JP3859960B2 - Spin valve thin film magnetic element and thin film magnetic head provided with the spin valve thin film magnetic element - Google Patents

Spin valve thin film magnetic element and thin film magnetic head provided with the spin valve thin film magnetic element Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層（ピン（Pinned）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（Free）磁性層の磁化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磁気素子および、このスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、特に、狭トラック化に対応して、出力の向上とスタビリティの向上とを図り、バルクハウゼンノイズ発生の低減等、素子の安定性を向上させ、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができるスピンバルブ型薄膜磁気素子に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】
図３５は、従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
図３５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、フリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
このスピンバルブ型薄膜素子では、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。
【０００４】
図３５における従来のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、下から下地層１０６、反強磁性層１０１、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）１０２、非磁性導電層１０３、フリー（Free）磁性層１０４、および保護層１０７で構成された積層体１０９と、この積層体１０９の両側に形成された一対のハードバイアス層１０５，１０５と、このハードバイアス層１０５，１０５の上に形成された一対の電極層１０８，１０８とで構成されている。下地層１０６は、Ｔａ（タンタル）などからなり、反強磁性層１０１が、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などから形成されている。さらに、前記固定磁性層１０２およびフリー磁性層１０４は、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などから形成され、非磁性導電層１０３にはＣｕ（銅）膜が適応され、また、ハードバイアス層１０５，１０５が、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルトー白金）合金などで形成され、電極層１０８，１０８がＴａ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｗなどで形成されている。
【０００５】
前記固定磁性層１０２は、前記反強磁性層１０１に接して形成されることにより、前記固定磁性層１０２と反強磁性層１０１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１０２の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されている。
前記ハードバイアス層１０５，１０５が図示Ｘ１方向に磁化されていることで、これらハードバイアス層１０５，１０５によって挟まれたフリー磁性層１０４の変動磁化が図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１０４の変動磁化と前記固定磁性層１０２の固定磁化とが交差する関係となっている。
【０００６】
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層１０５の上に形成された電極層１０８から、固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３、フリー（Free）磁性層１０４、に検出電流（センス電流）が与えられる。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がＹ方向に与えられると、フリー磁性層１０４の磁化がＸ１方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層１０４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層１０２の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、（これを磁気抵抗（ＭＲ）効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【０００７】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層１０４の変動磁化が、このフリー磁性層１０４の両側のハードバイアス層１０５，１０５によりしっかりと固定されたタイプ（abutted junction type）とされており、フリー磁性層１０４の磁化の安定性が高い。
通常、フリー磁性層１０４は、その両側に形成されトラック幅方向に磁化されたハードバイアス層１０５の影響を受けて、前記フリー磁性層１０４の磁化がトラック幅方向に揃えられる。しかし、前記ハードバイアス層１０５の影響は、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど、すなわち前記ハードバイアス層１０５から距離的に離れるほど小さくなる。
【０００８】
図３６，図３７は、図３５に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
ここで、スピンバルブ型薄膜素子の再生出力は、再生トラック幅方向（図３５に示すＸ１方向）にある分布を有しており、積層体１０９の中央部分が、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与し、磁気抵抗効果を発揮する程度に再生出力の高い感度領域１０９ａであり、再生トラック幅Ｔｗに対応している。そして、積層体１０９における感度領域１０９ａの両側に位置する部分は、図３６に示すように、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与しない程度に再生出力の低い不感領域１０９ｂ，１０９ｂとなっている。
この積層体に占める感度領域１０９ａおよび不感領域１０９ｂは、後述するマイクロトラックプロファイル法によって測定される。
【０００９】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、その出力のインスタビリティが小さいほうが好ましい。
そして、メディアへの磁気記録に際して、記録密度の向上への要求が存在し、これに伴って、スピンバルブ型薄膜素子では、再生トラック幅が１μｍ以下、さらに０．５μｍ程度以下、特に０．４μｍ以下への狭トラック化と、同時に出力の低下防止という強い要求があった。
【００１０】
しかし、このタイプ（abutted junction type ）のようなスピンバルブ型薄膜素子において、トラック幅を狭く設定した場合には、再生出力そのものが低下してしまうという問題があった。
というのも、上記のようなトラック幅方向の再生出力分布は、感度領域１０９ａに対応するフリー磁性層１０４中央部分の感度領域１０４ａに比べて、ハードバイアス層１０５に近い部分の不感領域１０４ｂの方が、ハードバイアス層１０５，１０５に近い分だけ、このハードバイアス層１０５からの磁界が強く、その分フリー磁性層１０４の変動磁化に対する固定が強固に固定されていることに起因する。つまり、前記ハードバイアス層１０５の影響が、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど、すなわち前記ハードバイアス層１０５から距離的に離れるほど小さくなるため、不感領域１０４ｂ，１０４ｂができると考えられる。
ここで、不感領域１０４ｂ，１０４ｂは、あくまで、ハードバイアス層１０５からの磁界によってフリー磁性層１０４の変動磁化の回転が鈍くなっている部分を指すものであり、物理的トラック幅と光学トラック幅寸法との差とは異なるものである。
このため、不感領域１０４ｂのトラック幅方向長さ寸法は、スピンバルブ型薄膜素子のトラック幅方向寸法に依存しないため、狭トラック化を図って積層体１０９全体のトラック幅寸法を小さく設定した場合にも、不感領域１０４ｂ，１０４ｂのトラック幅方向寸法は変化せず、狭くならない。
【００１１】
したがって、狭トラック化を図りトラック幅寸法を狭く設定した場合には、結果的に、あたかも感度領域１０４ａが減少したようになり、両脇の不感領域１０４ｂ，１０４ｂに対応する再出力分布曲線がトラック幅方向中心に移動してしまう。
特に、一層の狭トラック化を図り、再生トラック幅寸法を０．４μｍ以下程度に設定した場合には、あたかも感度領域１０４ａが無くなってトラック幅方向全体が、不感領域１０４ｂになったようになり、図３７に示すように、スピンバルブ型薄膜素子全体としての再生出力つまり再生出力の最大値そのものが減少してしまうという問題があった。
【００１２】
一方、金属膜の多層構造であるスピンバルブ型薄膜素子は、その上下、およびハイト奥側の側面が、絶縁膜（ギャップ膜）により覆われ、前記ハイト側の逆側（すなわちＡＢＳ面側；正面側）の面が外部に露出した構造となっており、前記スピンバルブ型薄膜素子におけるフリー磁性層の中央付近には、ハイト方向に引っ張り応力が働いている。
【００１３】
したがって、再生トラック幅寸法を１μｍ程度以上程度に設定した場合には、前述したように、前記ハードバイアス層１０５の影響が、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど小さくなるため、特に、フリー磁性層１０４の中央付近では、前記フリー磁性層１０４に加わる応力と磁歪とで求めることができる逆磁歪効果による一軸磁気異方性磁界の影響が、大きくなっている。
前述したように、フリー磁性層１０４の中央部付近には、ハイト方向に引っ張り応力が働いているため、前記フリー磁性層１０４の磁歪が正の値で、しかもその値が大きくなるほど、逆磁歪効果によるハイト方向への磁化回転容易性は大きくなり、ハイト方向が磁化容易軸方向となってしまう。このような状態であると、フリー磁性層の中央付近における磁化は、ハイト方向に向きやすく、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなるといった問題が起こる。
【００１４】
言い換えると、フリー磁性層１０４に磁歪が発生していると、磁気履歴ヒステリシスが発生する可能性があり、図３８に示すように、フリー磁性層１０４内に、あたかも、磁壁１０４ｃ，１０４ｃができたように、単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生しやすくなるという可能性があった。
例えば、ヒステリシスが発生した場合には、図３９に示すヒステリシスのない場合の再生波形に対して、図４０に示すように、ベースラインシフト（Baseline shift )が出て、再生波形がシンメトリー（対称形）にならない。ここで、図３９、図４０は、スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
したがって、スピンバルブ型薄膜素子において、磁歪によって生じる影響を低減しようとしていた。
【００１５】
さらに、根本的に、スピンバルブ型薄膜素子におけ狭トラック化を図るとともに、より一層の出力特性の向上、および、感度の向上を図りたいという要求が存在していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼ スピンバルブ型薄膜素子において狭トラック化に対応し出力特性の向上を図ること。
▲２▼ 再生波形の安定性（stability）の向上を図ること。
▲３▼ 磁歪のコントロールを図ること。
▲４▼ 上記のようなスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供すること。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度Ｃ Ｎｉ （原子％）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，Ｃ Ｎｉ ）で示すように、点Ｈ １ （０．１８，８１），点Ｉ １ （０．１７，８０．５），点Ｊ １ （０．１５，７７．３），点Ｋ １ （０．１３，７６．８），点Ｌ １ （０．１，７５），点Ｍ １ （０．１，７０．２），点Ｎ １ （０．１３，７０．２），点Ｏ １ （０．１５，７０．２），点Ｐ １ （０．１７，７０．２），点Ｑ １ （０．１８，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることにより上記課題を解決した。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度Ｃ Ｎｉ （原子％）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，Ｃ Ｎｉ ）で示すように、点Ｆ ２ （０．２０，８１．５），点Ｇ ２ （０．１９，８１），点Ｈ ２ （０．１８，８０），点Ｊ ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ ２ （０．１，７５），点Ｍ ２ （０．１，７０．６），点Ｎ ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ ２ （０．１５，７０．６），点Ｑ ２ （０．１８，７１．７），点Ｒ ２ （０．１９，７２），点Ｓ ２ （０．２０，７２．５）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることにより上記課題を解決した。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、点Ｇ２ （０．１９，８１），点Ｈ２ （０．１８，８０），点Ｊ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ２ （０．１，７５），点Ｍ２ （０．１，７０．６），点Ｎ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ２ （０．１５，７０．６），点Ｑ２ （０．１８，７１．７），点Ｒ２ （０．１９，７２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、点Ｉ１ （０．１７，８０．５），点Ｊ１ （０．１５，７７．３），点Ｋ１ （０．１３，７６．８），点Ｌ１ （０．１，７５），点Ｍ１ （０．１，７０．２），点Ｎ１ （０．１３，７０．２），点Ｏ１ （０．１５，７０．２），点Ｐ１ （０．１７，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、点Ｈ２ （０．１８，８０），点Ｊ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ２ （０．１，７５），点Ｍ２ （０．１，７０．６），点Ｎ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ２ （０．１５，７０．６），点Ｑ２ （０．１８，７１．７）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、点Ｊ１ （０．１５，７７．３），点Ｋ１ （０．１３，７６．８），点Ｌ１ （０．１，７５），点Ｍ１ （０．１，７０．２），点Ｎ１ （０．１３，７０．２），点Ｏ１ （０．１５，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、点Ｊ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ２ （０．１，７５），点Ｍ２ （０．１，７０．６），点Ｎ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ２ （０．１５，７０．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
本発明の前記基板上には、前記各層が、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層されてなることが好ましい。
本発明において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることができる。
本発明において、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされていてもよい。
本発明において、前記フリー磁性層の前記再生トラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１〜３：２の比率に設定されてなることができる。
本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、上述のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことにより上記課題を解決することができる。
【００１８】
通常、１μｍ程度のトラック幅を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子において、例えば、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、およびフリー磁性層、を積層して、形成された積層体において、実際には、この積層体全体が磁気抵抗効果を発揮するのではなく、その中央領域のみが再生感度に優れており、実質的にこの中央領域のみが、磁気抵抗効果を発揮する領域となっている。
この再生感度に優れた積層体の領域を感度領域と呼び、前記感度領域の両側であって、再生感度の悪い領域を不感領域と呼ぶが、積層体に占める感度領域および不感領域は、マイクロトラックプロファイル法によって測定される。
以下、マイクロトラックプロファイル法について、図４１に基づいて説明する。
【００１９】
図４１に示すように、磁気抵抗効果を発揮する積層体と、その両側に形成されたハードバイアス層と、このハードバイアス層上に形成された電極層とを有し、かつ、磁歪の影響を無視し得る、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を基板上に形成する。
次に、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡によって、積層体の上面の幅寸法Ａを測定する。この幅寸法Ａは光学的方法によって測定されたトラック幅Ｔｗ（以下、光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗという）として定義され、１μｍ程度に設定される。
【００２０】
そして、磁気記録媒体上に、微小トラックとして、所定の信号を記録しておき、スピンバルブ型薄膜磁気素子を、この微小トラック上でトラック幅方向に走査させることにより、積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定する。あるいは、微小トラックが形成された磁気記録媒体側を、スピンバルブ型薄膜磁気素子上にトラック幅方向に走査させて積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定してもよい。その測定結果の一例が、図４１の下側に示されている。
【００２１】
この測定結果によると、積層体の中央付近では、再生出力が高くなり、前記積層体の側部付近では、再生出力が低くなることがわかる。この結果から、積層体の中央付近では、良好に磁気抵抗効果が発揮され、再生機能に関与するが、その両側部付近においては、磁気抵抗効果が悪化して再生出力が低く、再生機能が低下している。
【００２２】
通常、図４１に示すように、積層体上面におけるトラック幅寸法Ａのうち、最大再生出力に対して５０％以上の再生出力が発生する積層体上面の幅寸法Ｂで形成された領域を感度領域と定義し、最大再生出力に対して５０％以下の再生出力しか発生しない積層体上面の幅寸法Ｃを有して形成された領域を不感領域として定義する。ここで、不感領域は、ハードバイアス層からの磁界によってフリー磁性層の変動磁化の回転が鈍くなっている部分であり、物理的トラック幅と光学トラック幅寸法との差とは異なるものである。
【００２３】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層とが積層されて積層体を形成し、この積層体のトラック幅方向両側位置に、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有し、前記積層体上面において後述するマイクロトラッププロファイル法により定義された磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されるとともに、前記フリー磁性層の少なくとも一部がＮｉＦｅ合金からなり、そのＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が７０．２％≦ＣNi≦８９．９％の範囲に設定されてなることにより、狭トラック化によって低下するスピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力を向上することができる。
【００２４】
スピンバルブ型薄膜素子において、トラック幅が１μｍ程度に設定された場合に比べて、トラック幅が０．４μｍ以下に設定されている場合には、このままでは、前述したようにスピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力が低下するが、本発明では、逆磁歪効果により再生出力の向上を図るため、フリー磁性層の組成を設定している。
【００２５】
ここで、磁歪とスピンバルブ型薄膜磁気素子の出力との関係について説明する。
【００２６】
一般的に、平面的に成膜された膜にかかっている応力というのは、その膜面内方向でほぼ等方的な状態になっている。しかし、例えばスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層に対するＡＢＳ面のように、一部を切断することにより一部が開放された膜においては、膜面内における応力分布が異方的になってしまう。例えば、この場合、フリー磁性層内には、素子高さ方向（ストライプハイト方向）に引張応力が異方的にはたらくことになる。
ここで、磁性体、いまの場合フリー磁性層の磁歪がゼロの場合には、フリー磁性層を磁化したときにも磁歪が起こることはない。したがって、フリー磁性層の磁歪によって誘導される磁気異方性は等方的になっている。
しかし、磁歪をプラス、つまり磁化した方向に伸びる状態に設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出することになる。つまり、この引張応力の作用するフリー磁性層においては、前記引張応力の方向を磁化容易軸とすることができる。
したがって、フリー磁性層の磁化変化状態はハードバイアス層からの磁界によりトラック幅方向に固定されているが、素子高さ方向の磁気異方性を有することにより、そのハードバイアスの磁界に反して（打ち勝って）、磁化容易軸方向、つまり素子高さ方向に割と回転しやすくなる。
その結果、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層の変動磁化方向が、固定磁性層の固定磁化方向に対して回転することにより発現する磁気抵抗効果による抵抗変化がおこりやすくなるため、再生出力の増大を見込むことができる。
【００２７】
一方、スピンバルブ型薄膜素子において、上記のようにトラック幅が０．４μｍ以下に設定されている場合には、ハードバイアス層の影響を受けて前記フリー磁性層の磁化がトラック幅方向に揃えられる際に、フリー磁性層には、前述した感度領域の生じるほど前記ハードバイアス層から距離的に離れている部分がないため、トラック幅が０．４μｍより広い場合において、トラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。
従って、上記のようにフリー磁性層を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）を設定することによって、フリー磁性層における素子高さ方向の磁歪λｓを―７．０×１０ −６ ≦λｓ≦２．０×１０ −５ の範囲に設定することが可能となるとともに、トラック幅が広い場合に比較してトラック幅方向において、フリー磁性層の変動磁化の回転容易性が分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることを防止することができる。
このため、フリー磁性層には、トラック幅方向において、感度のばらつく領域が形成されることがなく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００２８】
本発明においては、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以上に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができる可能性があるとともに、前記フリー磁性層を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が７０．２％より小さく設定された場合には、フリー磁性層におけるハードバイアス層からの保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下するため好ましくない。また、前記フリー磁性層を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が８９．９％より大きく設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
ここで、前述のように前記フリー磁性層を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が設定された場合において、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、―７．０×１０-6より小さく設定されると、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。また、磁歪λｓが２．０×１０-5以上に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下するため好ましくない。
【００２９】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ａ1 （０．４，８９．９），点Ｂ1 （０．３５，８９），点Ｃ1 （０．３，８７．７），点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５），点Ｖ1 （０．３，７３．６），点Ｗ1 （０．３５，７５．６），点Ｘ1 （０．４，７７．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、これにより、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＡ1 （０．４，６），点ＳＢ1 （０．３５，８），点ＳＣ1 （０．３，１２．５），点ＳＤ1 （０．２５，１８），点ＳＥ1 （０．２３，２０），点ＳＦ1 （０．２，２０），点ＳＧ1 （０．１９，２０），点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７．２），点ＳＯ1 （０．１８，１），点ＳＰ1 （０．１９，０），点ＳＱ1 （０．２，−０．７），点ＳＲ1 （０．２２，−２），点ＳＳ1 （０．２５，−３），点ＳＴ1 （０．３，−５），点ＳＵ1 （０．３５，−６．３），点ＳＶ1 （０．４，−７）で囲まれた対応する範囲内の値に設定することが可能となる
ここで、図４２，４３は、本発明における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。上記の範囲以外に前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図１において点Ａ1 ，点Ｘ1 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNiが、点Ａ1 ，点Ｂ1 ，点Ｃ1 ，点Ｄ1 ，点Ｅ1 ，点Ｆ1 ，点Ｇ1 ，点Ｈ1 ，点Ｉ1 ，点Ｊ1 ，点Ｋ1 ，点Ｌ1 より上側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
▲１▼ 前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNiが、点Ｍ1 ，点Ｎ1 ，点Ｏ1 ，点Ｐ1 ，点Ｑ1 ，点Ｒ1 ，点Ｓ1 ，点Ｔ1 より下側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲３▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ｔ1 ，点Ｕ1 ，点Ｖ1 ，点Ｗ1 ，点Ｘ1 より下側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
ここで、本発明のように磁歪を大きくしても出力が得られにくいため、ハードバイアス層によりフリー磁性層の磁化方向を揃えるハードバイアス方式そのものが使える可能性が低い。このため、本発明においては、トラック幅の範囲を１μｍ以上に規定している。
【００３０】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図２に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ａ2 （０．４，８３．７），点Ｂ2 （０．３５，８３．９），点Ｃ2 （０．３，８３．５），点Ｄ2 （０．２５，８３），点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６），点Ｕ2 （０．２５，７４），点Ｖ2 （０．３，７５．６），点Ｗ2 （０．３５，７６．５），点Ｘ2 （０．４，７７．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、これにより、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＡ2 （０．４，６），点ＳＢ2 （０．３５，６），点ＳＣ2 （０．３，７．５），点ＳＤ2 （０．２５，１０．５），点ＳＥ2 （０．２３，１１），点ＳＦ2 （０．２２，１２），点ＳＧ2 （０．２，１３．５），点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２），点ＳＰ2 （０．２，１），点ＳＱ2 （０．２２，０），点ＳＲ2 （０．２３，−０．５），点ＳＳ2 （０．２５，−１），点ＳＴ2 （０．３，−１．５），点ＳＵ2 （０．３５，−１．６），点ＳＶ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが可能となる。
上記の範囲以外に前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図２において点Ａ2 ，点Ｘ2 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるのＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ａ2 ，点Ｂ2 ，点Ｃ2 ，点Ｄ2 ，点Ｅ2 ，点Ｆ2 ，点Ｇ2 ，点Ｈ2 ，点Ｊ2 ，点Ｋ2 ，点Ｌ2 より上側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
さらに、上記のような、点Ａ2 ないし点Ｌ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層の変動磁化を安定するためのハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を、再生波形の不安定性をより確実に防止するのに必要とされる以下に、小さくしなくてもよいため、より好ましい。
▲２▼ 前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ｍ2 ，点Ｎ2 ，点Ｏ2 より下側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲３▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ｏ2 ，点Ｑ2 ，点Ｒ2 ，点Ｓ2 ，点Ｔ2 ，点Ｕ2 ，点Ｖ2 ，点Ｗ2 ，点Ｘ2 より下側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
さらに、上記のような、点Ｅ2 ないし点Ｖ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層の変動磁化を安定するためのハードバイアス層の残留磁化×膜厚積は少なくてよいため、時期的な再生トラック幅精度の制御性の上でより好ましい。
【００３１】
ところでバルク固体状態のＮｉＦｅ合金膜の磁歪はＮｉＦｅ合金膜の組成に非常に敏感であることが一般的に知られている。また、バルク固体状態のＮｉＦｅ合金膜に非磁性原子を添加すると、非磁性原子の添加量と、非磁性原子の種類によって、磁歪が変化することも知られている。
【００３２】
スピンバルブ型薄膜磁気素子のフリー磁性層のように、ＮｉＦｅ合金膜やＮｉＦｅ合金膜とＣｏＦｅ合金膜との積層体を数十原子層の厚さに薄膜化し、その上下に非磁性膜を形成すると、非磁性原子（ＴａやＣｕ）とＮｉＦｅ合金膜中の強磁性原子（ＮｉやＦｅ）どうしが直接接するため、非磁性膜原子と直接接したＮｉＦｅ合金膜の強磁性原子の磁歪は変化することになる。この磁歪の変化は、非磁性原子がＴａ膜である場合と、Ｃｕ膜である場合とでは異なる。従って、トップタイプ（top type；ＰｔＭｎ上配置型）あるいはボトムタイプ（bottom type ；ＰｔＭｎ下配置型）のスピンバルブ型薄膜磁気素子および、デュアルタイプのスピンバルブ型薄膜磁気素子で、それぞれフリー磁性層の磁歪を最適化するために必要とされるフリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金膜の組成範囲を設定することができる。
【００３３】
またスピンバルブ型薄膜磁気素子に熱処理を施すことにより、フリー磁性層のＮｉＦｅ合金膜とＴａ，Ｃｕ等の非磁性膜の界面には熱拡散層が形成され、ＮｉＦｅ合金膜中の強磁性原子は上下に配置されている非磁性原子と、より多く接することになる。ＮｉＦｅ合金膜と非磁性膜の熱拡散層の厚みは、熱処理の温度、熱処理時間、非磁性膜の種類、非磁性膜が上に配置されているか、下に配置されているか、には依存するが、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚にはほとんど依存しないため、ＮｉＦｅ合金膜が薄くなるほど、ＮｉＦｅ合金膜中に占める熱拡散層の割合が増加することになる。従って、ＮｉＦｅ合金膜が薄くなるほど、熱拡散層の形成によって変化した磁歪の影響が大きくなるため、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚を変えると、磁歪が変化することになる。熱処理を施すと磁歪が変化する理由も同様である。
【００３４】
また、ＮｉＦｅ合金膜の膜組成、膜厚、熱処理条件が同じでも、トップタイプあるいはボトムタイプのスピンバルブ型薄膜磁気素子と、デュアルタイプのスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ＮｉＦｅ合金膜を挟む非磁性材料が異なるため、フリー磁性層の磁歪を最適化するために必要とされるフリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金膜の組成範囲が各々で異なることになる。他方、トップタイプのスピンバルブ膜と、ボトムタイプのスピンバルブ膜では、ＮｉＦｅ合金膜の上下に形成される非磁性材料は同じであるが、積層順序が逆であるので、層界面での結晶格子のミスマッチ度（整合度）が異なり、その結果、直接接する強磁性原子と非磁性原子の割合と接し方が異なるとともに、層界面における熱拡散係数も異なってくるため、フリー磁性層の磁歪を最適化するために必要とされるフリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金膜の組成範囲が各々で異なることになる。
本発明においては、このような事情を考慮した上て、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNiとが設定されている。
【００３５】
さらに、本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｂ1 （０．３５，８９），点Ｃ1 （０．３，８７．７），点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５），点Ｖ1 （０．３，７３．６），点Ｗ1 （０．３５，７５．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．３５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３６】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図４に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｂ2 （０．３５，８３．９），点Ｃ2 （０．３，８３．５），点Ｄ2 （０．２５，８３），点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６），点Ｕ2 （０．２５，７４），点Ｖ2 （０．３，７５．６），点Ｗ2 （０．３５，７６．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．３５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御性の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３７】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｃ1 （０．３，８７．７），点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５），点Ｖ1 （０．３，７３．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．３μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３８】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｃ2 （０．３，８３．５），点Ｄ2 （０．２５，８３），点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６），点Ｕ2 （０．２５，７４），点Ｖ2 （０．３，７５．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．３μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３９】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．２５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４０】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｄ2 （０．２５，８３），点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６），点Ｕ2 （０．２５，７４）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．２５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４１】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．２５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４２】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．２２μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４３】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１９μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４４】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．２μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４５】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１８μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４６】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１９μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４７】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１７μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４８】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１８μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４９】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００５０】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００５１】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１９に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１３μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００５２】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図２０に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１２５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積の値にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００５３】
さらに、本発明の前記フリー磁性層においては、そのトラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１〜３：２の比率に設定され、前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法が０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されてなることができ、これにより、横長の形状による形状磁気異方性によって素子高さ方向における磁区の単一性を向上して、不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。
【００５４】
前記基板上には、前記各層が基板側から、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層された、いわゆるボトムタイプのシングルスピンバルブ型とされてなることができ、また、前記基板上には、前記各層が基板側から、少なくとも前記フリー磁性層、前記非磁性導電層、前記固定磁性層、前記反強磁性層の順に積層された、いわゆるトップタイプのシングルスピンバルブ型とされてなること、また、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に各々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが積層された、いわゆる、デュアルスピンバルブ型とされてなることができる。また、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることや、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされてなることができる。
フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に互いの磁化を反平行に向けようと作用する交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、磁気的な膜厚が減少するので外部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つに分断された固定磁性層どうしの間に互いの磁化を反平行に向けようと作用する交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、磁気的な安定性を向上することができる。
【００５５】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッドによって、前記課題を解決することができる。
【００５６】
なお、金属膜の多層構造であるスピンバルブ型薄膜素子は、その上下、およびハイト側の側面が例えばＡｌ2Ｏ3などの絶縁膜（ギャップ膜）により覆われ、前記ハイト側の逆側（すなわちＡＢＳ面側；正面側）の面が外部に露出した構造となっており、上記のようにフリー磁性層の組成を設定した上で、このギャップ膜の組成、成膜条件、および、フリー磁性層の成膜条件をコントロールすることにより、フリー磁性層にかかるハイト方向（素子高さ方向）の引っ張り応力をコントロールすることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図２１は、本発明の第１実施形態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場合の構造を示した断面図である。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresitive ）素子の一種である。このスピンバルブ型薄膜素子は、後述するように、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダー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においてＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界方向はＹ方向である。
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、２層の固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が形成されたボトム型（Bottom type ）とされ、さらに、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
【００５８】
図２１において、符号１１は、基板１０上に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層１１の上には、固定磁性層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが形成されている。
この固定磁性層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、第１の固定磁性層１２Ａと、前記第１の固定磁性層１２Ａの上に非磁性中間層１２Ｂを介して形成され、前記第１の固定磁性層１２Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層１２Ｃとからなる。
この第２の固定磁性層１２Ｃの上には、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層１３が形成され、さらに、前記非磁性導電層１３の上には、フリー磁性層１４が形成されている。前記フリー磁性層１４の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成され、この保護層の上側が、酸化タンタル（Ｔａ−Oxide ）からなる酸化層１５ａとされている。
図２１に示すように、これら反強磁性層１１の一部から酸化層１５ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体１６が構成されている。
【００５９】
また、符号１７，１７は、ハードバイアス層を、符号１８，１８は、電極層を示している。
これら、ハードバイアス層１７，１７は、積層体１６の両側位置に張り出している反強磁性層１１上にバイアス下地層１７ａを介して形成されている。このハードバイアス層１７，１７上には、ＴａまたはＣｒからなる中間層１９を介して電極層１８，１８が形成されている。
【００６０】
さらに詳細に説明すると、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図２１に矢印Ｘ１で示す方向の寸法、つまりトラック幅方向の光学的寸法（磁気再生トラック幅方向寸法）Ｔｗが、０．４μｍ以下に設定されている。ここで、上記光学的トラック寸法は、図２１に示すように、フリー磁性層１４の図示Ｘ１方向の幅として定義する。より詳細には、フリー磁性層の図２１のＺ方向における中点位置つまりフリー磁性層１４の膜厚方向中間位置におけるＸ１方向の寸法をもって、光学的トラック寸法を定義する。
前記反強磁性層１１は、積層体１９中央部分において、８０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。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、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【００６１】
また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層１１として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層１１を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、６．４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層１１を得ることができる。
【００６２】
第１および第２の固定磁性層１２Ａ，１２Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、合計で４０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層１２Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜２０オングストロームに設定され、第２の固定磁性層１２Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が１５〜２５オングストロームに設定される。
また、前記非磁性中間層１２Ｂ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く、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されている。
【００６３】
この第１の固定磁性層１２Ａ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１２Ａ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、図２１に示すように、前記第１の固定磁性層１２Ａ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１２Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１２Ｂを介して対向する第２の固定磁性層１２Ｃの磁化は、第１の固定磁性層１２Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
【００６４】
本実施形態では、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくするために、第１の固定磁性層１２Ａと第２の固定磁性層１２Ｃとの膜厚比を適正な範囲内に収めるとともに、第１の固定磁性層１２Ａと第２の固定磁性層１２Ｃとの磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保ち、しかも、△Ｒ／Ｒ（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。さらに熱処理中の磁場の大きさおよ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１２Ａおよび第２の固定磁性層１２Ｃの磁化方向を、所望の方向に制御する。
【００６５】
非磁性導電層１３は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜３０オングストロームに設定される。
【００６６】
図２２は、図２１におけるスピンバルブ薄膜磁気素子のフリー磁性層１４に等しい階層で図２１のＸ１−Ｙ平面を示す断面図である。
図１，２は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
前記フリー磁性層１４は、通常、２０〜５０オングストローム程度の厚さとされ、ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅとＣｏＦｅの積層膜等からなるものとされる。さらに、図２１に矢印Ｘ１で示す方向の寸法、つまり、トラック幅方向寸法（磁気再生トラック幅方向寸法）Ｔｗが、０．４μｍ以下に設定されている。ここで、前記フリー磁性層１４の非磁性導電層１３側にはＣｏあるいはＣｏＦｅ合金，ＣｏＦｅＮｉ合金からなる層を設けることもできる。
このフリー磁性層１４においては、フリー磁性層１４の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉＦｅ合金のＮｉ濃度ＣNi（原子％）が７０．２％≦ＣNi≦８９．９％の範囲に設定されてなるとともに、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ａ1 （０．４，８９．９），点Ｂ1 （０．３５，８９），点Ｃ1 （０．３，８７．７），点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５），点Ｖ1 （０．３，７３．６），点Ｗ1 （０．３５，７５．６），点Ｘ1 （０．４，７７．３）で囲まれる範囲内の値に設定される。
これにより、フリー磁性層１４の磁歪λｓを、―７．０×１０-6≦λｓ≦２．０×１０-5の範囲に設定することができ、より好ましくは、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とを、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＡ1 （０．４，６），点ＳＢ1 （０．３５，８），点ＳＣ1 （０．３，１２．５），点ＳＤ1 （０．２５，１８），点ＳＥ1 （０．２３，２０），点ＳＦ1 （０．２，２０），点ＳＧ1 （０．１９，２０），点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７．２），点ＳＯ1 （０．１８，１），点ＳＰ1 （０．１９，０），点ＳＱ1 （０．２，−０．７），点ＳＲ1 （０．２２，−２），点ＳＳ1 （０．２５，−３），点ＳＴ1 （０．３，−５），点ＳＵ1 （０．３５，−６．３），点ＳＶ1 （０．４，−７）で囲まれる範囲内の値に設定できる。
【００６７】
ここで、本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記のようにトラック幅寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されているので、後述するようにハードバイアス層１７，１７の影響を受けて前記フリー磁性層１４の磁化がトラック幅方向に揃えられる際に、フリー磁性層１４には、前述したマイクロトラックプロファイル法により測定した場合における感度領域および不感領域の差が生じるほど前記ハードバイアス層１７，１７から距離的に離れている部分がないため、トラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。
同時に、上記のようにフリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）を設定することによって、フリー磁性層における素子高さ方向の磁歪λｓを―７．０×１０−６≦λｓ≦２．０×１０ −５ の範囲に設定することが可能となり、このように素子高さ方向に磁歪λｓをプラス側、つまり磁化した方向に伸びる状態におおく設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出することになる。つまり、この引張応力の作用するフリー磁性層１４においては、前記引張応力の方向つまり、図１９，２０に示す矢印Ｙ方向とされる素子高さ方向（ハイト方向）を磁化容易軸とすることができる。このように磁歪λｓを設定した場合は、トラック幅方向寸法Ｔｗを０．４μｍ以下に設定することにより、トラック幅方向（Ｘ１方向）において、フリー磁性層１４の変動磁化の回転容易性が分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることを防止することができる。
このため、フリー磁性層１４には、トラック幅方向（Ｘ１方向）において、感度のばらつく領域が形成されることが少なく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００６８】
本実施形態において、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以上に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができる可能性があるため好ましくない。同時に、フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が８９．９％より大きく設定されることによって、フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓが、―７．０×１０-6より小さくなる場合があり、この場合、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７，１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまうため好ましくない。また、フリー磁性層のＮｉ濃度ＣNi（原子％）が７０．２％より小さく設定されることによって、磁歪λｓが２．０×１０-5以上に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下するため好ましくない。
【００６９】
さらに、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ａ1 〜点Ｘ1 で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図１において点Ａ1 ，点Ｘ1 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ａ1 ，点Ｂ1 ，点Ｃ1 ，点Ｄ1 ，点Ｅ1 ，点Ｆ1 ，点Ｇ1 ，点Ｈ1 ，点Ｉ1 ，点Ｊ1 ，点Ｋ1 ，点Ｌ1 より上側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
▲３▼ 前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ｍ1 ，点Ｎ1 ，点Ｏ1 ，点Ｐ1 ，点Ｑ1 ，点Ｒ1 ，点Ｓ1 ，点Ｔ1 より下側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲３▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ｔ1 ，点Ｕ1 ，点Ｖ1 ，点Ｗ1 ，点Ｘ1 より下側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ２０Ｍ〜Ｈｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
【００７０】
さらに、上記の磁気再生トラック幅方向寸法およびＮｉ濃度ＣNi（原子％）に対応して、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 〜点Ｖ1 で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図４２において点ＳＡ1 ，点ＳＶ1 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層１４内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、図４２において点ＳＡ1 ，点ＳＢ1 ，点ＳＣ1 ，点ＳＤ1 ，点ＳＥ1 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
▲３▼前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、図４２において点ＳＥ1 ，点ＳＦ1 ，点ＳＧ1 ，点ＳＨ1 ，点ＳＩ1 ，点ＳＪ1 ，点ＳＫ1 より上側に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲４▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓが、図４２において点ＳＬ1 ，点ＳＭ1 ，点ＳＮ1 ，点ＳＯ1 ，点ＳＰ1 ，点ＳＱ1 ，点ＳＲ1 ，点ＳＳ1 ，点ＳＴ1 ，点ＳＵ1 ，点ＳＶ1 より下側に設定された場合には、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
【００７１】
本実施形態においては、さらに、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、添付図面図２に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ａ2 〜点Ｘ2 で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図２において点Ａ2 ，点Ｘ2 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、点Ａ2 ，点Ｂ2 ，点Ｃ2 ，点Ｄ2 ，点Ｅ2 ，点Ｆ2 ，点Ｇ2 ，点Ｈ2 ，点Ｊ2 ，点Ｋ2 ，点Ｌ2 より上側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
さらに、上記のような、点Ａ2 ないし点Ｌ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層１４の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層１７の残留磁化×膜厚積を、再生波形の不安定性をより確実に防止するのに必要とされる以上に小さくしてよいため、より好ましい。
▲４▼ 前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、図２において点Ｍ2 ，点Ｎ2 ，点Ｏ2 より下側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲３▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層のＮｉ濃度ＣNi（原子％）が、図２において点Ｏ2 ，点Ｑ2 ，点Ｒ2 ，点Ｓ2 ，点Ｔ2 ，点Ｕ2 ，点Ｖ2 ，点Ｗ2 ，点Ｘ2 より下側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
さらに、上記のような、図２において点Ｏ2 ないし点Ｘ2 の内側に設定されることにより、トラック幅Ｔｗが狭くなるに従って、フリー磁性層１４の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層１７の残留磁化×膜厚積は少なくてもよいため、磁気的な実効再生トラック幅の制御性の上でより好ましい。
【００７２】
さらに、上記の図２に示す磁気再生トラック幅方向寸法およびＮｉ濃度ＣNi（原子％）で囲まれる範囲内の値に対応して、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＡ2 （０．４，６），点ＳＢ2 （０．３５，６），点ＳＣ2 （０．３，７．５），点ＳＤ2 （０．２５，１０．５），点ＳＥ2 （０．２３，１１），点ＳＦ2 （０．２２，１２），点ＳＧ2 （０．２，１３．５），点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２），点ＳＰ2 （０．２，１），点ＳＱ2 （０．２２，０），点ＳＲ2 （０．２３，−０．５），点ＳＳ2 （０．２５，−１），点ＳＴ2 （０．３，−１．５），点ＳＵ2 （０．３５，−１．６），点ＳＶ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができる。そして、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図４３において点ＳＡ2 ，点ＳＶ2 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層１４内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、図４３において点ＳＡ2 ，点ＳＢ2 ，点ＳＣ2 ，点ＳＤ12 ，点ＳＥ2 ，点ＳＦ2 ，点ＳＧ12 ，点ＳＨ2 ，点ＳＩ2 ，点ＳＪ2 ，点ＳＷ2 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
さらに、上記のような、図４３において点ＳＡ2 ないし点ＳＷ2 の内側に設定されることにより、トラック幅Ｔｗが狭くなるにしたがって、フリー磁性層１４の変動磁化を安定するためのハードバイアス層１７の残留磁化×膜厚積は少なくてよいため、磁気的な実効再生トラック幅の制御性の上でより好ましい。
▲３▼前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、図４３において点ＳＷ2 ，点ＳＫ2 より上側に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲４▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓが、図４３において点ＳＬ2 ，点ＳＸ2 ，点ＳＭ2 ，点ＳＮ2 ，点ＳＯ2 ，点ＳＰ2 ，点ＳＱ2 ，点ＳＲ2 ，点ＳＳ2 ，点ＳＴ2 ，点ＳＵ2 ，点ＳＶ2 より下側に設定された場合には、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
さらに、上記のような、図４３において点ＳＦ2 ないし点ＳＶ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層１４の変動磁化を安定するためのハードバイアス層１７の残留磁化×膜厚積を再生波形の不安定性をより確実に防止するのに必要とされる以下に小さくしなくてよいため、より好ましい。
【００７３】
さらに、前記フリー磁性層１４においては、そのトラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１〜３：２の比率に設定され、図２２に示すように、Ｙ方向の寸法、つまり前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法ＭＲｈが０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されてなることができ、これにより、横長形状による形状磁気異方性によって素子高さ方向における磁区の単一性を向上して、不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。
【００７４】
保護層１５は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層１５ａとされている。
バイアス下地層１７ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層１９は例えばＴａからなり、５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層１７ａおよび中間層１９により、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層１７，１７と周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層１７，１７の磁気特性が劣化することを防止することができる。
【００７５】
前記ハードバイアス層１７，１７は、通常、２００〜７００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層１７，１７が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層１４の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１４の変動磁化と前記第２の固定磁性層１２Ｃの固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【００７６】
前記ハードバイアス層１７，１７は、前記フリー磁性層１４と同じ階層位置に配置され、前記フリー磁性層１４の膜厚方向に前記フリー磁性層１４の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。また、前記ハードバイアス層１７，１７の上面１７ｂ，１７ｂは、フリー磁性層１４の上面１４Ａよりも基板１０から離れた位置に（すなわち、図１では上側に）配置され、前記ハードバイアス層１７，１７の下面は、前記フリー磁性層１４の下面よりも基板１０側の位置に（すなわち、図１では下側に）配置されている。
【００７７】
電極層１８，１８が、ハードバイアス層１７，１７の上側に、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されて、積層体１６へセンス電流を与える。ここで、電極層１８，１８としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層１９上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【００７８】
図２１，２２に示す構造のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１６にセンス電流が与えられる。ハードディスク等のメディア（磁気記録媒体）から図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１４の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によって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。
【００７９】
ここで、本実施形態においては、上記のように前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とフリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが設定されていることにより、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）を設定することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層１４の変動磁化方向が、逆磁歪効果により固定磁性層１２の固定磁化方向に対して回転しやすくなることにより発現する磁気抵抗効果による抵抗変化がおこりやすくなるため、再生出力の増大を見込むことができる。同時に、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００８０】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子において、その上下方向（Ｚ方向）両側には、図３２，図３３において後述するように、それぞれ下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、および、上部シールド層２５７が、フリー磁性層１４の膜面内方向（Ｘ１−Ｙ面内方向）に形成されている。これら、下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、上部シールド層２５７にかかっている応力は、ＡＢＳ面によって一部が開放されているため、膜面内における応力分布が異方的になっている。例えば、この場合、これら下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、上部シールド層２５７の成膜条件等を制御することによって、フリー磁性層１４において、素子高さ方向（ストライプハイト方向）に引張応力が異方的にはたらくように、これら、下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、上部シールド層２５７にかかっている応力を所望の状態に設定する。
その結果、フリー磁性層１４内において、上記の範囲に磁歪を設定することが可能になる。
あるいは、フリー磁性層１４成膜時のスパッタ条件等を制御して、上記の範囲に磁歪の範囲設定を制御することもできる。
【００８１】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２実施形態］
図２３は、本発明の第２実施形態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場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、図２１，図２２に示した第１実施形態と異なるところは、バックド層Ｂ１を設けた点、および、フリー磁性層１４に関する点である。それ以外、第１実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
図２３において、符号Ｂ１は、バックド層である。
このバックド層Ｂ１は、図２３に示すように、前記フリー磁性層１４の上に設けられ、このバックド層Ｂ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
バックド層Ｂ１は、Ｃｕ等の金属材料や、非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ等からなる群から選択された材料から構成されることができ、例えばその膜厚が５〜２０オングストロームに設定される。
【００８３】
図３，４は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｂ1 （０．３５，８９），点Ｃ1 （０．３，８７．７），点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５），点Ｖ1 （０．３，７３．６），点Ｗ1 （０．３５，７５．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＢ1 （０．３５，８），点ＳＣ1 （０．３，１２．５），点ＳＤ1 （０．２５，１８），点ＳＥ1 （０．２３，２０），点ＳＦ1 （０．２，２０），点ＳＧ1 （０．１９，２０），点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７．２），点ＳＯ1 （０．１８，１），点ＳＰ1 （０．１９，０），点ＳＱ1 （０．２，−０．７），点ＳＲ1 （０．２２，−２），点ＳＳ1 （０．２５，−３），点ＳＴ1 （０．３，−５），点ＳＵ1 （０．３５，−６．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．３５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００８４】
さらに、本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図４に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｂ2 （０．３５，８３．９），点Ｃ2 （０．３，８３．５），点Ｄ2 （０．２５，８３），点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６），点Ｕ2 （０．２５，７４），点Ｖ2 （０．３，７５．６），点Ｗ2 （０．３５，７６．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＢ2 （０．３５，６），点ＳＣ2 （０．３，７．５），点ＳＤ2 （０．２５，１０．５），点ＳＥ2 （０．２３，１１），点ＳＦ2 （０．２２，１２），点ＳＧ2 （０．２，１３．５），点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２），点ＳＰ2 （０．２，１），点ＳＱ2 （０．２２，０），点ＳＲ2 （０．２３，−０．５），点ＳＳ2 （０．２５，−１），点ＳＴ2 （０．３，−１．５），点ＳＵ2 （０．３５，−１．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．３５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御性の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００８５】
前記フリー磁性層１４のトラック幅方向の幅寸法と素子高さ方向寸法とが略１：１〜３：２の比率に設定され、前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法が０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定される。
【００８６】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１６にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によって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。
【００８７】
ここで、バックド層Ｂ１によって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
ここで、上記のバックド層によって磁気抵抗変化率が高くなる理由を簡単に述べる。
スピンバルブ型薄膜磁気素子にセンス電流を印加したときには、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁性導電層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピン（up spin ）とダウンスピン（down spin ）の２種類の伝導電子が確率的に等量存在する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程（mean free path）の行程差に対して正の相関を示す。
【００８８】
ダウンスピン電子については、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で常に散乱され、フリー磁性層１４に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピン電子の平均自由行程に比べて短いままである。
一方、アップスピン電子については、外部磁界によってフリー磁性層１４の磁化方向が固定磁性層１２の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性導電層１３からフリー磁性層１４に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなっている。これに対し、外部磁界によってフリー磁性層１４の磁化方向が固定磁性層１２の磁化方向に対して平行状態から変化するに従って、非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で散乱される確率が増加し、アップスピン電子の平均自由行程が短くなる。
このように外部磁界の作用によって、アップスピン電子の平均自由行程がダウンスピン電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が大きく変化することによって、抵抗率が変化し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）が大きくなる。
【００８９】
ここで、フリー磁性層１４にバックド層Ｂ１を接続すると、フリー磁性層１４中を移動するアップスピン電子がバックド層Ｂ１内にまで移動することが可能となり、バックド層Ｂ１の膜厚に比例してアップスピン電子の平均自由行程を更に延ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００９０】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１，図２２に示す第１実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同等の効果を奏するとともに、バックド層Ｂ１が形成されているため、スピンフィルター効果により特にフリー磁性層が薄い場合に磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００９１】
また、フリー磁性層１４の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）あるいは、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅の磁気ヘッドで必要な再生出力を確保することができる。
【００９２】
なお、本実施形態のみならず本発明においては、図２４に示すように、固定磁性層１２を単層からなる構成とすることも可能である。この場合、固定磁性層１２の固定磁化は、反強磁性層１との交換結合によって、図２４に示すように、図示Ｙ方向と逆方向に固定することができる。
【００９３】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第３実施形態］
図２５は、本発明の第３実施形態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場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、、図２３に示した第２実施形態と異なるところは、バックド層Ｂ１に替えて鏡面反射層Ｓ１を設けた点、および、フリー磁性層に関する点である。それ以外、第２実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９４】
図２５において、符号Ｓ１は、鏡面反射層である。
この鏡面反射層Ｓ１は、図２５に示すように、前記フリー磁性層１４の上に設けられ、この鏡面反射層Ｓ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
【００９５】
図５，６は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｃ1 （０．３，８７．７），点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５），点Ｖ1 （０．３，７３．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＣ1 （０．３，１２．５），点ＳＤ1 （０．２５，１８），点ＳＥ1 （０．２３，２０），点ＳＦ1 （０．２，２０），点ＳＧ1 （０．１９，２０），点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７，２），点ＳＯ1 （０．１８，１），点ＳＰ1 （０．１９，０），点ＳＱ1 （０．２，−０．７），点ＳＲ1 （０．２２，−２），点ＳＳ1 （０．２５，−３），点ＳＴ1 （０．３，−５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．３μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００９６】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｃ2 （０．３，８３．５），点Ｄ2 （０．２５，８３），点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６），点Ｕ2 （０．２５，７４），点Ｖ2 （０．３，７５．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＣ2 （０．３，７．５），点ＳＤ2 （０．２５，１０．５），点ＳＥ2 （０．２３，１１），点ＳＦ2 （０．２２，１２），点ＳＧ2 （０．２，１３．５），点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２），点ＳＰ2 （０．２，１），点ＳＱ2 （０．２２，０），点ＳＲ2 （０．２３，−０．５），点ＳＳ2 （０．２５，−１），点ＳＴ2 （０．３，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．３μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積の値にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００９７】
本実施形態において、鏡面反射層Ｓ１は、伝導電子の平均自由行程を鏡面反射効果により延長する平均自由行程延長層として形成され、後述するように、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の伝導電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが可能となり、これにより、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
この鏡面反射層Ｓ１の厚さは、１０〜４００オングストロームの範囲に設定されることが好ましく、より好ましくは１０〜２００オングストロームの範囲に設定されることができる。この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、１０オングストロームよりも薄い値に設定されると、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として連続した一様な膜にならず、鏡面反射の効果が充分得られないため、好ましくない。
また、この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、厚くなるに従い、反強磁性層１１と同様に、反強磁性膜として機能する可能性が増大してしまい、予期しない交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じてしまう可能性が生じる。このため、上記の値よりも厚い値に設定されると、好ましくない。同時に、薄膜磁気ヘッドとして構成した場合に、再生ギャップであるシールド間隔が広くなり過ぎ、ヘッドの分解能が低下するため好ましくないという問題が発生する。
【００９８】
このように設定することにより、鏡面反射層Ｓ１は、フリー磁性層１４とフリー磁性層１４との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層１４を移動してきたアップスピンの伝導電子を、フリー磁性層１４と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、後述するように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
【００９９】
ここで、伝導電子をスピンの状態を保存したまま反射させるために、バックド層Ｂ１と鏡面反射層Ｓ１との界面でポテンシャル障壁を形成すること、すなわち、フリー磁性層１４は良好な導電体であるのに対し、鏡面反射層Ｓ１は電気的に絶縁体であることが有効である。
【０１００】
この様な条件を満たす絶縁材料としては、酸化物が適用されることが好ましく、例えば、α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｏ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の酸化膜を採用することができる。このような酸化物絶縁材料によって、鏡面反射層Ｓ１を構成することができる。また、Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を採用することも可能で、同様な効果を得ることができる。
また、鏡面反射層Ｓ１としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合には、ハードバイアス層１７のかわりにフリー磁性層１４の磁化を図示Ｘ１方向に揃えて、バイアス層を兼ねることも可能となる。
【０１０１】
ここで、フリー磁性層１４の前記非磁性導電層１３に接しない位置に鏡面反射層Ｓ１を積層すると、この鏡面反射層Ｓ１はフリー磁性層１４との界面においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層１４中を移動するアップスピンの伝導電子を、そのスピンの状態を保存させたまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子を鏡面反射することが可能となり、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばすことができる。つまり、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）を発現させることが可能となり、スピンに依存した伝導電子における平均自由行程の行程差がさらに大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることができる。
【０１０２】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２３に示す第２実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏するとともに、鏡面反射層Ｓ１が形成されているため、鏡面反射効果により磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１０３】
また、フリー磁性層１４の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）と素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅の磁気ヘッドで必要な再生出力を確保することができる。
【０１０４】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第４実施形態］
図２６は、本発明の第４実施形態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場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、図２３に示した第２実施形態と異なるところは、鏡面反射層Ｓ１，Ｓ２を設けた点、および、フリー磁性層に関する点である。それ以外、第２実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
図２６において、符号Ｓ１，Ｓ２は、鏡面反射層である。
この鏡面反射層Ｓ１は、図２６に示すように、前記バックド層Ｂ１のフリー磁性層１４と反対側の上側に鏡面反射層Ｓ１が設けられ、図２５に示す第３実施形態と同様に、この鏡面反射層Ｓ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
本実施形態においては、固定磁性層１２が多層膜からなる構造とされ、図２６に示すように、第２の固定磁性層１２Ｃが、鏡面反射層Ｓ２によってその膜厚方向（図２６における上下方向）に分断されて、三層からなる構造とされている。鏡面反射層Ｓ２の上下の固定磁性層１２Ｃ’，１２Ｃ”は、図２１に示す第１実施形態の固定磁性層１２Ｃと略同等の材質からなるものとされ、これら固定磁性層１２Ｃ’，固定磁性層１２Ｃ”の膜厚の合計が、図２１に示す第１実施形態の固定磁性層１２Ｃの磁気的膜厚と等しくなるよう設定されている。
【０１０６】
鏡面反射層Ｓ２は、鏡面反射層Ｓ１と同様に、固定磁性層１２Ｃ”との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、非磁性導電層１３および固定磁性層１２Ｃ”を移動してきたアップスピンの伝導電子を、固定磁性層１２Ｃ”と鏡面反射層Ｓ２との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、前述したように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
また、鏡面反射層Ｓ２がフリー磁性層１４に対して磁気的相互作用が微小なため、フリー磁性層１４に対する磁気的影響を低減した状態で、鏡面反射層Ｓ１によって得られる鏡面反射効果と同等の鏡面反射効果を得ることができる。
【０１０７】
図７，８は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｄ1 （０．２５，８６．５），点Ｅ1 （０．２２，８４．９），点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２），点Ｔ1 （０．２２，７０．２），点Ｕ1 （０．２５，７１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＤ1 （０．２５，１８），点ＳＥ1 （０．２３，２０），点ＳＦ1 （０．２，２０），点ＳＧ1 （０．１９，２０），点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７，２），点ＳＯ1 （０．１８，１），点ＳＰ1 （０．１９，０），点ＳＱ1 （０．２，−０．７），点ＳＲ1 （０．２２，−２），点ＳＳ1 （０．２５，−３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．２５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１０８】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｄ2 （０．２５，８３），点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６），点Ｕ2 （０．２５，７４）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＤ2 （０．２５，１０．５），点ＳＥ2 （０．２３，１１），点ＳＦ2 （０．２２，１２），点ＳＧ2 （０．２，１３．５），点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２），点ＳＰ2 （０．２，１），点ＳＱ2 （０．２２，０），点ＳＲ2 （０．２３，−０．５），点ＳＳ2 （０．２５，−１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．２５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積の値にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１０９】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１ないし図２４に示す第１，第２実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏するとともに、さらに、鏡面反射層Ｓ２を設けたことにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層１４の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１１０】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第５実施形態］
図２７は、本発明の第５実施形態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場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板側から、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が形成されたトップタイプ（Top type）とされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の一種である。
【０１１１】
図２７において、符号１は、基板Ｋ上に設けられた下地層である。この下地層１の上には、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７が積層され、これら、下地層１、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７は、断面略台形とされる積層体９を形成している。
この積層体９の両側には、バイアス下地層６Ａと、ハードバイアス層６Ｂと、中間層６Ｃとが積層され、中間層６Ｃには電極層８が積層されている。ハードバイアス層は、図において、Ｘ１方向に磁化されており、これにより、フリー磁性層の磁化方向が、Ｘ１方向に設定されている。
【０１１２】
さらに詳細に説明すると、前記反強磁性層２は、積層体９中央部分において、５０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。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、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【０１１３】
また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。ここで、特に規定しない限り〜で示す数値範囲の上限と下限は、以下、以上を意味する。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層２として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば、６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２を得ることができる。
これらの合金は、成膜したままでは不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ：格子定数がａ軸とｃ軸とで同じ値）であるが、熱処理により、ＣｕＡｕＩタイプの規則系の面心正方構造（ｆｃｔ：ａ軸／ｃ軸≒０．９）に構造変態する。
【０１１４】
固定磁性層３は、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、１０〜５０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、固定磁性層３は、例えばＣｏからなりその膜厚が３０オングストロームに設定される。
この固定磁性層３は、反強磁性層２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、例えば図２７に示すように、前記固定磁性層３の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。
【０１１５】
前記フリー磁性層５は、ＮｉＦｅやＣｏＦｅやＣｏＦｅＮｉ系合金からなる単層あるいはＣｏＦｅ等のＣｏ合金とＮｉＦｅ合金の積層膜とされ、その膜厚が、１０〜５０オングストロームの範囲に設定され、より好ましくは、２０〜３５オングストロームの範囲に設定されることが好ましい。ここで、前記フリー磁性層５には、非磁性導電層４側にはＣｏからなる層を設けることもできる。
【０１１６】
図９，１０は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｆ1 （０．２０，８３），点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２），点Ｓ1 （０．２０，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＦ1 （０．２，２０），点ＳＧ1 （０．１９，２０），点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７，２），点ＳＯ1 （０．１８，１），点ＳＰ1 （０．１９，０），点ＳＱ1 （０．２，−０．７）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．２μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１１７】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｅ2 （０．２２，８２．９），点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５），点Ｔ2 （０．２２，７３．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＦ2 （０．２２，１２），点ＳＧ2 （０．２，１３．５），点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２），点ＳＰ2 （０．２，１），点ＳＱ2 （０．２２，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．２２μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１１８】
非磁性導電層４は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜３０オングストロームに設定される。
保護層７は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層７ａとされている。
【０１１９】
バイアス下地層６Ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層６Ｃは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層６Ａおよび中間層６Ｃが、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能することにより、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂと周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの磁気特性が劣化することを防止することができる。
【０１２０】
前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、通常、２００〜７００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂが、図示Ｘ１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Ｘ１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９０度で交差する関係となっている。
【０１２１】
前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置され、前記フリー磁性層５の膜厚方向に前記フリー磁性層５の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。また、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの上面（基板Ｋに対向する面と反対側の面）は、フリー磁性層５の上面（基板Ｋに対向する面と反対側の面）よりも基板Ｋから離れた位置に（すなわち、図では上側に）配置され、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの下面は、前記フリー磁性層５の下面と略等しいかフリー磁性層５の下面よりも基板Ｋ側の位置に（すなわち、図では下側に）配置されている。前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置されて前記積層体９と接合されているが、ここで、「前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置されて前記積層体９と接合され」とは、少なくともハードバイアス層６Ｂ，６Ｂとフリー磁性層５とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂと前記フリー磁性層５との接合部分の厚さが、前記フリー磁性層５の膜厚に等しいかこのフリー磁性層５の膜厚よりも薄い状態も含まれる。また、ここで、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの上面とは、基板Ｋ側と反対側の面を意味している。さらに、「接合」とは、磁気的に主に接合されていればよく、直接接触して接続することのみならず、例えばバイアス下地層６Ａ、中間層６Ｃ等を介して積層体９と接続されることをも意味している。
【０１２２】
電極層８，８が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されたことにより、抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層８，８としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層６Ｃ上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【０１２３】
図２７に示す構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、電極層８，８から積層体９にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図示Ｙ方向に磁界が印加されると、フリー磁性層５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層４とフリー磁性層５との界面および非磁性導電層４と固定磁性層３との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によって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。
【０１２４】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１ないし図２６に示す第１ないし第４実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１２５】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第６実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第６実施形態］
図２８は、本発明の第６実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に説明した図２７に示す第５実施形態のものと略同等のトップタイプ（Top type）とされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされ、対応する構成には、同一の符号を付けその説明を省略する。
【０１２６】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、図２７に示す第５実施形態と異なる点は、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされた点と、フリー磁性層に関する点である。
【０１２７】
本実施形態においては、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層４の上に、固定磁性層３Ａ，３Ｂ，３Ｃが形成されている。
この固定磁性層３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、非磁性導電層４の上に積層された第２の固定磁性層３Ｃと、前記第２の固定磁性層３Ｃの上に非磁性中間層３Ｂを介して形成され、前記第２の固定磁性層３Ｃの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第１の固定磁性層３Ａとからなる。
この第１の固定磁性層３Ａの上には、ＰｔＭｎ合金からなる反強磁性層２が形成される。
第１および第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、両方の合計が４０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層３Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜２０オングストロームに設定され。第２の固定磁性層３Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が１５〜２５オングストロームに設定される。
また、前記非磁性中間層３Ｂ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く、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されている。
【０１２８】
この第１の固定磁性層３Ａは、反強磁性層２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３Ａ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、例えば図に示すように、前記第１の固定磁性層３Ａ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３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層３Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
図２に示すように、これら下地層１から酸化層７ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体９１が構成されている。
【０１２９】
図１１，１２は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｇ1 （０．１９，８２．５），点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２），点Ｒ1 （０．１９，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＧ1 （０．１９，２０），点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７，２），点ＳＯ1 （０．１８，１），点ＳＰ1 （０．１９，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１９μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１３０】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｆ2 （０．２０，８１．５），点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２），点Ｓ2 （０．２０，７２．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＧ2 （０．２，１３．５），点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２），点ＳＰ2 （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．２μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１３１】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１ないし図２７に示す第１ないし第５実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。また、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、特にフリー磁性層を薄くして感度を向上させたときに生じやすい波形の非対称性（Asymmetry ）を防止できるとともに、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドに置いて、必要な再生出力を確保することができる。
【０１３２】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第７実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第７実施形態］
図２９は、本発明の第７実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層を中心としてその膜厚方向両側に非磁性導電層、固定磁性層、および反強磁性層がそれぞれ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型（Dual spin-valves）とされる。このデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子では、磁気抵抗効果を発現するフリー磁性層／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磁気素子に比べて大きな△Ｒ／Ｒ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。
【０１３３】
図２９に示すスピンバルブ型薄磁気膜素子は、基板側から下地層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、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、および保護層４５の順で積層されている。なお図７に示すように、下地層３０から保護層４５までの積層体４６の両側には、バイアス下地層１３０ａ、ハードバイアス層１３０、中間層１３１ａ、電極層１３１が形成されている。
【０１３４】
図２９に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層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。
【０１３５】
前記フリー磁性層３６は、前述した図２１〜図２８に示す第１〜第６実施形態と同様に、ＮｉＦｅやＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ系合金からなる単層あるいはＣｏＦｅ等のＣｏ合金とＮｉ合金の積層膜とされ、その膜厚が、１０〜５０オングストローム程度の厚さの範囲に設定され、より好ましくは、２０〜３５オングストロームの範囲に設定されることが好ましい。ここで、前記フリー磁性層３６には、非磁性導電層３５，４０側、つまりその上下にＣｏからなる層を設けることもできる。
【０１３６】
図１３，１４は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｈ1 （０．１８，８１），点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２），点Ｑ1 （０．１８，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＨ1 （０．１８，２０），点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７，２），点ＳＯ1 （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１８μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１３７】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｇ2 （０．１９，８１），点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７），点Ｒ2 （０．１９，７２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＨ2 （０．１９，１４．２），点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５），点ＳＯ2 （０．１９，１．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１９μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的な再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１３８】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、前記第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔＰ1と、第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ2との膜厚比、および第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔＰ1と第２の固定磁性層４１（上）の膜厚ｔＰ2との膜厚比（第１の固定磁性層の膜厚ｔＰ1）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔＰ2）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ｔＰ1および第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の膜厚ｔＰ2が１０〜７０オングストロームの範囲内で、かつ第１の固定磁性層３２，４３の膜厚ｔＰ1から第２の固定磁性層３４，４１の膜厚ｔＰ2を引いた絶対値が２オングストローム以上であると、４０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
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、および反強磁性層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、充分な△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を保つことができる。
【０１３９】
バイアス下地層１３０ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層１３１ａは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層１３０ａおよび中間層１３１ａにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層１３０，１３０と周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層１３０，１３０の磁気特性が劣化することおよび、電極層１３１，１３１と周辺層の間で熱拡散がおこり、電極層１３１，１３１の特性が劣化することを防止することができる。
【０１４０】
前記ハードバイアス層１３０，１３０は、通常、２００〜８００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層１３０，１３０が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層３６の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層３６の変動磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の固定磁化とが略９０度で交差する関係となっている。このハードバイアス層１３０，１３０はフリー磁性層３６と磁気的に結合されていればよく、このハードバイアス層１３０からの固定磁性層３２，３４，４１，４３への影響を低減するために、例えば、膜厚方向における配置位置をフリー磁性層３６と略等しい位置に規定することもできる。
【０１４１】
電極層１３１，１３１が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されることにより、抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層１３１，１３１としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層１３１ａ上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【０１４２】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１ないし図２８に示す第１ないし第６実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、デュアルタイプとして構成したことにより、さらに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。また、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、再生波形の非対称性（Asymmetry ）が低減されるとともに、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドに置いて、必要な再生出力を確保することができる。
【０１４３】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子、およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第８実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第８実施形態］
図３０は、本発明の第８実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に説明した図２９に示す第７実施形態のものと略同等のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるデュアルシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされ、対応する構成には、同一の符号を付けその説明を省略する。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、図２９に示す第７実施形態と異なる点は、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の一部に、強磁性絶縁材料からなる鏡面反射層５１，５２を設けた点と、フリー磁性層に関する点である。
【０１４４】
この鏡面反射層５１，５２はともに、図２６に示す第４実施形態における鏡面反射層Ｓ１に対応しており、鏡面反射効果により大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応することが可能なもので、その詳細な説明は省略する。
【０１４５】
図１５，１６は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｉ1 （０．１７，８０．５），点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２），点Ｐ1 （０．１７，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＩ1 （０．１７，２０），点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５），点ＳＮ1 （０．１７，２．０）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１７μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１４６】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｈ2 （０．１８，８０），点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６），点Ｑ2 （０．１８，７１．７）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＩ2 （０．１８，１５．１），点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５），点ＳＮ2 （０．１８，１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１８μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１４７】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１ないし図２９に示す第１ないし第７実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層３６の磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドに置いて、必要な再生出力を確保することができる。
【０１４８】
なお、本発明においては、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、他の実施形態のフリー磁性層における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）とＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを適用することが可能である。
つまり、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、他の実施形態のフリー磁性層における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とを適用することが可能である。
さらに、上記の各実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｊ1 （０．１５，７７．３），点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２），点Ｏ1 （０．１５，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、フリー磁性層５，１４，３６において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＪ1 （０．１５，２０），点ＳＫ1 （０．１，２０），点ＳＬ1 （０．１，９），点ＳＭ1 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１４９】
さらに、上記の各実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、点Ｊ2 （０．１５，７８．４），点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６），点Ｏ2 （０．１５，７０．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができる。つまり、フリー磁性層５，１４，３６において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点Ｓ（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＪ2 （０．１５，１７．５），点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５），点ＳＭ2 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１５μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１５０】
さらに、上記の各実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図１９に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｋ1 （０．１３，７６．８），点Ｌ1 （０．１，７５），点Ｍ1 （０．１，７０．２），点Ｎ1 （０．１３，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４２において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の磁歪λｓを規定することができるため、特に０．１３μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１５１】
また、上記の各実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とが、添付図面図２０に各点（Ｔｗ，ＣNi）で示すように、
点Ｋ2 （０．１３，７６．５），点Ｌ2 （０．１，７５），点Ｍ2 （０．１，７０．６），点Ｎ2 （０．１３，７０．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、図４３において対応するトラック幅の範囲で規定される範囲に前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓを規定することができるる。つまり、フリー磁性層５，１４，３６において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、図４３に各点Ｓ（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点ＳＷ2 （０．１３，２０），点ＳＫ2 （０．１，２０），点ＳＬ2 （０．１，９），点ＳＸ2 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に０．１３μｍ以下の再生トラック幅の磁気ヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上で好ましく、そして、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積の値にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１５２】
次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳しく説明する。
図３２は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
この薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１は、図３２において符号２３５で示す側がディスク面の移動方向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１のディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ２５１のトレーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が設けられている。
【０１５３】
この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部２５０は、図３３および図３４に示す構造の複合型磁気ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて構成されている。
【０１５４】
この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねるスライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されている。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャップ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７が形成されている。この上部シールド層２５７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
このＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記録内容を読み取るものである。
【０１５５】
前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気抵抗効果素子層２４５には、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられている。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重要なものである。
【０１５６】
また、インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコイル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂにて、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図３２および図３４に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５７と磁気的に接続させて設けられている。
また、上部コア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６９が設けられている。
【０１５７】
このようなインダクティブヘッドｈ２では、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２６６からコア層に記録磁束が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
【０１５８】
本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、まず、図３３に示す磁性材料製の下部シールド層２５３上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果素子層２５４を形成する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、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成する。
続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２６８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁気へッドとされる。
【０１５９】
このような薄膜磁気へッドは、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッドであるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さい薄膜磁気へッドとなる。
【０１６０】
なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構成およびインダクティブヘッドの構成は、図３２〜図３４に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスライダおよびインダクティブヘッドを採用することができるのは勿論である。
【０１６１】
（実施例）
本発明では、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、トラック幅方向寸法Ｔｗと、フリー磁性層少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるにおけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とフリー磁性層の磁歪λｓと、再生出力との関係について測定した。
ここで、本発明においてトラック幅方向とは、薄膜磁気ヘッドとして形成されて場合における媒体対向面（ＡＢＳ面）と平行でかつ積層体における各層の膜面内方向と平行な方向を意味しており、素子高さ方向とは、前記媒体対応面と直交する方向を意味している。
実験に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２３に示す第２実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
ここで、積層体における各層の膜厚は、下から
ＰｔＭｎ１１０／Ｃｏ１５／Ｒｕ８／Ｃｏ２５／Ｃｕ２４／Ｃｏ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ１５／Ｔａ１１（各数字はそれぞれの膜厚のオングストローム単位に対応する）
に設定されている。
【０１６２】
まず、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層を構成するＮｉＦｅ合金膜中のＮｉ濃度ＣNi （原子％）と磁歪λｓ（×１０−６ ）との関係を測定した。ここで、フリー磁性層としてのＣｏ層およびＮｉＦｅ層の膜厚を
（丸数字１）Ｃｏ５／ＮｉＦｅ３０／
（丸数字２）Ｃｏ５／ＮｉＦｅ１５／
（丸数字３）Ｃｏ１０／ＮｉＦｅ２５／
（丸数字４）Ｃｏ１０／ＮｉＦｅ１０／
と変化させた。（単位はオングストローム）
その結果を図３１に示す。これによれば、Ｎｉ濃度が低くなると、磁歪の値が上昇することがわかる。
【０１６３】
次に、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、
１．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝２２Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚３．６ｎｍ（丸数字１）
２．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝１４Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚３．６ｎｍ（丸数字２）
３．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝１４Ｔ・ｎｍ）
フリー磁性層膜厚２．５ｎｍ（丸数字３）
に設定したものにおいて、それぞれ、トラック幅寸法として、０．１５μｍ，０．２２μｍ，０．３μｍ，０．４μｍのものを作成し、同時に、このときの磁歪λｓを変化させて、出力を測定した。
このときの外部からの磁気信号の発生源となる磁気記録媒体としては、
磁気記録磁性層の残留磁化×膜厚Ｍｒ・ｔ＝０．４ｍｅｍｕ／ｃｍ２ （残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝５Ｔ・ｎｍ）
保磁力２９６ｋＡ／ｍ
かつ、センス電流の大きさを５ｍＡとした。
そして、これらの再生出力のうち１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値（ａ）１．２ｍＶを上回り、かつ、実用上限値（ｂ）２．０ｍＶを下回った範囲をピックアップした。
その結果を、図４４に示す。
【０１６４】
これ等の結果によれば、図１〜図２０に示す範囲に磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗと、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とを設定することにより、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓが適正に設定されることになり、その結果、再生出力が適正な範囲に設定されていることがわかる。
また、再生トラック幅が狭くなるほど適正なフリー磁性層の磁歪λｓの範囲は、プラス符号の側に大きくなる方向に変化してしていく傾向は（丸数字１）〜（丸数字３）のどの場合も同様であることがわかる。
さらに、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積およびフリー磁性層の膜厚が比較的大きく設定された（丸数字１）の場合には比較的大きな磁歪に設定しないと再生出力が確保できないため、適正な再生出力の範囲となるためのフリー磁性層における磁歪の範囲は、比較的プラスの符号の側に大きくなる傾向があことがわかるる。
一方、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積およびフリー磁性層の膜厚が比較的小さく設定された（丸数字３）の場合には、比較的小さな磁歪でも再生出力が確保できる一方で、あまり磁歪が大きくなりすぎると、再生波形の歪みや不安定性（instability ）の発生確率が増加するため、適正な再生出力の範囲となるためのフリー磁性層の磁歪の範囲は比較的マイナス符号の側にずれる傾向があることがわかる。
また、（丸数字２）の場合は、（丸数字１）と（丸数字３）の中間的な範囲となることがわかる。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドによれば、以下の効果を奏する。
（１） トラック幅寸法Ｔｗを０．４μｍ以下に設定することにより、フリー磁性層にはハードバイアス層から距離的に離れている部分がないため、再生トラック幅が０．４μｍより広い場合に比較してトラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。同時に、前記フリー磁性層の少なくとも一部がＮｉＦｅ合金からなり、そのＮｉ濃度ＣNi（原子％）が７０．２％≦ＣNi≦８９．９％の範囲に設定されてなることにより、フリー磁性層の磁歪λｓを設定することが可能となる。これらによって、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出し、素子高さ方向（ハイト方向）を磁化容易軸とすることができるため、磁気記録媒体からの磁界に対してフリー磁性層の磁化を感度よく回転させ、再生出力を向上することができる。この場合、前述したようにＴｗが０．４μｍ以下に設定されていることでトラック幅方向の位置によるハードバイアス磁界の分布が小さいために、トラック幅方向において、フリー磁性層の変動磁化の回転容易性がトラック幅方向に大きな分布を有し、フリー磁性層内に磁壁ができて磁区が不安定になることをトラック幅が広い場合と比較して防止することができる。
このため、フリー磁性層には、トラック幅方向において、感度のばらつく領域が形成されることがなく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【０１６６】
（２） 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 〜点Ｘ1 で囲まれる範囲内の値に設定することで、磁歪を設定することができ、これにより、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性を低減することができる。また、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加することを防止することができる、一方、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されることが防止でき、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転し、検出感度を向上することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわることを防止することができる。
【０１６７】
（３） 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ2 〜点Ｘ2 で囲まれる範囲内の値に設定することで、磁歪を設定することができ、これにより、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。同時に、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適な値に設定した状態でスピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性を低減することができる。また、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加することを防止することができる、一方、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を再生波形の歪みや不安定性（instability ）をより効果的に抑制する上で好適な値に設定した状態で、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されることが防止でき、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転し、再生感度を向上することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわることを防止することができる。
【０１６８】
（４） 再生トラック幅寸法Ｔｗが変化すると、フリー磁性層に作用するハードバイアス層からの磁化も変化することになる。本発明では、種々の再生トラック幅方向寸法毎で好適なフリー磁性層の磁歪の範囲を規定することで、再生波形の歪みや不安定性の防止と必要十分な再生出力の両立を図ることができる。
（５） 上記により、磁歪のコントロールを図ることができ、スピンバルブ型薄膜素子において狭トラック化に対応し出力特性の向上を図ることができる。
（６） 上記のようなスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１０】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図２０】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図２１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の第１実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２２】 図２１のスピンバルブ型薄膜磁気素子におけるフリー磁性層１４に等しい階層の図２１におけるＸ１−Ｙ平面を示す断面図である。
【図２３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第２実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の他の実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第３実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第４実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第５実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第６実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第７実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図３０】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第８実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図３１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層の一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣNi（原子％）と磁歪λｓとの関係を示すグラフである。
【図３２】 本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
【図３３】 図３２に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア部を示した断面図である。
【図３４】 図３２に示した薄膜磁気ヘッドを示した概略斜視図である。
【図３５】 従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図３６】 図３５に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
【図３７】 図３５に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
【図３８】 フリー磁性層に磁壁ができた状態を示す図である。
【図３９】 スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
【図４０】 スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
【図４１】 スピンバルブ型薄膜磁気素子の積層体に占める感度領域と不感領域との測定方法を示す模式図である。
【図４２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図４３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図４４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子において、再生出力の下限値および上限値に対する、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｋ，１０…基板
１…下地層
１１，２…反強磁性層
３，１２…固定磁性層
３Ａ，１２Ａ…第１の固定磁性層
３Ｂ，１２Ｂ…非磁性中間層
３Ｃ，１２Ｃ…第２の固定磁性層
４，１３…非磁性導電層
５，１４…フリー磁性層
７，１５…保護層
９，１６，９１…積層体
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，１７…ハードバイアス層
１７ｂ…上面
８，１８…電極層
Ｂ１…バックド層
Ｓ１，Ｓ２…鏡面反射層
３０…下地層
３１…反強磁性層
３２…第１の固定磁性層（下）
３３…非磁性中間層（下）
３４…第２の固定磁性層（下）
３５…非磁性導電層
３６…フリー磁性層
４０…非磁性導電層
４１…第２の固定磁性層（上）
４２…非磁性中間層（上）
４３…第１の固定磁性層（上）
４４…反強磁性層
４５…保護層
４６…積層体
５１，５２…鏡面反射層
１３０ａ…バイアス下地層
１３０…ハードバイアス層
１３１ａ…中間層
１３１…電極層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spin-valve type thin film magnetic element in which the electric resistance changes depending on the relationship between the fixed magnetization direction of a pinned magnetic layer (Pinned magnetic layer) and the magnetization direction of a free magnetic layer affected by an external magnetic field. The thin-film magnetic head including the spin-valve type thin-film magnetic element, in particular, improves the output and stability in response to the narrowing of the track, reduces the generation of Barkhausen noise, and stabilizes the element. The present invention relates to a technique suitable for use in a spin-valve type thin film magnetic element capable of improving the magnetic properties and satisfactorily controlling the magnetic domain of the free magnetic layer.
[0002]
[Prior art]
The spin valve thin film element is a kind of GMR (Giant Magnetoresistive) element that exhibits a giant magnetoresistive effect, and detects a recording magnetic field from a recording medium such as a hard disk.
The spin-valve type thin film element has a relatively simple structure among GMR elements, and has an excellent point that the resistance change rate is high with respect to an external magnetic field and the resistance changes with a weak magnetic field. .
[0003]
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a structure of an example of a conventional spin-valve type thin film element as viewed from the surface facing the recording medium (ABS surface).
The spin valve thin film element shown in FIG. 35 is a so-called bottom single spin valve thin film element in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed one by one.
In this spin-valve type thin film element, the moving direction of a magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.
[0004]
The conventional spin-valve type thin film element shown in FIG. 35 has a base layer 106, an antiferromagnetic layer 101, a pinned magnetic layer (Pinned magnetic layer) 102, a nonmagnetic conductive layer 103, a free (Free) layer on a substrate. ) A laminated body 109 composed of the magnetic layer 104 and the protective layer 107, a pair of hard bias layers 105, 105 formed on both sides of the laminated body 109, and the hard bias layers 105, 105. And a pair of electrode layers 108 and 108. The underlayer 106 is made of Ta (tantalum) or the like, and the antiferromagnetic layer 101 is made of NiO alloy, FeMn alloy, NiMn alloy, or the like. Further, the pinned magnetic layer 102 and the free magnetic layer 104 are made of Co, NiFe alloy or the like, a Cu (copper) film is applied to the nonmagnetic conductive layer 103, and the hard bias layers 105 and 105 are made of Co. -Pt (cobalt-platinum) alloy or the like, and the electrode layers 108 and 108 are made of Ta, Au, Cr, W or the like.
[0005]
When the pinned magnetic layer 102 is formed in contact with the antiferromagnetic layer 101, an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is generated at the interface between the pinned magnetic layer 102 and the antiferromagnetic layer 101. The fixed magnetization of the fixed magnetic layer 102 is fixed in the Y direction in the figure, for example.
Since the hard bias layers 105 and 105 are magnetized in the X1 direction in the figure, the variable magnetization of the free magnetic layer 104 sandwiched between the hard bias layers 105 and 105 is aligned in the X1 direction in the figure. As a result, the variable magnetization of the free magnetic layer 104 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 102 intersect each other.
[0006]
In this spin valve thin film element, a detection current (sense current) is passed from the electrode layer 108 formed on the hard bias layer 105 to the pinned magnetic layer 102, the nonmagnetic conductive layer 103, and the free magnetic layer 104. Given. The moving direction of a magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction shown in the figure. When a leakage magnetic field from the magnetic recording medium is applied in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 104 changes from the X1 direction to the Y direction. The electrical resistance value changes depending on the relationship between the change in the magnetization direction in the free magnetic layer 104 and the fixed magnetization direction of the pinned magnetic layer 102 (this is referred to as the magnetoresistance (MR) effect), and this electric resistance value The leakage magnetic field from the magnetic recording medium is detected by the voltage change based on the change in.
[0007]
In such a spin-valve type thin film element, the variable magnetization of the free magnetic layer 104 is a type that is firmly fixed by the hard bias layers 105 and 105 on both sides of the free magnetic layer 104 (abutted junction type). The stability of the magnetization of the free magnetic layer 104 is high.
In general, the free magnetic layer 104 is affected by the hard bias layer 105 formed on both sides thereof and magnetized in the track width direction, so that the magnetization of the free magnetic layer 104 is aligned in the track width direction. However, the influence of the hard bias layer 105 is greatest at both end portions of the free magnetic layer 104, and becomes smaller as the distance from the hard bias layer 105 is closer to the center of the free magnetic layer 104.
[0008]
36 and 37 are schematic graphs showing the output distribution in the track width direction of the spin valve thin film magnetic head shown in FIG.
Here, the reproduction output of the spin-valve type thin film element has a distribution in the reproduction track width direction (X1 direction shown in FIG. 35), and the central portion of the laminate 109 is substantially from the magnetic recording medium. The sensitivity region 109a has a high reproduction output that contributes to reproduction of the recording magnetic field and exhibits the magnetoresistive effect, and corresponds to the reproduction track width Tw. Then, the portions located on both sides of the sensitivity area 109a in the laminate 109 are insensitive areas 109b and 109b with low reproduction output to such an extent that they do not substantially contribute to reproduction of the recording magnetic field from the magnetic recording medium, as shown in FIG. It has become.
The sensitivity area 109a and the insensitive area 109b occupying the laminate are measured by a microtrack profile method described later.
[0009]
In such a spin valve thin film element, it is preferable that the output instability is small.
In addition, there is a demand for improvement in recording density in magnetic recording on a medium. Accordingly, in a spin-valve type thin film element, a reproduction track width is 1 μm or less, further about 0.5 μm or less, particularly 0.4 μm. There was a strong demand for narrowing the track to the following, and at the same time preventing the output from decreasing.
[0010]
However, in a spin valve thin film element such as this type (abutted junction type), when the track width is set narrow, there is a problem that the reproduction output itself is lowered.
This is because the reproduction output distribution in the track width direction as described above is closer to the insensitive region 104b in the portion closer to the hard bias layer 105 than in the sensitivity region 104a in the central portion of the free magnetic layer 104 corresponding to the sensitive region 109a. However, this is because the magnetic field from the hard bias layer 105 is stronger by the amount closer to the hard bias layers 105 and 105, and the free magnetic layer 104 is firmly fixed to the variable magnetization. That is, the influence of the hard bias layer 105 is greatest at both end portions of the free magnetic layer 104, and becomes smaller as the distance from the hard bias layer 105 becomes closer to the center of the free magnetic layer 104, that is, insensitive. It is considered that the areas 104b and 104b are formed.
Here, the insensitive regions 104b and 104b indicate portions where the rotation of the variable magnetization of the free magnetic layer 104 is slow due to the magnetic field from the hard bias layer 105, and the physical track width and the optical track width dimension. This is different from the difference.
For this reason, since the length dimension in the track width direction of the dead region 104b does not depend on the dimension in the track width direction of the spin valve thin film element, when the track width dimension of the entire laminated body 109 is set to be small by narrowing the track. However, the dimensions of the insensitive areas 104b and 104b in the track width direction do not change and do not narrow.
[0011]
Therefore, when narrowing the track and setting the track width dimension narrow, as a result, the sensitivity area 104a is reduced, and the re-output distribution curve corresponding to the dead areas 104b and 104b on both sides is tracked. It moves to the center in the width direction.
In particular, when further narrowing the track and setting the reproduction track width dimension to about 0.4 μm or less, the sensitivity region 104a disappears, and the entire track width direction becomes a dead region 104b. As shown in FIG. 37, there is a problem that the reproduction output as the entire spin-valve type thin film element, that is, the maximum value of the reproduction output itself decreases.
[0012]
On the other hand, the spin-valve type thin film element having a multilayer structure of metal films is covered with an insulating film (gap film) on the upper and lower sides and the side on the back side of the height, and the opposite side of the height side (that is, the ABS side; front side) The surface is exposed to the outside, and a tensile stress acts in the height direction near the center of the free magnetic layer in the spin valve thin film element.
[0013]
Therefore, when the reproducing track width dimension is set to about 1 μm or more, as described above, the influence of the hard bias layer 105 is the largest at both ends of the free magnetic layer 104, and the central portion of the free magnetic layer 104. In particular, in the vicinity of the center of the free magnetic layer 104, the influence of the uniaxial magnetic anisotropy magnetic field due to the inverse magnetostrictive effect that can be obtained by the stress and magnetostriction applied to the free magnetic layer 104 becomes large. ing.
As described above, since a tensile stress acts in the height direction near the center of the free magnetic layer 104, the inverse magnetostriction effect increases as the magnetostriction of the free magnetic layer 104 becomes a positive value and increases. The ease of magnetization rotation in the height direction due to the height increases, and the height direction becomes the easy axis direction of magnetization. In such a state, the magnetization in the vicinity of the center of the free magnetic layer tends to be in the height direction, and Barkhausen noise is likely to occur.
[0014]
In other words, if magnetostriction occurs in the free magnetic layer 104, magnetic hysteresis may occur, and as shown in FIG. 38, the domain walls 104c and 104c are formed in the free magnetic layer 104. As described above, bulk Heisen noise that prevents instability and causes inhomogeneity in magnetization, causing instability in the processing of signals from a magnetic recording medium in a spin-valve type thin film element. There is a possibility that it is likely to occur.
For example, when hysteresis occurs, a baseline shift occurs as shown in FIG. 40 with respect to the reproduction waveform without hysteresis shown in FIG. 39, and the reproduction waveform is symmetrical (symmetrical). )do not become. Here, FIG. 39 and FIG. 40 are graphs showing output waveforms of the spin valve thin film element.
Therefore, an attempt has been made to reduce the influence caused by magnetostriction in the spin valve thin film element.
[0015]
Furthermore, fundamentally, there has been a demand for narrowing the track in the spin valve thin film element and further improving the output characteristics and the sensitivity.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and intends to achieve the following object.
(1) To improve the output characteristics corresponding to the narrowing of the track in the spin valve thin film element.
(2) To improve the stability of the reproduced waveform.
(3) To control magnetostriction.
(4) To provide a thin film magnetic head including the spin valve thin film element as described above.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  The spin-valve type thin film element of the present invention is formed on a substrate in contact with an antiferromagnetic layer, and the magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer. A layer, a free magnetic layer formed on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic conductive layer, the magnetization direction of which is aligned in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer, and the magnetization direction of the free magnetic layer An element having a hard bias layer for aligning in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer, and a pair of electrode layers for providing a detection current in the vicinity of the pinned magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer. And
Magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer Ni (Atomic%) is shown in the attached drawing FIG. Ni ), The point H 1 (0.18, 81), point I 1 (0.17,80.5), point J 1 (0.15, 77.3), point K 1 (0.13, 76.8), point L 1 (0.1,75), point M 1 (0.1, 70.2), point N 1 (0.13, 70.2), point O 1 (0.15, 70.2), point P 1 (0.17, 70.2), point Q 1 (0.18, 70.2), and the residual magnetic flux density x film thickness Brt of the hard bias layer and the free magnetic layer film thickness are 22 T · nm. It is set to 6 nm, 14 T · nm, 3.6 nm, 14 T · nm, 2.5 nm, and the reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz is in the range of 1.2 to 2.0 mV. The above problems were solved.
The spin-valve type thin film element of the present invention is formed on a substrate in contact with an antiferromagnetic layer, and the magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer. A layer, a free magnetic layer formed on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic conductive layer, the magnetization direction of which is aligned in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer, and the magnetization direction of the free magnetic layer An element having a hard bias layer for aligning in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer, and a pair of electrode layers for providing a detection current in the vicinity of the pinned magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer. The magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer Ni (Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG. Ni ), Point F 2 (0.20,81.5), point G 2 (0.19, 81), point H 2 (0.18,80), point J 2 (0.15, 78.4), point K 2 (0.13, 76.5), point L 2 (0.1,75), point M 2 (0.1, 70.6), point N 2 (0.13, 70.6), point O 2 (0.15, 70.6), point Q 2 (0.18, 71.7), point R 2 (0.19, 72), point S 2 (0.20, 72.5), and the residual magnetic flux density × film thickness Brt of the hard bias layer and the free magnetic layer thickness are 22 T · nm. It is set to 6 nm, 14 T · nm, 3.6 nm, 14 T · nm, 2.5 nm, and the reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz is in the range of 1.2 to 2.0 mV. RuThis solves the above problem.
  Furthermore, in the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 It is preferably set to a value within the range surrounded by (0.19, 72).
  Furthermore, in the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 It is preferably set to a value within a range surrounded by (0.17, 70.2).
  Furthermore, in the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is shown in the attached drawing FIG.Ni), The point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 It is preferably set to a value within a range surrounded by (0.18, 71.7).
  Furthermore, in the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), As shown by point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 It is preferably set to a value within a range surrounded by (0.15, 70.2).
  Furthermore, in the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), As shown by point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 It is preferable to set the value within the range surrounded by (0.15, 70.6)..
BookOn the substrate of the invention, each of the layers is preferably laminated in the order of at least the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer.
  In the present invention, the antiferromagnetic layer is an X—Mn alloy or a Pt—Mn—X ′ alloy (where X is selected from Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os in the composition formula 1). X ′ is one of Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, and Kr. Can consist of
  In the present invention, at least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer is divided into two via a nonmagnetic intermediate layer, and the divided layers are in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions differ by 180 °. Also good.
  In the present invention, the width dimension in the reproduction track width direction of the free magnetic layer and the element height direction dimension of the free magnetic layer may be set to a ratio of approximately 1: 1 to 3: 2.
  In the thin film magnetic head of the present invention, the above problem can be solved by providing the above-described spin valve thin film magnetic element.
[0018]
Usually, in a spin valve thin film magnetic element having a track width of about 1 μm, for example, in a laminate formed by laminating an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer, Actually, the entire laminated body does not exhibit the magnetoresistive effect, but only the central region has excellent reproduction sensitivity, and substantially only the central region becomes a region that exhibits the magnetoresistive effect. Yes.
The area of the laminate having excellent reproduction sensitivity is referred to as a sensitivity area, and areas on both sides of the sensitivity area and having poor reproduction sensitivity are referred to as insensitive areas. Measured by profile method.
Hereinafter, the microtrack profile method will be described with reference to FIG.
[0019]
As shown in FIG. 41, the laminate has a magnetoresistive effect, a hard bias layer formed on both sides thereof, and an electrode layer formed on the hard bias layer, and has an effect of magnetostriction. A conventional spin valve thin film magnetic element that can be ignored is formed on a substrate.
Next, the width dimension A of the upper surface of the laminate is measured with an optical microscope or a scanning electron microscope. The width dimension A is defined as a track width Tw (hereinafter referred to as an optical track width dimension O-Tw) measured by an optical method, and is set to about 1 μm.
[0020]
Then, a predetermined signal is recorded as a minute track on the magnetic recording medium, and the spin valve thin film magnetic element is scanned in the track width direction on the minute track, thereby obtaining the width dimension A of the laminate. Measure the relationship with playback output. Alternatively, the side of the magnetic recording medium on which the minute track is formed may be scanned on the spin valve thin film magnetic element in the track width direction to measure the relationship between the width A of the laminate and the reproduction output. An example of the measurement result is shown on the lower side of FIG.
[0021]
According to this measurement result, it is understood that the reproduction output is high near the center of the laminate, and the reproduction output is low near the side of the laminate. From this result, the magnetoresistive effect is exhibited well near the center of the laminate, and it is related to the playback function, but the magnetoresistive effect deteriorates and the playback output is low and the playback function is lowered near both sides. is doing.
[0022]
Usually, as shown in FIG. 41, the area formed by the width dimension B of the upper surface of the laminated body where the reproduction output of 50% or more of the maximum reproduction output is generated in the track width dimension A on the upper surface of the laminated body. A region formed with the width C of the upper surface of the laminate that generates only 50% or less of the reproduction output with respect to the maximum reproduction output is defined as a dead region. Here, the insensitive region is a portion where the rotation of the variable magnetization of the free magnetic layer becomes dull due to the magnetic field from the hard bias layer, and is different from the difference between the physical track width and the optical track width dimension.
[0023]
In the spin valve thin film magnetic element of the present invention, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, and having a magnetization direction fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, A laminated body is formed by laminating a free magnetic layer formed on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic conductive layer and having a magnetization direction aligned in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer. A hard bias layer for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer, and a pair of electrodes for applying a detection current near the free magnetic layer A magnetic reproducing track width direction dimension Tw defined by a micro trap profile method to be described later on the upper surface of the laminate is set to 0.4 μm or less, and the free magnetic At least partially made of NiFe alloy, Ni concentration C in the NiFe alloyNi(Atom%) is 70.2% ≦ CNiBy setting it in the range of ≦ 89.9%, it is possible to improve the reproduction output of the spin-valve type thin film magnetic element that decreases due to narrowing of the track.
[0024]
In the spin valve thin film element, when the track width is set to 0.4 μm or less as compared with the case where the track width is set to about 1 μm, the spin valve thin film magnetic element is not changed as described above. In the present invention, the composition of the free magnetic layer is set in order to improve the reproduction output by the inverse magnetostriction effect.
[0025]
Here, the relationship between magnetostriction and the output of the spin valve thin film magnetic element will be described.
[0026]
In general, the stress applied to a film formed in a plane is almost isotropic in the in-plane direction of the film. However, in a film that is partially opened by cutting a part, such as an ABS surface for a free magnetic layer of a spin valve thin film element, the stress distribution in the film surface becomes anisotropic. . For example, in this case, tensile stress acts anisotropically in the element height direction (stripe height direction) in the free magnetic layer.
Here, when the magnetostriction of the magnetic material, in this case, the free magnetic layer is zero, magnetostriction does not occur even when the free magnetic layer is magnetized. Therefore, the magnetic anisotropy induced by the magnetostriction of the free magnetic layer is isotropic.
However, by setting the magnetostriction to be positive, that is, in a state of extending in the magnetized direction, the inverse magnetostriction effect makes it easier for the magnetization to be directed in the direction of the acting tensile stress, and magnetic anisotropy appears. That is, in the free magnetic layer on which the tensile stress acts, the direction of the tensile stress can be the easy axis.
Therefore, although the magnetization change state of the free magnetic layer is fixed in the track width direction by the magnetic field from the hard bias layer, it has a magnetic anisotropy in the element height direction, which is contrary to the magnetic field of the hard bias ( Overcoming), it becomes easy to rotate relatively in the easy axis direction, that is, in the element height direction.
As a result, in a spin-valve type thin film magnetic element, the variable magnetization direction of the free magnetic layer easily rotates with respect to the fixed magnetization direction of the pinned magnetic layer, so that resistance change due to the magnetoresistive effect is likely to occur. Can be expected to increase.
[0027]
  On the other hand, in the spin valve thin film element, when the track width is set to 0.4 μm or less as described above, the magnetization of the free magnetic layer is aligned in the track width direction under the influence of the hard bias layer. In this case, the free magnetic layer does not have a portion that is far away from the hard bias layer to the extent that the above-described sensitivity region is generated. Therefore, when the track width is larger than 0.4 μm, the free magnetic layer is formed in the track width direction. It is possible to prevent the influence from the hard bias layer from fluctuating greatly.
  Therefore, the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting the free magnetic layer as described above.NiBy setting (atomic%), the magnetostriction λs in the element height direction in the free magnetic layer is set to −7.0 ×10 -6 ≦ λs ≦ 2.0 ×10 -5 In addition, the free magnetic layer has a more variable rotational susceptibility to rotation in the track width direction than in the case where the track width is wide, and a domain wall is formed and the magnetic domain is unstable. Can be prevented.
  For this reason, in the free magnetic layer, there is no region in which the sensitivity varies in the track width direction, a domain wall is formed in the free magnetic layer and single domain formation is prevented, and magnetization nonuniformity occurs, In the spin-valve type thin film element, it is possible to prevent the occurrence of bulk Heisen noise or the like that causes instability that causes inaccurate processing of signals from the magnetic recording medium.
[0028]
In the present invention, when the magnetic reproduction track width direction dimension Tw is set to 0.4 μm or more, as described above, there is a possibility that a domain wall is formed in the free magnetic layer, and the free magnetic layer is configured. Ni concentration C in NiFe alloyNiWhen (atomic%) is set to be smaller than 70.2%, the coercive force from the hard bias layer in the free magnetic layer is about 400 A / m or more, which is preferable because the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer are deteriorated. Absent. Further, the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting the free magnetic layerNiWhen (atomic%) is set larger than 89.9%, the reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element falls below the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable. .
Here, as described above, the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting the free magnetic layerNiWhen (atomic%) is set, the magnetostriction λs of the free magnetic layer is −7.0 × 10-6If set to a smaller value, the variable magnetization of the free magnetic layer is fixed more firmly than necessary in the hard bias layer, and the sensitive magnetization does not rotate with respect to the applied external magnetic field. The reproduction output of the thin film magnetic element in a low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz falls below the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable. The magnetostriction λs is 2.0 × 10.-FiveIf set to the above, the coercive force in the free magnetic layer becomes about 400 A / m or more, and the soft magnetic properties of the free magnetic layer deteriorate, which is not preferable.
[0029]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point A1 (0.4, 89.9), point B1 (0.35,89), point C1 (0.3, 87.7), point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5), point V1 (0.3, 73.6), point W1 (0.35, 75.6), point X1 (0.4, 77.3) can be set to a value within the range, whereby the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer can be set.-6) As indicated by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.4,6), point SB1 (0.35,8), point SC1 (0.3, 12.5), point SD1 (0.25, 18), point SE1 (0.23, 20), point SF1 (0.2, 20), point SG1 (0.19, 20), point SH1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17.2), point SO1 (0.18,1), point SP1 (0.19,0), point SQ1 (0.2, -0.7), point SR1 (0.22, -2), point SS1 (0.25, -3), point ST1 (0.3, -5), point SU1 (0.35, -6.3), point SV1 It becomes possible to set a value within a corresponding range surrounded by (0.4, -7).
Here, FIGS. 42 and 43 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in the present invention and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6It is a figure which shows the range with. In addition to the above range, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNiWhen (atomic%) was set, there were the following inconveniences.
(1) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw is point A in FIG.1 , Point X1 If it is set on the right side, as described above, a domain wall may be formed in the free magnetic layer, which may cause bulk Heisen noise that causes instability, etc., which is not preferable.
(2) Magnetic reproduction track width direction dimension Tw and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNiBut point A1 , Point B1 , Point C1 , Point D1 , Point E1 , Point F1 , Point G1 , Point H1 , Point I1 , Point J1 , Point K1 , Point L1 When set to the upper side, the variable magnetization of the free magnetic layer is fixed more firmly than necessary in the hard bias layer, and the variable magnetization does not rotate with good sensitivity to the applied external magnetic field, The reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element is less than the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable.
(1) Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNiBut point M1 , Point N1 , Point O1 , Point P1 , Point Q1 , Point R1 , Point S1 , Point T1 When set to the lower side, the coercive force in the free magnetic layer becomes about 400 A / m or more, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer are lowered, and the distortion and instability of the reproduced waveform increase. Therefore, it is not preferable.
(3) Magnetic reproduction track width direction dimension Tw and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atom%) is the point T1 , Point U1 , Point V1 , Point W1 , Point X1 When set to a lower side, the reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element exceeds the practical upper limit of about 2.0 mV, and the instability of the reproduction waveform (instability) ) May increase, which is not preferable.
Here, since it is difficult to obtain an output even when the magnetostriction is increased as in the present invention, it is unlikely that the hard bias method itself in which the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned by the hard bias layer can be used. For this reason, in the present invention, the range of the track width is defined to be 1 μm or more.
[0030]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point A2 (0.4, 83.7), point B2 (0.35, 83.9), point C2 (0.3,83.5), point D2 (0.25, 83), point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6), point U2 (0.25, 74), point V2 (0.3, 75.6), point W2 (0.35, 76.5), point X2 (0.4, 77.3) can be set to a value within the range, whereby the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer can be set.-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.4,6), point SB2 (0.35,6), point SC2(0.3, 7.5), point SD2(0.25, 10.5), point SE2(0.23,11), point SF2(0.22,12), point SG2(0.2, 13.5), point SH2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2(0.19, 1.2), point SP2(0.2,1), point SQ2(0.22,0), point SR2(0.23, -0.5), point SS2(0.25, -1), point ST2(0.3, -1.5), point SU2(0.35, -1.6), point SV2It becomes possible to set a value within a range surrounded by (0.4, -1.5).
In addition to the above range, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNiWhen (atomic%) was set, there were the following inconveniences.
(1) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw is point A in FIG.2 , Point X2 If it is set on the right side, as described above, a domain wall may be formed in the free magnetic layer, which may cause bulk Heisen noise that causes instability, etc., which is not preferable.
{Circle around (2)} Magnetic reproduction track width direction dimension Tw and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atom%) is point A2 , Point B2 , Point C2 , Point D2 , Point E2 , Point F2 , Point G2 , Point H2 , Point J2 , Point K2 , Point L2When set to the upper side, the variable magnetization of the free magnetic layer is fixed more firmly than necessary in the hard bias layer, and the variable magnetization does not rotate with good sensitivity to the applied external magnetic field, The reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element is less than the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable.
Furthermore, as described above, point A2 Or point L2 As the track width becomes narrower, the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer, which stabilizes the variable magnetization of the free magnetic layer, is more reliably prevented. It is more preferable because it does not have to be made smaller below.
(2) Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is point M2 , Point N2 , Point O2 When set to the lower side, the coercive force in the free magnetic layer becomes about 400 A / m or more, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer are lowered, and the distortion and instability of the reproduced waveform increase. Therefore, it is not preferable.
(3) Magnetic reproduction track width direction dimension Tw and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atom%) is the point O2 , Point Q2 , Point R2 , Point S2 , Point T2 , Point U2 , Point V2 , Point W2 , Point X2 When set to a lower side, the reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element exceeds the practical upper limit of about 2.0 mV, and the instability of the reproduction waveform (instability) ) May increase, which is not preferable.
Furthermore, as described above, point E2 Or point V2 As the track width becomes narrower, the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer for stabilizing the variable magnetization of the free magnetic layer may be reduced. It is more preferable in terms of accuracy controllability.
[0031]
Incidentally, it is generally known that the magnetostriction of a NiFe alloy film in a bulk solid state is very sensitive to the composition of the NiFe alloy film. It is also known that when nonmagnetic atoms are added to a NiFe alloy film in a bulk solid state, magnetostriction changes depending on the amount of nonmagnetic atoms added and the type of nonmagnetic atoms.
[0032]
Like a free magnetic layer of a spin valve thin film magnetic element, a NiFe alloy film or a laminate of a NiFe alloy film and a CoFe alloy film is thinned to a thickness of several tens of atomic layers, and a nonmagnetic film is formed above and below it. Because the non-magnetic atoms (Ta and Cu) and the ferromagnetic atoms (Ni and Fe) in the NiFe alloy film are in direct contact with each other, the magnetostriction of the ferromagnetic atoms in the NiFe alloy film in direct contact with the non-magnetic film atoms changes. become. This change in magnetostriction differs depending on whether the nonmagnetic atom is a Ta film or a Cu film. Therefore, the top type (top type; arrangement type on PtMn) or bottom type (bottom type: arrangement type below PtMn) spin valve type thin film magnetic element and dual type spin valve type thin film magnetic element, The composition range of the NiFe alloy film constituting at least a part of the free magnetic layer required for optimizing the magnetostriction can be set.
[0033]
Also, by applying heat treatment to the spin valve thin film magnetic element, a thermal diffusion layer is formed at the interface between the NiFe alloy film of the free magnetic layer and the nonmagnetic film such as Ta and Cu, and the ferromagnetic atoms in the NiFe alloy film are More non-magnetic atoms arranged above and below will come into contact. The thickness of the thermal diffusion layer of the NiFe alloy film and the nonmagnetic film depends on the temperature of the heat treatment, the heat treatment time, the type of the nonmagnetic film, and whether the nonmagnetic film is disposed above or below. However, since it hardly depends on the thickness of the NiFe alloy film, the thinner the NiFe alloy film, the higher the proportion of the thermal diffusion layer in the NiFe alloy film. Therefore, the thinner the NiFe alloy film, the greater the influence of magnetostriction changed by the formation of the thermal diffusion layer. Therefore, changing the thickness of the NiFe alloy film will change the magnetostriction. The reason why magnetostriction changes when heat treatment is performed is also the same.
[0034]
In addition, even if the NiFe alloy film has the same film composition, film thickness, and heat treatment conditions, the top-type or bottom-type spin-valve thin film magnetic element and the dual-type spin-valve thin film magnetic element do not sandwich the NiFe alloy film. Since the materials are different, the composition range of the NiFe alloy film constituting at least a part of the free magnetic layer required for optimizing the magnetostriction of the free magnetic layer is different. On the other hand, the top type spin valve film and the bottom type spin valve film have the same nonmagnetic material formed above and below the NiFe alloy film, but the stacking order is reversed. The degree of mismatching (matching degree) differs, and as a result, the ratio and contact method of the ferromagnetic and nonmagnetic atoms that are in direct contact with each other and the thermal diffusion coefficient at the layer interface also differ, so the magnetostriction of the free magnetic layer is optimal. Therefore, the composition range of the NiFe alloy film constituting at least a part of the free magnetic layer required for the conversion is different.
In the present invention, in consideration of such circumstances, the magnetic recording track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiAnd are set.
[0035]
Further, in the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point B1 (0.35,89), point C1 (0.3, 87.7), point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5), point V1 (0.3, 73.6), point W1 (0.35, 75.6) can be set to a value within the range, and within this range, the range of the free magnetic layer is within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.35 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0036]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point B2 (0.35, 83.9), point C2 (0.3,83.5), point D2 (0.25, 83), point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6), point U2 (0.25, 74), point V2 (0.3, 75.6), point W2 (0.35, 76.5) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, it is preferable to suppress distortion and instability of the reproduction waveform more effectively, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.35 μm or less, and magnetic reproduction. It is more preferable to secure a necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization × thickness product of the hard bias layer suitable for the controllability of the track width.
[0037]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point C1 (0.3, 87.7), point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5), point V1 (0.3, 73.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.3 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0038]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is the point (Tw, C) in FIG.Ni)
Point C2 (0.3,83.5), point D2 (0.25, 83), point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6), point U2 (0.25, 74), point V2 (0.3, 75.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs in the element height direction can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.3 μm or less, it is preferable to further effectively suppress distortion and instability of the reproduction waveform, Further, it is more preferable to secure the necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization × thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the magnetic reproduction track width.
[0039]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.25 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0040]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point D2 (0.25, 83), point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6), point U2 The value can be set within a range surrounded by (0.25, 74), and within this range, the magnetostriction λs of the free magnetic layer falls within the range defined by the corresponding track width range in FIG. In particular, in a magnetic head having a reproduction track width of 0.25 μm or less, it is preferable for further effectively suppressing the distortion and instability of the reproduction waveform, and the magnetic reproduction track width. It is more preferable to secure the necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization × film thickness product of the hard bias layer suitable for the control of the above.
[0041]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 Can be set to a value within the range surrounded by (0.20, 70.2), and within this range, the range of the free magnetic layer falls within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.25 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0042]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, it is preferable to suppress the distortion and instability of the reproduction waveform more effectively, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.22 μm or less, and magnetic reproduction. It is more preferable to secure the necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization x film thickness product suitable for controlling the track width.
[0043]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.19 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0044]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20, 72.5) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, it is preferable to suppress distortion and instability of the reproduction waveform more effectively, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.2 μm or less, and magnetic reproduction. It is more preferable to secure the necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization x film thickness product suitable for controlling the track width.
[0045]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is shown in the attached drawing FIG.Ni)
Point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.18 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0046]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 Can be set to a value within the range surrounded by (0.19, 72), and within this range, the magnetostriction λs of the free magnetic layer falls within the range defined by the corresponding track width range in FIG. In particular, in a magnetic head having a reproducing track width of 0.19 μm or less, it is preferable for further effectively suppressing the distortion and instability of the reproducing waveform, and the magnetic reproducing track width. It is more preferable to secure the necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization × film thickness product of the hard bias layer suitable for the control of the above.
[0047]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.17 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0048]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is shown in the attached drawing FIG.Ni)
Point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, it is preferable to suppress distortion and instability of the reproduction waveform more effectively, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.18 μm or less, and magnetic reproduction. It is more preferable to secure the necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization x film thickness product suitable for controlling the track width.
[0049]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.15 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0050]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, it is preferable to suppress distortion and instability of the reproduction waveform more effectively, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.15 μm or less, and magnetic reproduction. It is more preferable to secure the necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization x film thickness product suitable for controlling the track width.
[0051]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.13 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0052]
In the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, it is preferable to suppress distortion and instability of the reproduction waveform more effectively, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.125 μm or less, and magnetic reproduction. It is more preferable to secure a necessary reproduction output while setting the hard bias layer to a value of the residual magnetization × film thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the track width.
[0053]
Furthermore, in the free magnetic layer of the present invention, the width dimension in the track width direction and the dimension in the element height direction of the free magnetic layer are set to a ratio of approximately 1: 1 to 3: 2, and the free magnetic layer The height dimension of the element can be set in the range of 0.06 μm to 0.4 μm, thereby improving the magnetic domain unity in the element height direction by the shape magnetic anisotropy due to the horizontally long shape. Thus, it is possible to reduce the possibility of occurrence of bulk Heisen noise or the like that causes instability.
[0054]
On the substrate, each of the layers is laminated from the substrate side in the order of at least the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer. Also, on the substrate, each of the layers is laminated in order of at least the free magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, the pinned magnetic layer, and the antiferromagnetic layer from the substrate side. It is a so-called top-type single spin valve type, and a so-called dual spin in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are laminated on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer. It can be made into a valve type. The antiferromagnetic layer may be an X-Mn alloy or a Pt-Mn-X 'alloy (wherein X is one selected from Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os in the composition formula). X ′ represents any one selected from Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, and Kr) In addition, at least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer may be divided into two via a nonmagnetic layer, and the divided layers may be in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions differ by 180 °. it can.
When the spin-valve type thin film element in which the free magnetic layer is divided into two via a nonmagnetic intermediate layer, it works to direct the magnetizations of the two free magnetic layers antiparallel to each other. As a result, an exchange coupling magnetic field is generated, the ferrimagnetic state is achieved, and the magnetic film thickness is reduced, so that it can be reversed with high sensitivity to an external magnetic field.
When the pinned magnetic layer is a spin-valve type thin film element divided into two via a nonmagnetic intermediate layer, it works to direct the magnetizations of the two divided magnetic layers antiparallel to each other. Thus, an exchange coupling magnetic field is generated, and a ferrimagnetic state is obtained, so that magnetic stability can be improved.
[0055]
Furthermore, the above-mentioned problem can be solved by a thin film magnetic head comprising the above spin valve thin film element.
[0056]
Note that a spin valve thin film element having a multilayer structure of metal films has an upper and lower side and a height side surface of, for example, Al.2OThreeIt is covered with an insulating film (gap film), etc., and the surface on the opposite side of the height side (that is, the ABS surface side; the front side) is exposed to the outside, and the composition of the free magnetic layer is as described above. After setting, the tensile stress in the height direction (element height direction) applied to the free magnetic layer can be controlled by controlling the composition of the gap film, the film formation conditions, and the film formation conditions of the free magnetic layer. Can do.
[0057]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A spin valve thin film magnetic element, a method for manufacturing the same, and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the structure of the spin valve thin film element according to the first embodiment of the present invention when viewed from the side facing the recording medium.
The spin valve thin film element of the present invention is a kind of GMR (giant magnetoresitive) element utilizing a giant magnetoresistive effect. As will be described later, this spin-valve type thin film element is provided at the trailing side end of a floating slider provided in a hard disk device, and detects a recording magnetic field of a hard disk or the like. The moving direction of a magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the leakage magnetic field direction from the magnetic recording medium is the Y direction.
The spin-valve type thin film element of the first embodiment of the present invention is a bottom type in which an antiferromagnetic layer, two pinned magnetic layers, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed. The pinned magnetic layer is formed on the first pinned magnetic layer and the first pinned magnetic layer via a nonmagnetic intermediate layer, and the magnetization direction is aligned antiparallel to the magnetization direction of the first pinned magnetic layer. A single spin-valve thin film having a so-called synthetic-ferri-pinned type, which is a synthetic ferri-magnetic state. It is a kind of element.
[0058]
In FIG. 21, reference numeral 11 denotes an antiferromagnetic layer provided on the substrate 10. On the antiferromagnetic layer 11, pinned magnetic layers 12A, 12B, and 12C are formed.
The pinned magnetic layers 12A, 12B, and 12C are formed on the first pinned magnetic layer 12A and the first pinned magnetic layer 12A via a nonmagnetic intermediate layer 12B, and the first pinned magnetic layer 12A. And a second pinned magnetic layer 12C whose magnetization direction is aligned antiparallel to the first magnetization direction.
A nonmagnetic conductive layer 13 made of Cu (copper) or the like is formed on the second pinned magnetic layer 12C, and a free magnetic layer 14 is formed on the nonmagnetic conductive layer 13. Yes. A protective layer 15 made of Ta or the like is formed on the free magnetic layer 14, and the upper side of the protective layer is an oxide layer 15a made of tantalum oxide (Ta-Oxide).
As shown in FIG. 21, a laminated body 16 having a substantially trapezoidal cross-sectional shape is constituted by each layer from a part of the antiferromagnetic layer 11 to the oxide layer 15a.
[0059]
Reference numerals 17 and 17 denote hard bias layers, and reference numerals 18 and 18 denote electrode layers.
These hard bias layers 17 and 17 are formed on the antiferromagnetic layer 11 projecting on both sides of the multilayer body 16 via a bias underlayer 17a. On the hard bias layers 17 and 17, electrode layers 18 and 18 are formed via an intermediate layer 19 made of Ta or Cr.
[0060]
More specifically, in the spin valve thin film element of the first embodiment of the present invention, the dimension in the direction indicated by the arrow X1 in FIG. 21, that is, the optical dimension in the track width direction (dimension in the magnetic reproduction track width direction) Tw. Is set to 0.4 μm or less. Here, the optical track dimension is defined as the width of the free magnetic layer 14 in the X1 direction as shown in FIG. More specifically, the optical track dimension is defined by the dimension in the X1 direction at the midpoint position in the Z direction of FIG. 21 of the free magnetic layer, that is, the intermediate position in the film thickness direction of the free magnetic layer 14.
The antiferromagnetic layer 11 has a thickness of about 80 to 300 angstroms in the central portion of the laminate 19 and is preferably formed of a PtMn alloy. The PtMn alloy is excellent in corrosion resistance, has a high blocking temperature, and has a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy magnetic field) as compared with NiMn alloy, FeMn alloy and the like conventionally used as an antiferromagnetic layer.
In place of the PtMn alloy, an alloy represented by the formula X-Mn (where X represents one element selected from Pd, Ru, Ir, Rh, Os), or X′—Pt—Mn (where X ′ is one or more selected from Pd, Ru, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) It may be formed of an alloy represented by the formula:
[0061]
In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X—Mn, it is desirable that Pt or X is in the range of 37 to 63 atomic%. More preferably, it is the range of 47-57 atomic%.
Furthermore, in the alloy represented by the formula X′-Pt—Mn, it is desirable that X ′ + Pt is in the range of 37 to 63 atomic%. More preferably, it is the range of 47-57 atomic%. Further, in the alloy represented by the formula X′—Pt—Mn, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 10 atomic%.
However, when X ′ is one or more of Pd, Ru, Ir, Rh, and Os, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 40 atomic%.
The antiferromagnetic layer 11 that generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained by using the above-described alloy having an appropriate composition range as the antiferromagnetic layer 11 and annealing it. In particular, in the case of a PtMn alloy, an excellent antiferromagnetic layer 11 having an exchange coupling magnetic field exceeding 6.4 kA / m and an extremely high blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost can be obtained.
[0062]
The first and second pinned magnetic layers 12A and 12C are made of a ferromagnetic thin film, and are formed of, for example, Co, NiFe alloy, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, etc., and have a total thickness of about 40 angstroms. Preferably, the first pinned magnetic layer 12A is made of, for example, Co and has a thickness of 13 to 20 angstroms, and the second pinned magnetic layer 12C is made of, for example, Co and has a thickness of 15 to 15 Set to 25 Angstroms.
The nonmagnetic intermediate layer 12B is preferably made of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu, and is usually formed to a thickness of about 8 angstroms. Has been.
[0063]
The first pinned magnetic layer 12A is formed in contact with the antiferromagnetic layer 11, and is subjected to annealing in the magnetic field (heat treatment) so that the interface between the first pinned magnetic layer 12A and the antiferromagnetic layer 11 is formed. As a result, an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy magnetic field) is generated, and the magnetization of the first pinned magnetic layer 12A is pinned in the Y direction as shown in FIG. When the magnetization of the first pinned magnetic layer 12A is pinned in the Y direction in the figure, the magnetization of the second pinned magnetic layer 12C opposed via the nonmagnetic intermediate layer 12B is the same as that of the first pinned magnetic layer 12A. It is fixed in a state antiparallel to the magnetization, that is, in the direction opposite to the Y direction in the figure.
[0064]
In the present embodiment, in order to increase the exchange coupling magnetic field (Hex), the film thickness ratio of the first pinned magnetic layer 12A and the second pinned magnetic layer 12C is within an appropriate range, and the first pinned magnetic layer 12A The magnetization of the magnetic layer 12A and the second pinned magnetic layer 12C is kept in a thermally stable anti-parallel state (ferri state), and ΔR / R (resistance change rate) is secured to the same level as before. Is possible. Furthermore, the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 12A and the second pinned magnetic layer 12C is controlled to a desired direction by appropriately controlling the magnitude and direction of the magnetic field during the heat treatment.
[0065]
The nonmagnetic conductive layer 13 is made of Cu (copper) or the like, and its film thickness is set to 20 to 30 angstroms.
[0066]
22 is a cross-sectional view showing the X1-Y plane of FIG. 21 at the same level as the free magnetic layer 14 of the spin valve thin film magnetic element in FIG.
1 and 2 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in this embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
The free magnetic layer 14 is usually about 20 to 50 angstroms thick and is made of NiFe or a laminated film of NiFe and CoFe. Furthermore, the dimension in the direction indicated by the arrow X1 in FIG. 21, that is, the dimension in the track width direction (dimension in the magnetic reproduction track width direction) Tw is set to 0.4 μm or less. Here, a layer made of Co, a CoFe alloy, or a CoFeNi alloy may be provided on the nonmagnetic conductive layer 13 side of the free magnetic layer 14.
In this free magnetic layer 14, the Ni concentration C of the NiFe alloy in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer 14.Ni(Atom%) is 70.2% ≦ CNi≦ 89.9%, the magnetic recording track width direction dimension Tw (μm), and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point A1 (0.4, 89.9), point B1 (0.35,89), point C1 (0.3, 87.7), point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5), point V1 (0.3, 73.6), point W1 (0.35, 75.6), point X1 It is set to a value within the range surrounded by (0.4, 77.3).
As a result, the magnetostriction λs of the free magnetic layer 14 is reduced to −7.0 × 10-6≦ λs ≦ 2.0 × 10-FiveMore preferably, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer 14 are more preferable.-6) As indicated by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.4,6), point SB1 (0.35,8), point SC1 (0.3, 12.5), point SD1 (0.25, 18), point SE1 (0.23, 20), point SF1 (0.2, 20), point SG1 (0.19, 20), point SH1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17.2), point SO1 (0.18,1), point SP1 (0.19,0), point SQ1 (0.2, -0.7), point SR1 (0.22, -2), point SS1 (0.25, -3), point ST1 (0.3, -5), point SU1 (0.35, -6.3), point SV1 It can be set to a value within the range surrounded by (0.4, -7).
[0067]
  Here, in the spin-valve type thin film element of this embodiment, the track width dimension Tw is set to 0.4 μm or less as described above, so that it is affected by the hard bias layers 17 and 17 as will be described later. When the magnetization of the free magnetic layer 14 is aligned in the track width direction, the hard bias layer 17 increases in the free magnetic layer 14 such that a difference between the sensitivity region and the insensitive region when measured by the microtrack profile method is generated. , 17 is not distant from the distance, and the influence of the hard bias layer on the free magnetic layer in the track width direction is prevented from greatly fluctuating.
  At the same time, the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer as described above.NiBy setting (atomic%), the magnetostriction λs in the element height direction in the free magnetic layer is set to −7.0 × 10-6≦ λs ≦ 2.0 ×10 -5 In this way, by setting the magnetostriction λs in the element height direction to the plus side, that is, in the state of extending in the magnetized direction, in the direction of the tensile stress acting by the inverse magnetostrictive effect. Magnetization becomes easier and magnetic anisotropy appears. That is, in the free magnetic layer 14 on which the tensile stress acts, the direction of the tensile stress, that is, the element height direction (height direction) that is the arrow Y direction shown in FIGS. it can. When the magnetostriction λs is set in this way, the ease of rotation of the variable magnetization of the free magnetic layer 14 is distributed in the track width direction (X1 direction) by setting the track width direction dimension Tw to 0.4 μm or less. The magnetic domain can be prevented from becoming unstable due to the domain wall.
  For this reason, in the free magnetic layer 14, a region where sensitivity varies in the track width direction (X1 direction) is rarely formed, and a domain wall is formed in the free magnetic layer, thereby preventing a single domain and preventing magnetization. It is possible to prevent the occurrence of bulk Heisen noise or the like that causes instability in which the signal processing from the magnetic recording medium is inaccurate in the spin valve thin film element.
[0068]
In this embodiment, when the magnetic reproduction track width direction dimension Tw is set to 0.4 μm or more, as described above, there is a possibility that a domain wall may be formed in the free magnetic layer, which is not preferable. At the same time, the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least part of the free magnetic layerNiBy setting (atomic%) to be larger than 89.9%, the magnetostriction λs in the element height direction of the free magnetic layer 14 is −7.0 × 10.-6In this case, the fluctuation magnetization of the free magnetic layer 14 is fixed to the hard bias layers 17 and 17 more firmly than necessary, and the fluctuation magnetization having a good sensitivity to the applied external magnetic field is generated. This is not preferable because the rotation output of the spin valve thin film magnetic element in a low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz falls below the practical lower limit of 1.2 mV without rotating. Also, the Ni concentration C of the free magnetic layerNiBy setting (atomic%) to be smaller than 70.2%, the magnetostriction λs becomes 2.0 × 10-FiveWhen the above is set, the coercive force in the free magnetic layer 14 is about 400 A / m or more, and the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 14 are deteriorated.
[0069]
Further, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point A1 ~ Point X1 Can be set to a value within the range surrounded by, and when set outside this range, there are the following inconveniences.
(1) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw is point A in FIG.1 , Point X1 If it is set on the right side, as described above, a domain wall may be formed in the free magnetic layer, which may cause bulk Heisen noise that causes instability, etc., which is not preferable.
(2) Magnetic reproduction track width direction dimension Tw and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atom%) is point A1 , Point B1 , Point C1 , Point D1 , Point E1 , Point F1 , Point G1 , Point H1 , Point I1 , Point J1 , Point K1 , Point L1 When set to the upper side, the variable magnetization of the free magnetic layer is fixed more firmly than necessary in the hard bias layer, and the variable magnetization does not rotate with good sensitivity to the applied external magnetic field, The reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element is less than the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable.
(3) Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is point M1 , Point N1 , Point O1 , Point P1 , Point Q1 , Point R1 , Point S1 , Point T1 When set to the lower side, the coercive force in the free magnetic layer becomes about 400 A / m or more, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer are lowered, and the distortion and instability of the reproduced waveform increase. Therefore, it is not preferable.
(3) Magnetic reproduction track width direction dimension Tw and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atom%) is the point T1 , Point U1 , Point V1 , Point W1 , Point X1 When set to a lower side, the reproduction output of the spin valve thin film magnetic element in a low frequency band of about 10 MHz 20 M to Hz exceeds the practical upper limit of about 2.0 mV, and the instability of the reproduction waveform (instability) ) May increase, which is not preferable.
[0070]
Further, the magnetic reproduction track width direction dimension and Ni concentration CNiCorresponding to (atomic%), the magnetic recording track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10 of the free magnetic layer 14).-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 ~ Point V1 Can be set to a value within the range surrounded by, and when set outside this range, there are the following inconveniences.
(1) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw is point SA in FIG.1 , Point SV1 If it is set to the right side, as described above, a domain wall may be formed in the free magnetic layer 14, which may cause bulk Heisen noise, which causes instability, and is not preferable.
(2) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw and the magnetostriction λs of the free magnetic layer 14 are point SA in FIG.1 , Point SB1 , Point SC1 , Point SD1 , Point SE1 When set outside, the reproduction output of the spin valve thin film magnetic element in the low frequency band of about 10 MHz to 10 MHz exceeds the practical upper limit of about 2.0 mV, and the instability of the reproduction waveform (instability) May increase, which is not preferable.
(3) The magnetostriction λs of the free magnetic layer 14 is point SE in FIG.1 , Point SF1 , Point SG1 , Point SH1 , Point SI1 , Point SJ1 , Point SK1 When set to the upper side, the coercive force in the free magnetic layer 14 is about 400 A / m or more, the soft magnetic properties of the free magnetic layer 14 are lowered, and the distortion and instability of the reproduced waveform are increased. Therefore, it is not preferable.
(4) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw and the magnetostriction λs in the element height direction of the free magnetic layer 14 are point SL in FIG.1 , Point SM1 , Point SN1 , Point SO1 , Point SP1 , Point SQ1 , Point SR1 , Point SS1 , Point ST1 , Point SU1 , Point SV1 When set to a lower side, the variable magnetization of the free magnetic layer 14 is fixed to the hard bias layer 17 more firmly than necessary, and the variable magnetization rotates with good sensitivity to the applied external magnetic field. The reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element falls below the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable.
[0071]
In the present embodiment, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer are further included.Ni(Atomic%) is indicated by each point (Tw, C) in FIG.Ni), Point A2 ~ Point X2 Can be set to a value within the range surrounded by, and when set outside this range, there are the following inconveniences.
(1) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw is point A in FIG.2 , Point X2 If it is set on the right side, as described above, a domain wall may be formed in the free magnetic layer, which may cause bulk Heisen noise that causes instability, etc., which is not preferable.
(2) Magnetic reproduction track width direction dimension Tw and Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atom%) is point A2 , Point B2 , Point C2 , Point D2 , Point E2 , Point F2 , Point G2 , Point H2 , Point J2 , Point K2 , Point L2When set to the upper side, the variable magnetization of the free magnetic layer is fixed more firmly than necessary in the hard bias layer, and the variable magnetization does not rotate with good sensitivity to the applied external magnetic field, The reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element is less than the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable.
Furthermore, as described above, point A2 Or point L2 As the track width becomes narrower, the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer 17 for stabilizing the variable magnetization of the free magnetic layer 14 is increased, and the instability of the reproduction waveform is further increased. It is more preferable because it may be made smaller than necessary to ensure prevention.
(4) Ni concentration C in NiFe alloy constituting at least part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is the point M in FIG.2 , Point N2 , Point O2 When set to the lower side, the coercive force in the free magnetic layer becomes about 400 A / m or more, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer are lowered, and the distortion and instability of the reproduced waveform increase. Therefore, it is not preferable.
(3) Magnetic reproducing track width direction dimension Tw and Ni concentration C of the free magnetic layerNi(Atomic%) is the point O in FIG.2 , Point Q2 , Point R2 , Point S2 , Point T2 , Point U2 , Point V2 , Point W2 , Point X2 When set to a lower side, the reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element exceeds the practical upper limit of about 2.0 mV, and the instability of the reproduction waveform (instability) ) May increase, which is not preferable.
Further, as described above, the point O in FIG.2 Or point X2 As the track width Tw becomes narrower, the residual magnetization × thickness product of the hard bias layer 17 for stabilizing the variable magnetization of the free magnetic layer 14 may be reduced as the track width Tw becomes smaller. It is more preferable in terms of controllability of the effective reproduction track width.
[0072]
Further, the magnetic reproduction track width direction dimension and Ni concentration C shown in FIG.NiCorresponding to the value within the range surrounded by (atomic%), the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer 14-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.4,6), point SB2 (0.35,6), point SC2(0.3, 7.5), point SD2(0.25, 10.5), point SE2(0.23,11), point SF2(0.22,12), point SG2(0.2, 13.5), point SH2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2(0.19, 1.2), point SP2(0.2,1), point SQ2(0.22,0), point SR2(0.23, -0.5), point SS2(0.25, -1), point ST2(0.3, -1.5), point SU2(0.35, -1.6), point SV2It can be set to a value within a range surrounded by (0.4, −1.5). And when it was set outside this range, there was the following inconvenience.
(1) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw is point SA in FIG.2 , Point SV2 If it is set to the right side, as described above, a domain wall may be formed in the free magnetic layer 14, which may cause bulk Heisen noise, which causes instability, and is not preferable.
(2) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw and the magnetostriction λs of the free magnetic layer 14 are represented by points SA in FIG.2 , Point SB2 , Point SC2 , Point SD12 , Point SE2 , Point SF2 , Point SG12 , Point SH2 , Point SI2 , Point SJ2 , Point SW2 When set outside, the reproduction output of the spin valve thin film magnetic element in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz exceeds the practical upper limit of about 2.0 mV, and the instability of the reproduction waveform (instability) May increase, which is not preferable.
Further, as described above, the point SA in FIG.2 Or point SW2 Since the residual magnetization × thickness product of the hard bias layer 17 for stabilizing the variable magnetization of the free magnetic layer 14 may be reduced as the track width Tw becomes narrower, This is more preferable in terms of controllability of the effective reproduction track width.
(3) The magnetostriction λs of the free magnetic layer 14 is point SW in FIG.2 , Point SK2 When set to the upper side, the coercive force in the free magnetic layer 14 is about 400 A / m or more, the soft magnetic properties of the free magnetic layer 14 are lowered, and the distortion and instability of the reproduced waveform are increased. Therefore, it is not preferable.
(4) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw and the magnetostriction λs in the element height direction of the free magnetic layer 14 are point SL in FIG.2 , Point SX2, Point SM2 , Point SN2 , Point SO2 , Point SP2 , Point SQ2 , Point SR2 , Point SS2 , Point ST2 , Point SU2 , Point SV2 When set to a lower side, the variable magnetization of the free magnetic layer 14 is fixed to the hard bias layer 17 more firmly than necessary, and the variable magnetization rotates with good sensitivity to the applied external magnetic field. The reproduction output in the low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz of the spin valve thin film magnetic element falls below the practical lower limit of 1.2 mV, which is not preferable.
Further, as shown above, the point SF in FIG.2 Or point SV2 As the track width becomes narrower, the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer 17 for stabilizing the variable magnetization of the free magnetic layer 14 is more reliably instability of the reproduction waveform. It is more preferable because it does not have to be as small as required to prevent.
[0073]
Further, in the free magnetic layer 14, the width dimension in the track width direction and the element height direction dimension of the free magnetic layer are set to a ratio of approximately 1: 1 to 3: 2, as shown in FIG. The dimension in the Y direction, that is, the element height direction dimension MRh of the free magnetic layer can be set in the range of 0.06 μm to 0.4 μm. It is possible to improve the unity of the magnetic domain in the height direction and reduce the possibility of occurrence of bulk Heisen noise or the like that causes instability.
[0074]
The protective layer 15 is made of Ta, and its surface is an oxidized oxide layer 15a.
The bias underlayer 17a is a buffer film and an alignment film, and is preferably formed of Cr or the like, and has a thickness of, for example, about 20 to 100 angstroms, preferably about 50 angstroms, and the intermediate layer 19 is made of, for example, Ta. The film thickness is about 50 angstroms.
When the bias underlayer 17a and the intermediate layer 19 are exposed to a high temperature in a step of curing an insulating resist (UV curing or hard baking) performed in a manufacturing process of an inductive head (writing head) in a later step, a diffusion barrier is used. It is possible to prevent the magnetic characteristics of the hard bias layers 17 and 17 from deteriorating due to thermal diffusion between the hard bias layers 17 and 17 and the peripheral layers.
[0075]
The hard bias layers 17 and 17 are usually about 200 to 700 angstroms thick, for example, a Co—Pt alloy, a Co—Cr—Pt alloy, a Co—Cr—Ta (cobalt-chromium-tantalum) alloy, or the like. Preferably it is formed.
Further, since the hard bias layers 17 and 17 are magnetized in the X1 direction in the figure, the magnetization of the free magnetic layer 14 is aligned in the X1 direction in the figure. Thereby, the variable magnetization of the free magnetic layer 14 and the fixed magnetization of the second pinned magnetic layer 12C intersect at 90 degrees.
[0076]
The hard bias layers 17 and 17 are disposed at the same hierarchical position as the free magnetic layer 14 and may have a thickness larger than the thickness of the free magnetic layer 14 in the thickness direction of the free magnetic layer 14. preferable. Further, the upper surfaces 17b and 17b of the hard bias layers 17 and 17 are disposed at a position farther from the substrate 10 than the upper surface 14A of the free magnetic layer 14 (that is, on the upper side in FIG. 1). The lower surface of 17 is disposed at a position closer to the substrate 10 than the lower surface of the free magnetic layer 14 (that is, on the lower side in FIG. 1).
[0077]
The electrode layers 18, 18 are formed on the upper side of the hard bias layers 17, 17 by a single layer film made of one or more selected from Cr, Au, Ta, W or a multilayer film thereof, and the laminate 16. A sense current is applied. Here, Cr is selected as the electrode layers 18 and 18 and is formed by epitaxial growth on the intermediate layer 19 made of Ta, whereby the electric resistance value can be reduced.
[0078]
In the spin valve thin film element having the structure shown in FIGS. 21 and 22, a sense current is applied from the electrode layers 18 and 18 to the stacked body 16. When a magnetic field is applied in the Y direction in the figure from a medium (magnetic recording medium) such as a hard disk, the magnetization of the free magnetic layer 14 varies from the X1 direction in the Y direction in the figure. At this time, the scattering of conduction electrons depending on the spin occurs due to the so-called GMR effect at the interface between the nonmagnetic conductive layer 13 and the free magnetic layer 14, thereby changing the electric resistance and detecting the leakage magnetic field from the recording medium. The
[0079]
Here, in the present embodiment, as described above, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.Ni(Atomic%) is set, so that the magnetostriction λs (× 10-6In the spin-valve thin film magnetic element, the magnetic force that is manifested when the variable magnetization direction of the free magnetic layer 14 is easily rotated with respect to the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 12 due to the inverse magnetostriction effect. Since resistance change due to the resistance effect is likely to occur, an increase in reproduction output can be expected. At the same time, in the spin-valve type thin film element, it is possible to prevent the occurrence of bulk Heisen noise or the like that causes instability that causes inaccurate processing of signals from the magnetic recording medium.
[0080]
In the spin valve thin film element of this embodiment, on both sides in the vertical direction (Z direction), as will be described later in FIGS. 32 and 33, a lower shield layer 253, a lower gap layer 254, an upper gap layer 256, and The upper shield layer 257 is formed in the in-plane direction of the free magnetic layer 14 (X1-Y in-plane direction). Since the stress applied to the lower shield layer 253, the lower gap layer 254, the upper gap layer 256, and the upper shield layer 257 is partially released by the ABS surface, the stress distribution in the film surface is anisotropic. It has become. For example, in this case, by controlling the film formation conditions of the lower shield layer 253, the lower gap layer 254, the upper gap layer 256, and the upper shield layer 257, the element height direction (stripe height direction) in the free magnetic layer 14 is controlled. The stress applied to the lower shield layer 253, the lower gap layer 254, the upper gap layer 256, and the upper shield layer 257 is set to a desired state so that the tensile stress works anisotropically.
As a result, it is possible to set magnetostriction within the above range in the free magnetic layer 14.
Alternatively, the magnetostriction range setting can be controlled within the above range by controlling the sputtering conditions and the like when forming the free magnetic layer 14.
[0081]
A spin valve thin film magnetic element according to a second embodiment of the present invention and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element will be described below with reference to the drawings.
[Second Embodiment]
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a structure when the spin valve thin film element of the second embodiment of the present invention is viewed from the side facing the recording medium.
Also in this embodiment, a bottom type (synthetic-ferri-pinned spin-valves) is used, and the difference from the first embodiment shown in FIGS. 21 and 22 is that the backed layer B1. And a point related to the free magnetic layer 14. Other than that, the same code | symbol is attached | subjected to the component corresponding to the component of 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
[0082]
In FIG. 23, symbol B1 is a backed layer.
As shown in FIG. 23, the backed layer B1 is provided on the free magnetic layer 14, and a protective layer 15 made of Ta or the like is formed on the backed layer B1, and the laminate 16 is formed. Is configured.
The backed layer B1 is made of a metal material such as Cu or a nonmagnetic conductive material, and can be made of a material selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ru, and the like. It is set to 20 angstroms.
[0083]
3 and 4 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in this embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point B1 (0.35,89), point C1 (0.3, 87.7), point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5), point V1 (0.3, 73.6), point W1 (0.35, 75.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer 14 in the element height direction.-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.35,8), point SC1 (0.3, 12.5), point SD1 (0.25, 18), point SE1 (0.23, 20), point SF1 (0.2, 20), point SG1 (0.19, 20), point SH1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17.2), point SO1 (0.18,1), point SP1 (0.19,0), point SQ1 (0.2, -0.7), point SR1 (0.22, -2), point SS1 (0.25, -3), point ST1 (0.3, -5), point SU1 The value can be set within a range surrounded by (0.35, −6.3), and in this range, in a magnetic head having a reproduction track width of 0.35 μm or less, reproduction waveform distortion or It is more preferable to secure a necessary reproduction output while suppressing instability.
[0084]
Furthermore, in this embodiment, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point B2 (0.35, 83.9), point C2 (0.3,83.5), point D2 (0.25, 83), point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6), point U2 (0.25, 74), point V2 (0.3, 75.6), point W2 (0.35, 76.5) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs of the free magnetic layer 14 (× 10-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2 (0.35,6), point SC2(0.3, 7.5), point SD2(0.25, 10.5), point SE2(0.23,11), point SF2(0.22,12), point SG2(0.2, 13.5), point SH2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2(0.19, 1.2), point SP2(0.2,1), point SQ2(0.22,0), point SR2(0.23, -0.5), point SS2(0.25, -1), point ST2(0.3, -1.5), point SU2The value can be set within a range surrounded by (0.35, −1.6), and within this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.35 μm or less, distortion of a reproduction waveform or It is preferable for more effectively suppressing instability, and setting the hard bias layer to the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer suitable for controllability of the magnetic reproduction track width, It is more preferable in securing the necessary reproduction output.
[0085]
The width dimension in the track width direction and the dimension in the element height direction of the free magnetic layer 14 are set to a ratio of approximately 1: 1 to 3: 2, and the dimension in the element height direction of the free magnetic layer is 0.06 μm to 0. It is set in the range of 4 μm.
[0086]
In the spin valve thin film element of this embodiment, a sense current is applied to the stacked body 16 from the electrode layers 18 and 18. When a magnetic field is applied from the magnetic recording medium in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 5 changes from the X1 direction to the Y direction. At this time, the scattering of conduction electrons depending on the spin occurs due to the so-called GMR effect at the interface between the nonmagnetic conductive layer 13 and the free magnetic layer 14, thereby changing the electric resistance and detecting the leakage magnetic field from the recording medium. The
[0087]
Here, by means of the backed layer B1, the mean free path in the electrons of + spin (up spin) contributing to the magnetoresistive effect is extended, and the spin valve effect is applied by the so-called spin filter effect. In a thin film element, a large ΔR / R (resistance change rate) can be obtained, and it can be adapted to high density recording.
Here, the reason why the magnetoresistance change rate is increased by the backed layer will be briefly described.
When a sense current is applied to the spin valve thin film magnetic element, conduction electrons move mainly in the vicinity of the nonmagnetic conductive layer having a small electrical resistance. In this conduction electron, two types of conduction electrons, up spin and down spin, are present in a stochastic equal amount.
The magnetoresistance change rate of the spin valve thin film magnetic element shows a positive correlation with the difference in mean free path of these two types of conduction electrons.
[0088]
Down-spin electrons are always scattered at the interface between the nonmagnetic conductive layer 13 and the free magnetic layer 14 regardless of the direction of the applied external magnetic field, and the probability of moving to the free magnetic layer 14 remains low. The mean free path remains short compared to the mean free path of upspin electrons.
On the other hand, up-spin electrons have a probability of moving from the nonmagnetic conductive layer 13 to the free magnetic layer 14 when the magnetization direction of the free magnetic layer 14 becomes parallel to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 12 by an external magnetic field. Higher and the mean free path is longer. On the other hand, the probability of scattering at the interface between the nonmagnetic conductive layer 13 and the free magnetic layer 14 as the magnetization direction of the free magnetic layer 14 changes from the parallel state to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 12 due to the external magnetic field. And the mean free path of up-spin electrons is shortened.
Thus, due to the action of the external magnetic field, the mean free path of up-spin electrons changes greatly compared to the mean free path of down-spin electrons, and the resistivity changes due to a large change in the stroke difference. The magnetic resistance change rate (ΔR / R) of the magnetic element is increased.
[0089]
Here, when the backed layer B1 is connected to the free magnetic layer 14, up-spin electrons moving in the free magnetic layer 14 can move into the backed layer B1, and in proportion to the film thickness of the backed layer B1. The mean free path of upspin electrons can be further extended. As a result, a so-called spin filter effect can be exhibited, the difference in the mean free path of conduction electrons is increased, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin valve thin film magnetic element is further improved. be able to.
[0090]
According to the spin-valve type thin film element of this embodiment, the same effect as the spin-valve type thin film element in the first embodiment shown in FIGS. 21 and 22 is obtained, and the back layer B1 is formed. The magnetoresistance change rate (ΔR / R) can be further improved due to the effect, particularly when the free magnetic layer is thin.
[0091]
Further, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of the free magnetic layer 14 and the Ni concentration CNi(Atomic%) or magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and magnetostriction λs in the element height direction (× 10-6) Is set to the above value, the necessary reproduction output can be ensured with a magnetic head having a narrow track width without increasing the distortion and instability of the reproduction waveform.
[0092]
In addition to the present embodiment, in the present invention, as shown in FIG. 24, the pinned magnetic layer 12 may be formed of a single layer. In this case, the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 12 can be fixed in the direction opposite to the Y direction shown in FIG. 24 by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 1.
[0093]
A spin valve thin film magnetic element according to a third embodiment of the present invention and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element will be described below with reference to the drawings.
[Third Embodiment]
FIG. 25 is a cross-sectional view showing the structure of the third embodiment of the present invention when the spin valve thin film element is viewed from the side facing the recording medium.
Also in this embodiment, the bottom type (synthetic-ferri-pinned spin-valves) is used, and the difference from the second embodiment shown in FIG. 23 is that the backed layer B1 is used. This is a point regarding the specular reflection layer S1 and a point related to the free magnetic layer. Other than that, the same code | symbol is attached | subjected to the component corresponding to the component of 2nd Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
[0094]
In FIG. 25, symbol S1 is a specular reflection layer.
As shown in FIG. 25, the specular reflection layer S1 is provided on the free magnetic layer 14, and a protective layer 15 made of Ta or the like is formed on the specular reflection layer S1 and laminated. A body 16 is constructed.
[0095]
5 and 6 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in this embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point C1 (0.3, 87.7), point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5), point V1 (0.3, 73.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.3, 12.5), point SD1 (0.25, 18), point SE1 (0.23, 20), point SF1 (0.2, 20), point SG1 (0.19, 20), point SH1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17,2), point SO1 (0.18,1), point SP1 (0.19,0), point SQ1 (0.2, -0.7), point SR1 (0.22, -2), point SS1 (0.25, -3), point ST1 A value within the range surrounded by (0.3, -5) can be set, and within this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.3 μm or less, distortion and instability of the reproduction waveform This is more preferable in securing necessary reproduction output while suppressing (instability).
[0096]
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is the point (Tw, C) in FIG.Ni), Point C2 (0.3,83.5), point D2 (0.25, 83), point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6), point U2 (0.25, 74), point V2 (0.3, 75.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6), As indicated by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.3, 7.5), point SD2(0.25, 10.5), point SE2(0.23,11), point SF2(0.22,12), point SG2(0.2, 13.5), point SH2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2(0.19, 1.2), point SP2(0.2,1), point SQ2(0.22,0), point SR2(0.23, -0.5), point SS2(0.25, -1), point ST2The value can be set within a range surrounded by (0.3, -1.5), and in this range, in a magnetic head having a reproduction track width of 0.3 μm or less, reproduction waveform distortion or The hard bias layer is set to the value of the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer, which is preferable for more effectively suppressing the instability and suitable for controlling the magnetic effective reproduction track width. However, it is more preferable in securing the necessary reproduction output.
[0097]
In the present embodiment, the specular reflection layer S1 is formed as an average free path extension layer that extends the average free path of conduction electrons by the specular reflection effect, and contributes to the magnetoresistive effect, as described later, + spin (upward spin: By increasing the mean free path in the conduction electrons (up spin), it is possible to obtain a large ΔR / R (resistance change rate) in the spin-valve type thin film device by the so-called specular effect. Thus, it can be adapted to high density recording.
The thickness of the specular reflection layer S1 is preferably set in the range of 10 to 400 angstroms, more preferably in the range of 10 to 200 angstroms. When the film thickness of the specular reflection layer S1 is set to a value smaller than 10 angstroms, the film does not become a continuous uniform film as an oxide having a crystal structure capable of forming a potential barrier, and the effect of specular reflection is obtained. Since it cannot be obtained sufficiently, it is not preferable.
Further, as the thickness of the specular reflection layer S1 increases, the possibility of functioning as an antiferromagnetic film increases in the same manner as the antiferromagnetic layer 11, and an unexpected exchange coupling magnetic field (Hex) is generated. There is a possibility that For this reason, it is not preferable to set a value thicker than the above value. At the same time, when configured as a thin film magnetic head, there arises a problem that the shield interval, which is the reproduction gap, becomes too wide and the resolution of the head is lowered, which is not preferable.
[0098]
By setting in this way, the specular reflection layer S1 forms a potential barrier in the vicinity of the interface between the free magnetic layer 14 and the free magnetic layer 14, and frees up-spin conduction electrons that have moved through the free magnetic layer 14 In the vicinity of the interface between the magnetic layer 14 and the specular reflection layer S1, reflection can be performed while preserving the spin state, and the mean free path of conduction electrons of up-spin is further extended so that a so-called specular reflection effect can be achieved as described later. Show.
[0099]
Here, in order to reflect the conduction electrons while preserving the spin state, a potential barrier is formed at the interface between the backed layer B1 and the specular reflection layer S1, that is, the free magnetic layer 14 is a good conductor. On the other hand, it is effective that the specular reflection layer S1 is an electrical insulator.
[0100]
As an insulating material that satisfies such conditions, an oxide is preferably used. For example, α-Fe2OThree, NiO, CoO, Co-Fe-O, Co-Fe-Ni-O, Al2OThree, Al—Q—O (where Q is one or more selected from B, Si, N, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni), R—O (where R is Ti, V, An oxide film such as one or more selected from Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W can be employed. Specular reflection layer S1 can be constituted by such an oxide insulating material. Also, Al-N, Al-QN (where Q is one or more selected from B, Si, O, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni), RN (where R Can employ a nitride film such as one or more selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W, and the same effect can be obtained.
Further, α-Fe is used as the specular reflection layer S1.2OThreeWhen an antiferromagnetic material such as NiO is used, the magnetization of the free magnetic layer 14 can be aligned in the X1 direction in the figure instead of the hard bias layer 17 and can also serve as the bias layer.
[0101]
Here, when the specular reflection layer S1 is laminated at a position where the free magnetic layer 14 is not in contact with the nonmagnetic conductive layer 13, the specular reflection layer S1 forms a potential barrier at the interface with the free magnetic layer 14, and the free magnetic layer The up-spin conduction electrons moving through 14 can be reflected while preserving the spin state, and the up-spin conduction electrons can be specularly reflected, and the mean free path of the up-spin conduction electrons can be reflected. Can be extended further. In other words, it is possible to develop a so-called specular effect, and the difference in the mean free path of spin-dependent conduction electrons is further increased, thereby increasing the magnetoresistance change rate of the spin valve thin film magnetic element. Can be improved.
[0102]
According to the spin valve thin film element of the present embodiment, the same effect as the spin valve thin film element in the second embodiment shown in FIG. 23 is obtained and the specular reflection layer S1 is formed. The rate of change in magnetoresistance (ΔR / R) can be further improved.
[0103]
Further, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of the free magnetic layer 14 and the Ni concentration CNi(Atomic%) and magnetostriction λs in the element height direction (× 10-6) Is set to the above value, the necessary reproduction output can be ensured with a magnetic head having a narrow track width without increasing the distortion and instability of the reproduction waveform.
[0104]
Hereinafter, a fourth embodiment of a spin valve thin film magnetic element and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Fourth Embodiment]
FIG. 26 is a cross-sectional view showing the structure of the fourth embodiment of the present invention when the spin valve thin film element is viewed from the side facing the recording medium.
Also in this embodiment, it is a bottom-type (synthetic-ferri-pinned spin-valves), and the difference from the second embodiment shown in FIG. And a point related to the free magnetic layer. Other than that, the same code | symbol is attached | subjected to the component corresponding to the component of 2nd Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
[0105]
In FIG. 26, symbols S1 and S2 are specular reflection layers.
As shown in FIG. 26, the specular reflection layer S1 is provided with a specular reflection layer S1 on the upper side of the backed layer B1 opposite to the free magnetic layer 14, and, similar to the third embodiment shown in FIG. A protective layer 15 made of Ta or the like is formed on the specular reflection layer S1 to form a laminate 16.
In the present embodiment, the pinned magnetic layer 12 has a multilayer film structure. As shown in FIG. 26, the second pinned magnetic layer 12C is formed by the mirror reflection layer S2 in the film thickness direction (vertical direction in FIG. 26). ) And divided into three layers. The upper and lower pinned magnetic layers 12C ′ and 12C ″ of the specular reflection layer S2 are made of substantially the same material as the pinned magnetic layer 12C of the first embodiment shown in FIG. The total film thickness of the layer 12C ″ is set to be equal to the magnetic film thickness of the pinned magnetic layer 12C of the first embodiment shown in FIG.
[0106]
Like the specular reflection layer S1, the specular reflection layer S2 forms a potential barrier in the vicinity of the interface with the pinned magnetic layer 12C ″, and the up-spin conduction electrons that have moved through the nonmagnetic conductive layer 13 and the pinned magnetic layer 12C ″. Can be reflected in the vicinity of the interface between the pinned magnetic layer 12C ″ and the specular reflection layer S2 while preserving the spin state, and the mean free path of the up-spin conduction electrons is further extended, as described above. The specular reflection effect is shown.
Moreover, since the magnetic interaction between the specular reflection layer S2 and the free magnetic layer 14 is minute, the specular reflection effect obtained by the specular reflection layer S1 is reduced in a state where the magnetic influence on the free magnetic layer 14 is reduced. A specular reflection effect can be obtained.
[0107]
7 and 8 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in this embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
In this embodiment, the magnetic recording track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point D1 (0.25, 86.5), point E1 (0.22, 84.9), point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 (0.20, 70.2), point T1 (0.22, 70.2), point U1 (0.25, 71.5) can be set to a value within the range surrounded by (0.25, 71.5), and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.25, 18), point SE1 (0.23, 20), point SF1 (0.2, 20), point SG1 (0.19, 20), point SH1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17,2), point SO1 (0.18,1), point SP1 (0.19,0), point SQ1 (0.2, -0.7), point SR1 (0.22, -2), point SS1 A value within the range surrounded by (0.25, -3) can be set, and within this range, especially in a magnetic head having a reproduction track width of 0.25 μm or less, distortion and instability of the reproduction waveform This is more preferable in securing necessary reproduction output while suppressing (instability).
[0108]
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point D2 (0.25, 83), point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6), point U2 The value can be set within a range surrounded by (0.25, 74), and within this range, the magnetostriction λs of the free magnetic layer falls within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.25, 10.5), point SE2(0.23,11), point SF2(0.22,12), point SG2(0.2, 13.5), point SH2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2(0.19, 1.2), point SP2(0.2,1), point SQ2(0.22,0), point SR2(0.23, -0.5), point SS2A value within the range surrounded by (0.25, -1) can be set, and within this range, especially in a magnetic head having a reproduction track width of 0.25 μm or less, distortion and instability of the reproduction waveform The hard bias layer is preferably set to a value of the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer which is preferable for more effectively suppressing the (instability) and controlling the magnetic effective reproduction track width. It is more preferable in securing the necessary reproduction output.
[0109]
According to the spin-valve type thin film element of this embodiment, the same effect as the spin-valve type thin film element in the first and second embodiments shown in FIG. 21 to FIG. 24 is obtained, and a mirror reflection layer S2 is further provided. As a result, it is possible to further improve the resistance change rate (ΔR / R) and cope with narrowing of the track and higher recording density.
Further, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of the free magnetic layer 14 and the Ni concentration CNi(Atomic%) and magnetostriction λs (× 10-6) Is set to the above value, the necessary reproduction output can be ensured even with a narrow track width head without increasing the distortion or instability of the reproduction waveform.
[0110]
A fifth embodiment of a spin valve thin film magnetic element and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Fifth Embodiment]
FIG. 27 is a cross-sectional view showing the structure of the fifth embodiment of the present invention when the spin valve thin film element is viewed from the side facing the recording medium.
The spin valve thin film magnetic element of this embodiment is a single spin valve type that is a top type in which a free magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed from the substrate side. A type of thin film magnetic element.
[0111]
In FIG. 27, reference numeral 1 denotes an underlayer provided on the substrate K. On this underlayer 1, a free magnetic layer 5, a nonmagnetic conductive layer 4, a pinned magnetic layer 3, an antiferromagnetic layer 2, and a protective layer 7 are laminated, and these underlayer 1, free magnetic layer 5, non-layer The magnetic conductive layer 4, the pinned magnetic layer 3, the antiferromagnetic layer 2, and the protective layer 7 form a laminate 9 having a substantially trapezoidal cross section.
On both sides of the laminate 9, a bias underlayer 6A, a hard bias layer 6B, and an intermediate layer 6C are laminated, and an electrode layer 8 is laminated on the intermediate layer 6C. In the drawing, the hard bias layer is magnetized in the X1 direction, whereby the magnetization direction of the free magnetic layer is set in the X1 direction.
[0112]
More specifically, the antiferromagnetic layer 2 is preferably made of a PtMn alloy with a thickness of about 50 to 300 angstroms in the central portion of the laminate 9. The PtMn alloy is excellent in corrosion resistance, has a high blocking temperature, and has a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy magnetic field) as compared with NiMn alloy, FeMn alloy and the like conventionally used as an antiferromagnetic layer.
In place of the PtMn alloy, an alloy represented by the formula X-Mn (where X represents one element selected from Pd, Ru, Ir, Rh, Os), or X′—Pt—Mn (where X ′ is one or more selected from Pd, Ru, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) It may be formed of an alloy represented by the formula:
[0113]
In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X—Mn, it is desirable that Pt or X is in the range of 37 to 63 atomic%. More preferably, it is the range of 47-57 atomic%. Here, unless otherwise specified, the upper limit and the lower limit of the numerical range indicated by-mean the above.
Furthermore, in the alloy represented by the formula X′-Pt—Mn, it is desirable that X ′ + Pt is in the range of 37 to 63 atomic%. More preferably, it is the range of 47-57 atomic%. Further, in the alloy represented by the formula X′—Pt—Mn, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 10 atomic%.
However, when X ′ is one or more of Pd, Ru, Ir, Rh, and Os, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 40 atomic%.
The antiferromagnetic layer 2 that generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained by using an alloy having an appropriate composition range as described above as the antiferromagnetic layer 2 and annealing it. In particular, in the case of a PtMn alloy, an excellent antiferromagnetic layer 2 having an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, exceeding 64 kA / m, and an extremely high blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost is obtained. be able to.
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc: the lattice constant is the same value for the a-axis and c-axis) when deposited, but the CuAuI-type ordered face-centered square is formed by heat treatment. The structure is transformed into a structure (fct: a-axis / c-axis≈0.9).
[0114]
The pinned magnetic layer 3 is made of a ferromagnetic thin film, and is formed of, for example, Co, NiFe alloy, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, etc., and preferably has a thickness of about 10 to 50 angstroms. The layer 3 is made of, for example, Co, and its film thickness is set to 30 angstroms.
The pinned magnetic layer 3 is formed in contact with the antiferromagnetic layer 2, and is subjected to an exchange coupling magnetic field (exchange) at the interface between the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 by performing annealing (heat treatment) in a magnetic field. For example, as shown in FIG. 27, the magnetization of the pinned magnetic layer 3 is pinned in the Y direction in the drawing.
[0115]
The free magnetic layer 5 is a single layer made of NiFe, CoFe, or a CoFeNi-based alloy or a laminated film of a Co alloy such as CoFe and a NiFe alloy, and the film thickness is set in a range of 10 to 50 angstroms, and more preferably Is preferably set in the range of 20 to 35 Angstroms. Here, the free magnetic layer 5 may be provided with a layer made of Co on the nonmagnetic conductive layer 4 side.
[0116]
9 and 10 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in this embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point F1 (0.20, 83), point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2), point S1 The value can be set within a range surrounded by (0.20, 70.2), and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10 of the free magnetic layer 5).-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.2, 20), point SG1 (0.19, 20), point SH1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17,2), point SO1 (0.18,1), point SP1 (0.19,0), point SQ1 A value within the range surrounded by (0.2, -0.7) can be set, and in this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.2 μm or less, It is more preferable to secure a necessary reproduction output while suppressing instability.
[0117]
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point E2 (0.22, 82.9), point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20,72.5), point T2 (0.22, 73.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic recording track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs of the free magnetic layer 5 (× 10-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.22,12), point SG2(0.2, 13.5), point SH2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2(0.19, 1.2), point SP2(0.2,1), point SQ2A value within the range surrounded by (0.22, 0) can be set, and in this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.22 μm or less, distortion and instability of the reproduction waveform ( instability), which is preferable to effectively suppress the instability), and necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization × thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the magnetic reproduction track width. It is more preferable in ensuring.
[0118]
The nonmagnetic conductive layer 4 is made of Cu (copper) or the like, and its film thickness is set to 20 to 30 angstroms.
The protective layer 7 is made of Ta, and its surface is an oxidized oxide layer 7a.
[0119]
The bias underlayer 6A is a buffer film and an alignment film, and is preferably formed of Cr or the like. For example, the bias base layer 6A has a thickness of about 20 to 100 angstroms, preferably about 50 angstroms. The film thickness is about 50 Å.
When the bias underlayer 6A and the intermediate layer 6C are exposed to a high temperature in a step of curing an insulating resist (UV curing or hard baking) performed in a manufacturing process of an inductive head (writing head) in a later step, a diffusion barrier is used. As a result, it is possible to prevent thermal diffusion between the hard bias layers 6B and 6B and the peripheral layer, and deterioration of the magnetic characteristics of the hard bias layers 6B and 6B.
[0120]
The hard bias layers 6B and 6B are usually about 200 to 700 angstroms thick, for example, a Co—Pt alloy, a Co—Cr—Pt alloy, a Co—Cr—Ta (cobalt-chromium-tantalum) alloy, or the like. Preferably it is formed.
Further, since the hard bias layers 6B and 6B are magnetized in the X1 direction in the figure, the magnetization of the free magnetic layer 5 is aligned in the X1 direction in the figure. As a result, the variable magnetization of the free magnetic layer 5 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 3 intersect at 90 degrees.
[0121]
The hard bias layers 6B and 6B are disposed at the same hierarchical position as the free magnetic layer 5 and have a thickness larger than the thickness of the free magnetic layer 5 in the thickness direction of the free magnetic layer 5. preferable. Further, the upper surfaces of the hard bias layers 6B and 6B (the surface opposite to the surface facing the substrate K) are further from the substrate K than the upper surface of the free magnetic layer 5 (the surface opposite to the surface facing the substrate K). The hard bias layers 6B and 6B are disposed at a distance (that is, on the upper side in the figure), and the lower surfaces of the hard bias layers 6B and 6B are substantially equal to the lower surface of the free magnetic layer 5 or on the substrate K side with respect to the lower surface of the free magnetic layer (Ie, on the lower side in the figure). The hard bias layers 6B and 6B are arranged at the same hierarchical position as the free magnetic layer 5 and joined to the stacked body 9. Here, the “hard bias layers 6B and 6B are arranged at the same hierarchical position as the free magnetic layer 5”. “Joined to the laminate 9” means a state in which at least the hard bias layers 6B and 6B and the free magnetic layer 5 are mainly magnetically joined, and the hard bias layers 6B and 6B and the free magnetic layer are joined. The state in which the thickness of the junction with the layer 5 is equal to the thickness of the free magnetic layer 5 or thinner than the thickness of the free magnetic layer 5 is also included. Here, the upper surfaces of the hard bias layers 6B and 6B mean surfaces opposite to the substrate K side. Further, the “junction” is not limited to being mainly magnetically bonded, and is not only directly contacted and connected, but also connected to the stacked body 9 via, for example, the bias underlayer 6A and the intermediate layer 6C. It also means that.
[0122]
Since the electrode layers 8 and 8 are formed of a single layer film made of one or more selected from Cr, Au, Ta, and W or a multilayer film thereof, the resistance value can be reduced. Here, Cr is selected as the electrode layers 8 and 8 and is formed by epitaxial growth on the intermediate layer 6C made of Ta, whereby the electric resistance value can be reduced.
[0123]
In the spin valve thin film magnetic element having the structure shown in FIG. 27, a sense current is applied from the electrode layers 8 and 8 to the stacked body 9. When a magnetic field is applied from the magnetic recording medium in the Y direction in the figure, the magnetization of the free magnetic layer 5 changes from the X1 direction in the figure to the Y direction. At this time, the scattering of conduction electrons depending on spin occurs due to the so-called GMR effect at the interface between the nonmagnetic conductive layer 4 and the free magnetic layer 5 and the interface between the nonmagnetic conductive layer 4 and the pinned magnetic layer 3. The resistance changes and a leakage magnetic field from the recording medium is detected.
[0124]
According to the spin valve thin film element of this embodiment, the same effect as the spin valve thin film element in the first to fourth embodiments shown in FIGS. 21 to 26 can be obtained, and the resistance change rate (ΔR / R ) Can be further improved to cope with a narrow track and a high recording density.
The magnetic reproducing track width dimension Tw (μm) of the free magnetic layer 5 and the Ni concentration CNi(Atomic%) and magnetostriction λs (× 10-6) Is set to the above value, the necessary reproduction output can be ensured even with a narrow track width head without increasing the distortion or instability of the reproduction waveform.
[0125]
A sixth embodiment of a spin valve thin film magnetic element and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Sixth Embodiment]
FIG. 28 is a cross-sectional view showing the structure of the sixth embodiment of the present invention when the spin valve thin film magnetic element is viewed from the side facing the recording medium.
The spin-valve type thin film magnetic element of this embodiment is a single spin-valve type thin film magnetic element that is a top type substantially the same as that of the fifth embodiment shown in FIG. The same reference numerals are assigned to the components to be described, and the description thereof is omitted.
[0126]
The spin valve thin film magnetic element of this embodiment is different from the fifth embodiment shown in FIG. 27 in that the pinned magnetic layer includes a first pinned magnetic layer, and the first pinned magnetic layer includes a nonmagnetic intermediate layer. And a second pinned magnetic layer whose magnetization direction is aligned antiparallel to the magnetization direction of the first pinned magnetic layer, and the pinned magnetic layer is in a synthetic ferrimagnetic state Means, a so-called synthetic-ferri-pinned type, and a point relating to the free magnetic layer.
[0127]
In the present embodiment, fixed magnetic layers 3A, 3B, 3C are formed on a nonmagnetic conductive layer 4 made of Cu (copper) or the like.
The pinned magnetic layers 3A, 3B, and 3C include a second pinned magnetic layer 3C laminated on the nonmagnetic conductive layer 4, and a nonmagnetic intermediate layer 3B on the second pinned magnetic layer 3C. The first pinned magnetic layer 3A is formed and has a magnetization direction that is antiparallel to the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 3C.
An antiferromagnetic layer 2 made of a PtMn alloy is formed on the first pinned magnetic layer 3A.
The first and second pinned magnetic layers 3A and 3C are made of a ferromagnetic thin film, and are formed of, for example, Co, NiFe alloy, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy or the like, and the total of both is about 40 angstroms. The first pinned magnetic layer 3A is preferably made of, for example, Co, and the thickness thereof is set to 13 to 20 angstroms. The second pinned magnetic layer 3C is made of, for example, Co, and the film thickness thereof is set to 15 to 25 angstroms.
The nonmagnetic intermediate layer 3B is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu, and is usually formed to a thickness of about 8 angstroms. Has been.
[0128]
The first pinned magnetic layer 3A is formed in contact with the antiferromagnetic layer 2 and is annealed in a magnetic field (heat treatment) so that the interface between the first pinned magnetic layer 3A and the antiferromagnetic layer 2 is formed. Thus, an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy magnetic field) is generated, and, for example, as shown in the figure, the magnetization of the first pinned magnetic layer 3A is pinned in the Y direction in the figure. When the magnetization of the first pinned magnetic layer 3A is pinned in the Y direction in the figure, the magnetization of the second pinned magnetic layer 3C opposed via the nonmagnetic intermediate layer 3B is the same as that of the first pinned magnetic layer 3A. It is fixed in a state antiparallel to the magnetization, that is, in the direction opposite to the Y direction in the figure.
As shown in FIG. 2, a laminate 91 having a substantially trapezoidal cross-sectional shape is constituted by the layers from the underlayer 1 to the oxide layer 7a.
[0129]
11 and 12 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in this embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point G1 (0.19,82.5), point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2), point R1 (0.19, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10 of the free magnetic layer 5).-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.19, 20), point SH1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17,2), point SO1 (0.18,1), point SP1 A value within the range surrounded by (0.19,0) can be set, and in this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.19 μm or less, distortion and instability of the reproduction waveform ( This is more preferable in securing necessary reproduction output while suppressing instability.
[0130]
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point F2 (0.20,81.5), point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 (0.19, 72), point S2 (0.20, 72.5) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10 of the free magnetic layer 5).-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.2, 13.5), point SH2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2(0.19, 1.2), point SP2A value within the range surrounded by (0.2, 1) can be set, and in this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.2 μm or less, distortion and instability ( instability), which is preferable to effectively suppress the instability), and necessary reproduction output while setting the hard bias layer to the residual magnetization × thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the magnetic reproduction track width. It is more preferable in ensuring.
[0131]
According to the spin valve thin film element of this embodiment, the same effect as the spin valve thin film element in the first to fifth embodiments shown in FIGS. 21 to 27 can be obtained, and the resistance change rate (ΔR / R ) Can be further improved to cope with a narrow track and a high recording density. In addition, the so-called synthetic-ferri-pinned type prevents the waveform asymmetry that tends to occur especially when the free magnetic layer is thinned to improve sensitivity, It is possible to prevent the occurrence of bulk Heisen noise or the like that causes instability that causes inaccurate processing of signals from the magnetic recording medium.
The magnetic reproducing track width dimension Tw (μm) of the free magnetic layer 5 and the Ni concentration CNi(Atomic%) and magnetostriction λs (× 10-6) Is set to the above value, it can be placed on a head with a narrow track width to ensure the necessary playback output without increasing the distortion or instability of the playback waveform. it can.
[0132]
A seventh embodiment of a spin valve thin film magnetic element and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Seventh Embodiment]
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the structure of the spin valve thin film magnetic element according to the seventh embodiment of the present invention viewed from the side facing the recording medium.
This spin-valve type thin film magnetic element is a so-called dual spin-valve (Dual spin-valve) in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed on both sides of the free magnetic layer. valves). In this dual spin-valve type thin film magnetic element, there are two combinations of the three layers of the free magnetic layer / nonmagnetic conductive layer / pinned magnetic layer that exhibit the magnetoresistive effect. Therefore, a large ΔR / R can be expected, and it can cope with high density recording.
[0133]
The spin-valve type thin magnetic film element shown in FIG. 29 has an underlayer 30, an antiferromagnetic layer 31, a first pinned magnetic layer (lower) 32, a nonmagnetic intermediate layer (lower) 33, and a second pinned from the substrate side. Magnetic layer (lower) 34, nonmagnetic conductive layer 35, free magnetic layer 36, nonmagnetic conductive layer 40, second pinned magnetic layer (upper) 41, nonmagnetic intermediate layer (upper) 42, first pinned magnetic layer (Upper) 43, the antiferromagnetic layer 44, and the protective layer 45 are laminated in this order. As shown in FIG. 7, a bias base layer 130a, a hard bias layer 130, an intermediate layer 131a, and an electrode layer 131 are formed on both sides of the stacked body 46 from the base layer 30 to the protective layer 45.
[0134]
The antiferromagnetic layers 31 and 44 of the spin valve thin film magnetic element shown in FIG. 29 are preferably formed of a PtMn alloy, or instead of the PtMn alloy, X—Mn (where X is Pd, Ir, An alloy of any one or more of Rh and Ru, or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is any one of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag) It may be formed of an alloy (which is two or more elements).
[0135]
As in the first to sixth embodiments shown in FIGS. 21 to 28, the free magnetic layer 36 is a single layer made of NiFe, CoFe, or CoFeNi alloy, or a laminated film of a Co alloy such as CoFe and a Ni alloy. The film thickness is set in the range of about 10 to 50 angstroms, more preferably in the range of 20 to 35 angstroms. Here, the free magnetic layer 36 may be provided with a layer made of Co on the nonmagnetic conductive layers 35 and 40 side, that is, on the upper and lower sides thereof.
[0136]
13 and 14 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in this embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is shown in the attached drawing FIG.Ni), The point H1 (0.18, 81), point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2), point Q1 (0.18, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs of the free magnetic layer 36 (× 10-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.18, 20), point SI1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 (0.17,2), point SO1 The value can be set within a range surrounded by (0.18, 1), and within this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.18 μm or less, distortion and instability ( This is more preferable in securing necessary reproduction output while suppressing instability.
[0137]
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point G2 (0.19, 81), point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7), point R2 Can be set to a value within the range surrounded by (0.19, 72), and within this range, the element height of the free magnetic layer falls within the range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs in the vertical direction can be defined. That is, the magnetic recording track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer 36 in the element height direction.-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.19, 14.2), point SI2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2(0.18, 1.5), point SO2A value within the range surrounded by (0.19, 1.2) can be set, and in this range, especially in a magnetic head having a playback track width of 0.19 μm or less, the distortion and anxiety of the playback waveform It is preferable to suppress the instability more effectively, and it is necessary to set the hard bias layer to the remanent magnetization x film thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the magnetic reproduction track width. It is more preferable for ensuring a reliable reproduction output.
[0138]
Also in this spin-valve type thin film magnetic element, the film thickness tP of the first pinned magnetic layer (lower) 321And the film thickness tP of the second pinned magnetic layer (lower) 342And the film thickness tP of the first pinned magnetic layer (upper) 431And the film thickness tP of the second pinned magnetic layer 41 (upper)2(The film thickness tP of the first pinned magnetic layer)1) / (Film thickness tP of the second pinned magnetic layer)2) Is preferably in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4. Furthermore, the film thickness ratio is in the above range, and the film thickness tP of the first pinned magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43 is the same.1And the film thickness tP of the second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper) 412Is in the range of 10 to 70 angstroms and the film thickness tP of the first pinned magnetic layers 32 and 43 is1To the thickness tP of the second pinned magnetic layers 34 and 412If the absolute value minus 2 is 2 angstroms or more, an exchange coupling magnetic field of 40 kA / m or more can be obtained.
It should be noted that the film thickness ratio and film thickness of the first pinned magnetic layer (lower) 32, (upper) 43 and the second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper) 41, nonmagnetic intermediate layer (lower) 33, (Upper) By appropriately adjusting the film thickness of 42 and the film thickness of the antiferromagnetic layers 31 and 44 within the above-mentioned range, a sufficient ΔR / R (resistance change rate) can be maintained.
[0139]
The bias underlayer 130a is a buffer film and an alignment film, and is preferably formed of Cr or the like. For example, the bias underlayer 130a has a thickness of about 20 to 100 angstroms, preferably about 50 angstroms. The film thickness is about 50 Å.
When the bias underlayer 130a and the intermediate layer 131a are exposed to a high temperature in a step of curing an insulating resist (UV curing or hard baking) performed in a manufacturing process of an inductive head (writing head) in a later step, a diffusion barrier Thermal diffusion occurs between the hard bias layers 130 and 130 and the peripheral layer, the magnetic characteristics of the hard bias layers 130 and 130 deteriorate, and thermal diffusion occurs between the electrode layers 131 and 131 and the peripheral layer. This can prevent the characteristics of the electrode layers 131 and 131 from deteriorating.
[0140]
The hard bias layers 130 and 130 are usually about 200 to 800 angstroms thick, such as a Co—Pt alloy, a Co—Cr—Pt alloy, a Co—Cr—Ta (cobalt-chromium-tantalum) alloy, or the like. Preferably it is formed.
Further, since the hard bias layers 130 and 130 are magnetized in the X1 direction in the figure, the magnetization of the free magnetic layer 36 is aligned in the X1 direction in the figure. As a result, the variable magnetization of the free magnetic layer 36 and the fixed magnetization of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 intersect at approximately 90 degrees. The hard bias layers 130 and 130 only need to be magnetically coupled to the free magnetic layer 36. In order to reduce the influence of the hard bias layer 130 on the pinned magnetic layers 32, 34, 41, and 43, for example, The arrangement position in the film thickness direction can also be defined at a position substantially equal to the free magnetic layer 36.
[0141]
When the electrode layers 131 and 131 are formed of a single layer film made of one or more selected from Cr, Au, Ta, and W or a multilayer film thereof, the resistance value can be reduced. Here, Cr is selected as the electrode layers 131 and 131, and it is formed by epitaxial growth on the intermediate layer 131a made of Ta, whereby the electric resistance value can be reduced.
[0142]
According to the spin valve thin film element of this embodiment, the same effect as the spin valve thin film element in the first to sixth embodiments shown in FIG. 21 to FIG. 28 can be obtained. Furthermore, it is possible to further improve the resistance change rate (ΔR / R) and cope with narrowing of the track and higher recording density. In addition, the so-called synthetic-ferri-pinned type reduces the asymmetry of the reproduced waveform, and the instability of processing the signal from the magnetic recording medium inaccurately. It is possible to prevent the occurrence of bulk Heisen noise that causes (instability).
The magnetic reproducing track width dimension Tw (μm) of the free magnetic layer 5 and the Ni concentration CNi(Atomic%) and magnetostriction λs (× 10-6) Is set to the above value, it can be placed on a head with a narrow track width to ensure the necessary playback output without increasing the distortion or instability of the playback waveform. it can.
[0143]
A spin valve thin film magnetic element according to an eighth embodiment of the present invention and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element will be described below with reference to the drawings.
[Eighth Embodiment]
FIG. 30 is a sectional view showing the structure of the eighth embodiment of the present invention when the spin valve thin film magnetic element is viewed from the side facing the recording medium.
The spin-valve type thin film magnetic element of this embodiment is a dual single spin-valve type that is a synthetic-ferri-pinned type substantially equivalent to that of the seventh embodiment shown in FIG. Corresponding components are denoted by the same reference numerals and their description is omitted.
The spin valve thin film magnetic element of this embodiment differs from the seventh embodiment shown in FIG. 29 in that a portion of the second pinned magnetic layer (lower) 34 and (upper) 41 is made of a ferromagnetic insulating material. This is a point related to the specular reflection layers 51 and 52 and a point related to the free magnetic layer.
[0144]
Both the specular reflection layers 51 and 52 correspond to the specular reflection layer S1 in the fourth embodiment shown in FIG. 26, and a large ΔR / R (resistance change rate) is obtained due to the specular reflection effect, so that high density recording is possible. The detailed description thereof will be omitted.
[0145]
15 and 16 show the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) in the present embodiment and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a figure which shows the range with (atomic%).
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), Point I1 (0.17,80.5), point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2), point P1 (0.17, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs of the free magnetic layer 36 (× 10-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.17, 20), point SJ1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 (0.15,3.5), point SN1 The value can be set within a range surrounded by (0.17, 2.0), and in this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.17 μm or less, distortion and anxiety of the reproduction waveform It is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing qualitative (instability).
[0146]
In this embodiment, the magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) is shown in the attached drawing FIG.Ni), The point H2 (0.18,80), point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6), point Q2 (0.18, 71.7) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs of the free magnetic layer 36 (× 10-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.2(0.18, 15.1), point SJ2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2(0.15,3.5), point SN2A value within the range surrounded by (0.18, 1.5) can be set, and within this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.18 μm or less, distortion and anxiety of the reproduction waveform It is preferable to suppress the instability more effectively, and it is necessary to set the hard bias layer to the residual magnetization × thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the magnetic reproduction track width. It is more preferable in securing the reproduction output.
[0147]
According to the spin valve thin film element of this embodiment, the same effect as the spin valve thin film element in the first to seventh embodiments shown in FIGS. 21 to 29 can be obtained, and the resistance change rate (ΔR / R ) Can be further improved to cope with a narrow track and a high recording density.
The magnetic recording track width direction dimension Tw (μm) of the free magnetic layer 36 and the Ni concentration CNi(Atomic%) and magnetostriction λs (× 10-6) Is set to the above value, it can be placed on a head with a narrow track width to ensure the necessary playback output without increasing the distortion or instability of the playback waveform. it can.
[0148]
In the present invention, in the free magnetic layers 5, 14, and 36 in the above embodiments, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the free magnetic layers of the other embodiments.Ni(Atomic%) can be applied.
That is, in the free magnetic layers 5, 14, and 36 in the above embodiments, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) in the free magnetic layers of the other embodiments.-6) And can be applied.
Furthermore, in each of the above embodiments, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), As shown by point J1 (0.15, 77.3), point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2), point O1 (0.15, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, in the free magnetic layers 5, 14, and 36, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) in the element height direction of the free magnetic layer.-6) As shown by each point (Tw, λs) in FIG.1 (0.15, 20), point SK1 (0.1, 20), point SL1 (0.1,9), point SM1 A value within the range surrounded by (0.15, 3.5) can be set, and within this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.15 μm or less, the distortion and anxiety of the reproduction waveform It is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing qualitative (instability).
[0149]
Furthermore, in each of the above embodiments, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni), As shown by point J2 (0.15, 78.4), point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6), point O2 (0.15, 70.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs can be defined. That is, in the free magnetic layers 5, 14, and 36, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6) As shown by each point S (Tw, λs) in FIG.2(0.15, 17.5), point SW2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2(0.13,5), point SM2A value within the range surrounded by (0.15, 3.5) can be set, and within this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.15 μm or less, the distortion and anxiety of the reproduction waveform It is preferable for more effectively suppressing the instability, and setting the hard bias layer to the residual magnetization × film thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the magnetic effective reproduction track width, It is more preferable in securing the necessary reproduction output.
[0150]
Furthermore, in each of the above embodiments, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point K1 (0.13, 76.8), point L1 (0.1,75), point M1 (0.1, 70.2), point N1 (0.13, 70.2) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range within the range defined by the corresponding track width range in FIG. Since the magnetostriction λs can be defined, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.13 μm or less, it is more preferable to secure necessary reproduction output while suppressing distortion and instability of the reproduction waveform.
[0151]
In each of the above embodiments, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNi(Atomic%) are the points (Tw, C) in FIG.Ni)
Point K2 (0.13, 76.5), point L2 (0.1,75), point M2 (0.1, 70.6), point N2 (0.13, 70.6) can be set to a value within the range, and within this range, the free magnetic layer has a range defined by the corresponding track width range in FIG. The magnetostriction λs in the element height direction can be defined. That is, in the free magnetic layers 5, 14, and 36, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6) As shown by each point S (Tw, λs) in FIG.2 (0.13, 20), point SK2(0.1, 20), point SL2(0.1, 9), point SX2The value can be set within a range surrounded by (0.13, 5), and within this range, particularly in a magnetic head having a reproduction track width of 0.13 μm or less, distortion and instability ( instability), which is preferable to effectively suppress the instability), and is necessary while setting the hard bias layer to the value of the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer suitable for controlling the magnetic reproduction track width. It is more preferable in securing the reproduction output.
[0152]
Next, the thin film magnetic head of the present invention will be described in detail.
FIG. 32 is a perspective view showing an example of the thin film magnetic head of the present invention.
This thin film magnetic head is a floating type mounted on a magnetic recording medium such as a hard disk device. The slider 251 of this thin film magnetic head has a leading side facing the upstream side of the disk surface in the moving direction of the disk surface in FIG. On the surface of the slider 251 facing the disk, rail-shaped ABS surfaces (air bearing surfaces: air bearing surfaces of the rail portion) 251a, 251a, 251b and air grooves 251c, 251c are formed.
A magnetic core portion 250 is provided on the trailing end surface 251 d of the slider 251.
[0153]
The magnetic core portion 250 of the thin film magnetic head shown in this example is a composite magnetic head having the structure shown in FIGS. 33 and 34. On the trailing side end surface 251d of the slider 251, an MR head (reading head) h1; An inductive head (write head) h2 is laminated in order.
[0154]
In the MR head h1 of this example, a lower gap layer 254 is provided on a lower shield layer 253 made of a magnetic alloy formed at the trailing side end of a slider 251 that also serves as a substrate. A magnetoresistive element layer 245 is stacked on the lower gap layer 254. An upper gap layer 256 is formed on the magnetoresistive element layer 245, and an upper shield layer 257 is formed thereon. The upper shield layer 257 is also used as the lower core layer of the inductive head h2 provided thereon.
The MR head h1 changes the resistance of the magnetoresistive element layer 245 depending on the presence or absence of a minute leakage magnetic field from a magnetic recording medium such as a hard disk disk, and reads the recorded content of the recording medium by reading this resistance change. Is.
[0155]
The magnetoresistive effect element layer 245 provided in the MR head h1 is provided with the above-described spin valve thin film element.
The spin valve thin film element is the most important element constituting a thin film magnetic head (reproducing head).
[0156]
In the inductive head h2, a gap layer 264 is formed on the lower core layer 257, and a coil layer 266 that is patterned so as to be spiral in a plane is formed thereon. The coil layer 266 is surrounded by a first insulating material layer 267A and a second insulating material layer 267B. The upper core layer 268 formed on the second insulating material layer 267B has its magnetic pole end portion 268a opposed to the lower core layer 257 with a thickness of the magnetic gap G on the ABS surface 251b, as shown in FIG. As shown in FIG. 34, the base end portion 268b is magnetically connected to the lower core layer 257.
Further, a protective layer 269 made of alumina or the like is provided on the upper core layer 268.
[0157]
In such an inductive head h2, a recording current is applied to the coil layer 266, and a recording magnetic flux is applied from the coil layer 266 to the core layer. The inductive head h2 records a magnetic signal on a magnetic recording medium such as a hard disk by a leakage magnetic field from the tips of the lower core layer 257 and the upper core layer 268 at the magnetic gap G.
[0158]
In order to manufacture the thin film magnetic head of the present invention, first, the lower gap layer 254 is formed on the lower shield layer 253 made of a magnetic material shown in FIG. 33, and then the magnetoresistive element layer 254 is formed. A valve-type thin film element is formed. Thereafter, when the upper shield layer 257 is formed on the spin valve thin film element through the upper gap layer 256, the MR head (read head) h1 is completed.
Subsequently, a gap layer 264 is formed on the lower core layer 257 which is also used as the upper shield layer 257 of the MR head h1, and a spiral coil layer 266 is formed on the first insulating material layer 267A and It is formed so as to be surrounded by the second insulating material layer 267B. Further, an upper core layer 268 is formed on the second insulating material layer 267B, and a protective layer 269 is provided on the upper core layer 268 to form a thin film magnetic head.
[0159]
Such a thin film magnetic head is a thin film magnetic head provided with the above-described spin-valve type thin film element. Therefore, the thin film magnetic head is a thin film magnetic head having excellent heat resistance and reliability and low asymmetry.
[0160]
The configuration of the slider portion of the thin-film magnetic head and the configuration of the inductive head are not limited to those shown in FIGS. 32 to 34, and it is needless to say that sliders and inductive heads having other various structures can be adopted. is there.
[0161]
(Example)
In the present invention, in the spin valve thin film magnetic element, the track width direction dimension Tw and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layerNiThe relationship between (atomic%), the magnetostriction λs of the free magnetic layer, and the reproduction output was measured.
Here, in the present invention, the track width direction means a direction parallel to the medium facing surface (ABS surface) when formed as a thin film magnetic head and parallel to the in-film direction of each layer in the laminate. The element height direction means a direction orthogonal to the medium-corresponding surface.
The spin valve thin film magnetic element used in the experiment is the spin valve thin film magnetic element of the second embodiment shown in FIG.
Here, the film thickness of each layer in the laminate is from the bottom
PtMn110 / Co15 / Ru8 / Co25 / Cu24 / Co / NiFe / Cu15 / Ta11 (each number corresponds to an angstrom unit of each film thickness)
Is set to
[0162]
  First, in this spin valve thin film magnetic element, the Ni concentration CNi (atomic%) in the NiFe alloy film constituting the free magnetic layer and the magnetostriction λs (× 10-6 ) Was measured. Here, the film thicknesses of the Co layer and the NiFe layer as the free magnetic layer
(Circle number 1)Co5 / NiFe30 /
(Circle number 2)Co5 / NiFe15 /
(Circle number 3)Co10 / NiFe25 /
(Circle number 4)Co10 / NiFe10 /
And changed. (Unit: Angstrom)
The result is shown in FIG. This shows that the magnetostriction value increases as the Ni concentration decreases.
[0163]
  Next, in the spin valve thin film magnetic element,
1.Residual magnetic flux density of hard bias layer × film thickness Brt = 22 T · nm
  Free magnetic layer thickness 3.6nm(Circle number 1)
2.Residual magnetic flux density of hard bias layer × film thickness Brt = 14 T · nm
  Free magnetic layer thickness 3.6nm(Circle number 2)
3.(Residual magnetic flux density of hard bias layer × film thickness Brt = 14 T · nm)
  Free magnetic layer thickness 2.5nm(Circle number 3)
The track width dimensions were 0.15 μm, 0.22 μm, 0.3 μm, and 0.4 μm, respectively, and at the same time, the magnetostriction λs was changed and the output was measured. .
  As a magnetic recording medium that is a source of magnetic signals from the outside at this time,
  Remanent magnetization of magnetic recording magnetic layer × film thickness Mr · t = 0.4 memu / cm2 (Residual magnetic flux density × film thickness Brt = 5 T · nm)
  Coercive force 296 kA / m
The magnitude of the sense current was 5 mA.
  Of these reproduction outputs, a range in which the reproduction output in a low frequency band of about 10 MHz to 20 MHz exceeds the practical lower limit (a) 1.2 mV and falls below the practical upper limit (b) 2.0 mV is picked up. .
  The result is shown in FIG.
[0164]
  According to these results, the magnetic recording track width direction dimension Tw in the range shown in FIGS. 1 to 20 and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiBy setting (atomic%), the magnetostriction λs in the element height direction of the free magnetic layer is set appropriately, and as a result, it can be seen that the reproduction output is set in an appropriate range. .
  In addition, as the reproduction track width becomes narrower, the appropriate range of the magnetostriction λs of the free magnetic layer tends to increase toward the plus sign side.(Circle number 1)~(Circle number 3)It turns out that it is the same also in any case.
  Furthermore, the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer and the film thickness of the free magnetic layer were set relatively large.(Circle number 1)In this case, since the reproduction output cannot be secured unless the magnetostriction is set to a relatively large magnetostriction, the magnetostriction range in the free magnetic layer to be an appropriate reproduction output range tends to become relatively positive. I know that.
  On the other hand, the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer and the film thickness of the free magnetic layer were set to be relatively small.(Circle number 3)In this case, the reproduction output can be secured even with a relatively small magnetostriction, but if the magnetostriction becomes too large, the probability of occurrence of distortion and instability of the reproduction waveform increases, so the appropriate reproduction output range. It can be seen that the magnetostrictive range of the free magnetic layer tends to shift relatively to the minus sign side.
  Also,(Circle number 2)In the case of,(Circle number 1)When(Circle number 3)It turns out that it becomes the intermediate range of.
[0165]
【The invention's effect】
The spin valve thin film magnetic element and the thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element of the present invention have the following effects.
(1) Since the track width dimension Tw is set to 0.4 μm or less, the free magnetic layer does not have a distance from the hard bias layer. Thus, the influence of the hard bias layer on the free magnetic layer in the track width direction is prevented from greatly fluctuating. At the same time, at least a part of the free magnetic layer is made of a NiFe alloy, and its Ni concentration CNi(Atom%) is 70.2% ≦ CNiBy being set in the range of ≦ 89.9%, the magnetostriction λs of the free magnetic layer can be set. As a result, due to the inverse magnetostriction effect, magnetization is easily directed in the direction of the acting tensile stress, magnetic anisotropy appears, and the element height direction (height direction) can be the easy magnetization axis. The reproduction output can be improved by rotating the magnetization of the free magnetic layer with high sensitivity to the magnetic field from the medium. In this case, since the distribution of the hard bias magnetic field depending on the position in the track width direction is small because Tw is set to 0.4 μm or less as described above, the variable magnetization of the free magnetic layer can be easily rotated in the track width direction. Therefore, it is possible to prevent the magnetic domain from becoming unstable due to a large distribution in the track width direction and a domain wall formed in the free magnetic layer as compared with the case where the track width is wide.
For this reason, in the free magnetic layer, there is no region in which the sensitivity varies in the track width direction, a domain wall is formed in the free magnetic layer and single domain formation is prevented, and magnetization nonuniformity occurs, In the spin-valve type thin film element, it is possible to prevent the occurrence of bulk Heisen noise or the like that causes instability that causes inaccurate processing of signals from the magnetic recording medium.
[0166]
(2) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer 14Ni(Atomic%) as indicated by points (Tw, λs) in FIG.1 ~ Point X1 Magnetostriction can be set by setting the value within the range surrounded by, and this can cause domain wall formation in the free magnetic layer, which can cause bulk Heisen noise that causes instability. Can be reduced. That is, it is possible to reduce the possibility that the reproduction output in the low frequency band of the spin valve thin film magnetic element exceeds the practical upper limit of about 2.0 mV and the instability of the reproduction waveform increases. In addition, the coercive force of the free magnetic layer is about 400 A / m or more, and the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer can be prevented from being reduced, and the distortion and instability of the reproduction waveform can be prevented from increasing. The fluctuation magnetization of the free magnetic layer can be prevented from being fixed more firmly than necessary to the hard bias layer, and the fluctuation magnetization can be rotated with good sensitivity to the applied external magnetic field, thereby improving the detection sensitivity. it can. That is, it is possible to prevent the reproduction output in the low frequency band of the spin valve thin film magnetic element from falling below the practical lower limit of 1.2 mV.
[0167]
(3) The magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer 14Ni(Atomic%) as indicated by points (Tw, λs) in FIG.2 ~ Point X2 Magnetostriction can be set by setting the value within the range surrounded by, and this can cause domain wall formation in the free magnetic layer, which can cause bulk Heisen noise that causes instability. Can be reduced. At the same time, with the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer set to a suitable value for controlling the magnetic effective reproduction track width, the reproduction output in the low frequency band of the spin valve thin film magnetic element is the practical upper limit. The possibility that the instability of the reproduced waveform increases by exceeding about 2.0 mV can be reduced. In addition, the coercive force of the free magnetic layer is about 400 A / m or more, and the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer can be prevented from being reduced, and the distortion and instability of the reproduction waveform can be prevented from increasing. In the state where the residual magnetization x film thickness product of the hard bias layer is set to a value suitable for more effectively suppressing the distortion and instability of the reproduction waveform, the fluctuation magnetization of the free magnetic layer is the hard bias layer. It is possible to prevent the magnetic field from being firmly fixed more than necessary, and the sensitive magnetization rotates with respect to the applied external magnetic field, thereby improving the reproduction sensitivity. That is, it is possible to prevent the reproduction output in the low frequency band of the spin valve thin film magnetic element from falling below the practical lower limit of 1.2 mV.
[0168]
(4) When the reproduction track width dimension Tw changes, the magnetization from the hard bias layer acting on the free magnetic layer also changes. In the present invention, by specifying a suitable magnetostriction range of the free magnetic layer for each dimension in the reproduction track width direction, it is possible to achieve both the reproduction waveform distortion and instability prevention and the necessary and sufficient reproduction output. .
(5) As described above, the magnetostriction can be controlled, and the output characteristics can be improved in response to the narrowing of the track in the spin valve thin film element.
(6) A thin film magnetic head including the spin valve thin film element as described above can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 2 shows a magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 3 shows a magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 4 shows the dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of the spin valve thin film magnetic element according to the present invention and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 5 shows a magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 6 shows a magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
7 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of the spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 8 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of the spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 9 shows a magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 10 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 11 shows the dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of the spin valve thin film magnetic element according to the present invention and the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 12 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of the spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 13 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of the spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
14 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of the spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer. FIG.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 15 shows a magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 16 shows a magnetic reproducing track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 17 shows a magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 18 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 19 shows a magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
20 shows a dimension Tw (μm) in the magnetic reproduction track width direction of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a Ni concentration C in a NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer.NiIt is a graph which shows the range which sets (atomic%).
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the structure of the first embodiment of the spin valve thin film magnetic element according to the invention when viewed from the side facing the recording medium.
22 is a cross-sectional view showing the X1-Y plane in FIG. 21 of the same layer as the free magnetic layer 14 in the spin valve thin film magnetic element of FIG.
FIG. 23 is a cross-sectional view showing the structure of a second embodiment of the method for manufacturing a spin-valve type thin film element according to the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
FIG. 24 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the method for manufacturing a spin valve thin film element according to the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
FIG. 25 is a cross-sectional view showing the structure of a third embodiment of the method for manufacturing a spin-valve type thin film element according to the invention when viewed from the side facing the recording medium.
FIG. 26 is a cross-sectional view showing the structure of a fourth embodiment of the method for manufacturing a spin-valve type thin film element according to the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing the structure of a fifth embodiment of the method for manufacturing a spin-valve type thin film element according to the invention as viewed from the side facing the recording medium.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing the structure of a sixth embodiment of the method for manufacturing a spin-valve type thin film element according to the invention as seen from the side facing the recording medium.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the structure of a seventh embodiment of the method for manufacturing a spin-valve type thin film element according to the invention as seen from the side facing the recording medium.
FIG. 30 is a cross-sectional view showing the structure of an eighth embodiment of the method for manufacturing a spin valve thin film element according to the invention as seen from the side facing the recording medium.
FIG. 31 shows the Ni concentration C in the NiFe alloy constituting a part of the free magnetic layer in the spin valve thin film magnetic element according to the present invention.NiIt is a graph which shows the relationship between (atomic%) and magnetostriction (lambda) s.
FIG. 32 is a perspective view showing an example of a thin film magnetic head of the present invention.
33 is a cross-sectional view showing a magnetic core portion of the thin film magnetic head shown in FIG. 32. FIG.
34 is a schematic perspective view showing the thin film magnetic head shown in FIG. 32. FIG.
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a structure when an example of a conventional spin-valve type thin film element is viewed from the side facing the recording medium (ABS surface).
36 is a schematic graph showing an output distribution in the track width direction of the spin valve thin film magnetic head shown in FIG. 35. FIG.
FIG. 37 is a schematic graph showing the output distribution in the track width direction of the spin valve thin film magnetic head shown in FIG.
FIG. 38 is a diagram illustrating a state in which a domain wall is formed in the free magnetic layer.
FIG. 39 is a graph showing an output waveform of a spin valve thin film element.
FIG. 40 is a graph showing an output waveform of a spin valve thin film element.
FIG. 41 is a schematic diagram showing a method for measuring a sensitive region and a dead region in a laminated body of spin valve thin film magnetic elements.
42 shows a dimension Tw (μm) of a magnetic reproducing track width direction of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer. FIG.-6It is a graph which shows the range which sets.
43 shows a dimension Tw (μm) of a magnetic reproducing track width direction of a spin valve thin film magnetic element according to the present invention and a magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer. FIG.-6It is a graph which shows the range which sets.
44. In the spin valve thin film magnetic element according to the present invention, the magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) with respect to the lower limit value and upper limit value of the reproduction output, and the magnetostriction λs (× 10) of the free magnetic layer.-6).
[Explanation of symbols]
K, 10 ... substrate
1 ... Underlayer
11, 2, ... Antiferromagnetic layer
3,12 ... pinned magnetic layer
3A, 12A ... 1st pinned magnetic layer
3B, 12B ... nonmagnetic intermediate layer
3C, 12C ... second pinned magnetic layer
4, 13 ... Nonmagnetic conductive layer
5, 14 ... Free magnetic layer
7, 15 ... Protective layer
9, 16, 91 ... Laminated body
6A, 6B, 6C, 17 ... hard bias layer
17b ... upper surface
8, 18 ... electrode layer
B1 ... Backed layer
S1, S2 ... Specular reflection layer
30 ... Underlayer
31 ... Antiferromagnetic layer
32. First pinned magnetic layer (lower)
33 ... Nonmagnetic intermediate layer (bottom)
34. Second pinned magnetic layer (lower)
35 ... nonmagnetic conductive layer
36 ... Free magnetic layer
40: Nonmagnetic conductive layer
41. Second pinned magnetic layer (upper)
42. Nonmagnetic intermediate layer (top)
43. First pinned magnetic layer (upper)
44. Antiferromagnetic layer
45 ... Protective layer
46 ... Laminate
51, 52 ... Specular reflection layer
130a: Bias underlayer
130: Hard bias layer
131a ... intermediate layer
131 ... Electrode layer

Claims (12)

基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、
点Ｈ１ （０．１８，８１），点Ｉ１ （０．１７，８０．５），点Ｊ１ （０．１５，７７．３），点Ｋ１ （０．１３，７６．８），点Ｌ１ （０．１，７５），点Ｍ１ （０．１，７０．２），点Ｎ１ （０．１３，７０．２），点Ｏ１ （０．１５，７０．２），点Ｐ１ （０．１７，７０．２），点Ｑ１ （０．１８，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、
前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、
２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、
１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。A pinned magnetic layer formed on and in contact with the antiferromagnetic layer on the substrate, the magnetization direction of which is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer on the pinned magnetic layer A free magnetic layer formed through a conductive layer and aligned in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer; and a direction intersecting the magnetization direction of the free magnetic layer with the magnetization direction of the pinned magnetic layer An element having a hard bias layer and a pair of electrode layers for providing a detection current in the vicinity of the fixed magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer,
A magnetic read track width direction dimension Tw ([mu] m), the Ni concentration C Ni (atomic%) in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer and is, each point in the accompanying drawings Figure 13 (Tw, C Ni )
Point H 1 (0.18, 81), point I 1 (0.17, 80.5), point J 1 (0.15, 77.3), point K 1 (0.13, 76.8), Point L 1 (0.1,75), point M 1 (0.1,70.2), point N 1 (0.13,70.2), point O 1 (0.15,70.2), Set to a value within the range surrounded by the point P 1 (0.17, 70.2), the point Q 1 (0.18, 70.2) , and
The residual magnetic flux density x film thickness Brt of the hard bias layer and the free magnetic layer film thickness are:
22 T · nm, 3.6 nm, or
14 T · nm, 3.6 nm, or
14T · nm and 2.5nm are set,
Spin valve thin film magnetic element reproduced output in the low frequency band of about 10MHz~20MHz is characterized Rukoto is in the range of 1.2～2.0MV. 基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、
点Ｆ２ （０．２０，８１．５），点Ｇ２ （０．１９，８１），点Ｈ２ （０．１８，８０），点Ｊ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ２ （０．１，７５），点Ｍ２ （０．１，７０．６），点Ｎ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ２ （０．１５，７０．６），点Ｑ２ （０．１８，７１．７），点Ｒ２ （０．１９，７２），点Ｓ２ （０．２０，７２．５）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、
前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、
２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、
１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。A pinned magnetic layer formed on and in contact with the antiferromagnetic layer on the substrate, the magnetization direction of which is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer on the pinned magnetic layer A free magnetic layer formed through a conductive layer and aligned in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer; and a direction intersecting the magnetization direction of the free magnetic layer with the magnetization direction of the pinned magnetic layer An element having a hard bias layer and a pair of electrode layers for providing a detection current in the vicinity of the fixed magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer,
A magnetic read track width direction dimension Tw ([mu] m), the Ni concentration C Ni (atomic%) in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer and is, each point in the accompanying drawings Figure 12 (Tw, C Ni )
Point F 2 (0.20, 81.5), Point G 2 (0.19, 81), Point H 2 (0.18, 80), Point J 2 (0.15, 78.4), Point K 2 (0.13, 76.5), point L 2 (0.1, 75), point M 2 (0.1, 70.6), point N 2 (0.13, 70.6), point O 2 (0.15, 70.6), point Q 2 (0.18, 71.7), point R 2 (0.19, 72), and point S 2 (0.20, 72.5) Set to a value within the range , and
The residual magnetic flux density x film thickness Brt of the hard bias layer and the free magnetic layer film thickness are:
22 T · nm, 3.6 nm, or
14 T · nm, 3.6 nm, or
14T · nm and 2.5nm are set,
Spin valve thin film magnetic element reproduced output in the low frequency band of about 10MHz~20MHz is characterized Rukoto is in the range of 1.2～2.0MV. 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、
点Ｇ２ （０．１９，８１），点Ｈ２ （０．１８，８０），点Ｊ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ２ （０．１，７５），点Ｍ２ （０．１，７０．６），点Ｎ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ２ （０．１５，７０．６），点Ｑ２ （０．１８，７１．７），点Ｒ２ （０．１９，７２）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。Wherein the magnetic read track width direction dimension Tw ([mu] m), the Ni concentration C Ni (atomic%) in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer and is, each point in the accompanying drawings Figure 14 (Tw, C Ni )
Point G 2 (0.19, 81), Point H 2 (0.18, 80), Point J 2 (0.15, 78.4), Point K 2 (0.13, 76.5), Point L 2 (0.1,75), point M 2 (0.1,70.6), point N 2 (0.13,70.6), point O 2 (0.15,70.6), point Q 2. The spin-valve thin film magnetic element according to claim 2 , wherein the value is set within a range surrounded by 2 (0.18, 71.7) and a point R 2 (0.19, 72). 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、
点Ｉ１ （０．１７，８０．５），点Ｊ１ （０．１５，７７．３），点Ｋ１ （０．１３，７６．８），点Ｌ１ （０．１，７５），点Ｍ１ （０．１，７０．２），点Ｎ１ （０．１３，７０．２），点Ｏ１ （０．１５，７０．２），点Ｐ１ （０．１７，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。The magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C Ni (atomic%) in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer are shown in FIG. 15 with each point (Tw, C Ni )
Point I 1 (0.17, 80.5), point J 1 (0.15, 77.3), point K 1 (0.13, 76.8), point L 1 (0.1, 75), Point M 1 (0.1, 70.2), Point N 1 (0.13, 70.2), Point O 1 (0.15, 70.2), Point P 1 (0.17, 70.2) spin valve thin film magnetic element according to claim 1, characterized in that it is set to a value within the range surrounded by). 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、
点Ｈ２ （０．１８，８０），点Ｊ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ２ （０．１，７５），点Ｍ２ （０．１，７０．６），点Ｎ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ２ （０．１５，７０．６），点Ｑ２ （０．１８，７１．７）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項３記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。The magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C Ni (atomic%) in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer are shown in FIG. 16 with each point (Tw, C Ni )
Point H 2 (0.18, 80), Point J 2 (0.15, 78.4), Point K 2 (0.13, 76.5), Point L 2 (0.1, 75), Point M 2 (0.1, 70.6), point N 2 (0.13, 70.6), point O 2 (0.15, 70.6), point Q 2 (0.18, 71.7) 4. The spin valve thin film magnetic element according to claim 3 , wherein the spin valve thin film magnetic element is set to a value within an enclosed range. 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、
点Ｊ１ （０．１５，７７．３），点Ｋ１ （０．１３，７６．８），点Ｌ１ （０．１，７５），点Ｍ１ （０．１，７０．２），点Ｎ１ （０．１３，７０．２），点Ｏ１ （０．１５，７０．２）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項４記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。The magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C Ni (atomic%) in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer are shown in FIG. 17 with each point (Tw, C Ni )
Point J 1 (0.15, 77.3), point K 1 (0.13, 76.8), point L 1 (0.1, 75), point M 1 (0.1, 70.2), 5. The spin valve thin film according to claim 4 , wherein the value is set within a range surrounded by the point N 1 (0.13, 70.2) and the point O 1 (0.15, 70.2). Magnetic element. 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の少なくとも一部を構成するＮｉＦｅ合金におけるＮｉ濃度ＣＮｉ（原子％）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，ＣＮｉ）で示すように、
点Ｊ２ （０．１５，７８．４），点Ｋ２ （０．１３，７６．５），点Ｌ２ （０．１，７５），点Ｍ２ （０．１，７０．６），点Ｎ２ （０．１３，７０．６），点Ｏ２ （０．１５，７０．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項５記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。The magnetic reproduction track width direction dimension Tw (μm) and the Ni concentration C Ni (atomic%) in the NiFe alloy constituting at least a part of the free magnetic layer are shown in FIG. 18 with each point (Tw, C Ni )
Point J 2 (0.15, 78.4), point K 2 (0.13, 76.5), point L 2 (0.1, 75), point M 2 (0.1, 70.6), 6. The spin valve thin film according to claim 5 , wherein the value is set within a range surrounded by the point N 2 (0.13, 70.6) and the point O 2 (0.15, 70.6). Magnetic element. 前記基板上には、前記各層が、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層されてなることを特徴とする請求項１から７のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。The layer according to any one of claims 1 to 7 , wherein each of the layers is laminated on the substrate in the order of at least the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer. A spin-valve type thin film magnetic element as described above. 前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。The antiferromagnetic layer is an X—Mn alloy, a Pt—Mn—X ′ alloy (wherein X represents one type selected from Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, X ′ represents one or more selected from Pd, Cr, Ru, Ni, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, and Kr). The spin-valve type thin film magnetic element according to any one of claims 1 to 8 , 前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされてなることを特徴とする請求項１から９のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。At least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer is divided into two via a nonmagnetic layer, and the divided layers are in a ferrimagnetic state in which the directions of magnetization differ by 180 °. spin valve thin film magnetic element according to any one of claims 1-9. 前記フリー磁性層の前記再生トラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１〜３：２の比率に設定されてなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。2. The width dimension in the reproduction track width direction of the free magnetic layer and the element height direction dimension of the free magnetic layer are set to a ratio of approximately 1: 1 to 3: 2. 11. The spin valve thin film magnetic element according to any one of 10 above. 請求項１から１１のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。Thin-film magnetic head comprising the spin-valve-type thin film magnetic element according to any one of claims 1 to 11.
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