磁気モーメントと前記第２の磁性層の磁気モーメントとの合成磁気モーメント、および、前記下側固定磁性層の前記第１の磁性層の磁気モーメントと前記第２の磁性層の磁気モーメントとの合成磁気モーメントが、互いに逆方向を向いており、
   前記第１の磁性層／前記非磁性中間層／前記第２の磁性層の部分に形成されるセンス電流磁界の方向が、前記フリー磁性層の上下に形成された双方の前記合成磁気モーメントの方向と同一方向となる方向に前記センス電流が流されるものであり、
   前記反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、あるいは、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）で形成されることを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
2. 前記反強磁性層は、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）で形成される請求項１記載のスピンバルブ型薄膜素子。
3. 前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に形成される前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成される請求項１又は２に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載されたスピンバルブ型薄膜素子の上下に、ギャップ層を介してシールド層が形成されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。

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