JP3932587B2 - 磁性積層体、磁気センサ、磁気記録媒体及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性積層体，磁気記録再生装置および磁気抵抗効果素子に関し、特に、高記録密度磁気記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平2−61572号は、中間層によって分離した強磁性薄膜の、その磁化の互いになす角度によって電気抵抗が変化する積層膜およびそれを用いた磁場センサ，磁気記録装置の記載があり、鉄−マンガン合金薄膜の記載がある。
【０００３】
特開平6−60336号には磁性層の磁化の方向が垂直になるような手段、特に硬磁性膜を有する磁気抵抗感知システムの記載がある。また、磁性層がＣｏまたは Ｃｏ合金である磁気抵抗効果センサの記載がある。
【０００４】
特開平6−76247号にはニッケル−マンガン合金薄膜を用いた磁気記憶システムの記載がある。
【０００５】
第１９回日本応用磁気学会学術講演概要集（１９９５）pp３５２にはクロム−マンガン合金膜とニッケル−鉄合金膜との交換結合について示されている。
【０００６】
特開平5−266436 号には非磁性層によって分離した強磁性層の、非磁性層と強磁性層の界面に別の薄膜材料を配置する磁気抵抗効果センサの記載がある。
【０００７】
特開平6−111252 号には強磁性層と反強磁性層の間に軟磁性の中間層を付着した磁気抵抗センサの記載がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、記録密度の充分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外部磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効果素子を実現し、さらに十分にノイズの抑制された良好な特性を得ることができず、記憶装置としての機能を実現することが困難であった。
【０００９】
記録密度の向上には記録媒体上の記録領域の１単位が狭くなることが必然であるが、これは特に磁気記録装置再生部の細小化が必要である。この場合問題となるのは小さい素子では第一に、素子端部等の形状異方性が無視できず、出力が低下しやすい、第二に磁壁の影響が大きくノイズが発生しやすいの２点である。
【００１０】
近年、強磁性金属膜を非磁性金属膜を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵抗が大きいことが知られている。この場合、磁気抵抗効果は、非磁性膜で隔てられた強磁性膜の、磁化と磁化のなす角度によって電気抵抗が変化する。この巨大磁気抵抗効果を磁気抵抗効果素子として用いる場合には、スピンバルブと呼ばれる構造が提唱されている。即ち、反強磁性膜／強磁性膜／非磁性膜／強磁性膜の構造を有し、その界面に発生する交換結合磁界によって反強磁性膜と密着した強磁性膜の磁化を実質的に固定し、他方の強磁性膜が外部磁界によって磁化回転することで出力を得ることができる。上記固定の効果を固定バイアス、この効果を生じる膜を固定バイアス膜と呼ぶことにする。外部磁界に対して線型な出力を得るためには、固定バイアスの方向、即ち、この反強磁性膜の交換結合磁界の方向は、感知すべき磁界の方向が望ましい。磁気ヘッドの場合にはこれは、一般に素子高さ方向と平行である。
【００１１】
また一方では、磁気抵抗素子の磁壁移動に起因するノイズの抑制方法としては、磁気抵抗膜の単磁区化が効果的であるが、感知すべき磁界の方向に対して垂直方向に、磁気抵抗効果膜に縦バイアスを印加することが、有効である。即ち、磁壁を消失すると共に磁化の方向を、磁化過程が磁化回転によって生じるように設定できるからである。縦バイアスを印加する手段としては、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の端部に接触して、硬磁性膜もしくは反強磁性膜で交換結合磁界を印加された強磁性膜を配置し、その残留磁化により漏洩する静磁界を用いる方法が知られている。磁気ヘッドの場合、残留磁化あるいは交換結合磁界の方向はトラック幅方向である。
【００１２】
以上述べたように、高記録密度に対応した磁気ヘッドとしては巨大磁気抵抗効果を応用し、スピンバルブ型の磁気抵抗効果積層膜に、単磁区化のための縦バイアスを適応する構成が望ましいが、積層膜の固定バイアス及び縦バイアス膜の両方またはいずれかに反強磁性膜が必要である。
【００１３】
すでに公知の反強磁性膜として、鉄−マンガン合金膜，ニッケル−マンガン合金膜などが知られているが、これらには、材料上の問題がある。磁気記録再生装置に用いられる反強磁性膜材料に必要な特性は以下の五つである。（１）大きな結合磁界、（２）１００℃以上の温度上昇に対して特性を保持する、（３）５０ｎｍ以下の厚さの薄膜で特性を発揮する、（４）複雑な着磁プロセス、例えば長時間の熱処理などを必要としない、（５）さらされる環境に対する充分な耐食性、である。上記の公知の材料は以上の項目に照らし合わせると温度特性，耐食性，プロセスの簡略さ等の点についての材料的な問題を解決し切れていない。従来の材料のこのような特徴は高記録密度の磁気記録再生装置の実現、特に装置としての信頼性を実現をすることを著しく困難にしていた。
【００１４】
しかしながら、公知例に示したように、Ｃｒ−Ｍｎ合金薄膜で耐食性と温度特性の高い反強磁性体が見出された。しかるに残る課題は上記（１）の大きな結合磁界である。なんとなれば、公知例によるとＣｒＭｎ合金による結合磁界はNiFe薄膜４０ｎｍあたり室温で２０Ｏｅ程度であって、これを２倍程度にすることができればこれを用いた装置、例えば磁気記録再生装置の磁気ヘッドの信頼性を大きく向上することができるだろう。
【００１５】
また、同時に磁気抵抗効果膜の耐熱性についても課題がある。上述したスピンバルブ膜の各構成要素は数ｎｍから数１０ｎｍの程度であるため、耐熱性は一般に低い。耐熱性の向上は、センサや媒体としての特性を高く保ち、更に、信頼性を向上する効果がある。
【００１６】
従って、本発明の目的は高密度記録に対応した磁気記録装置および充分な出力と低ノイズ性，高信頼性を改善した磁気抵抗効果素子を提供することにあり、より具体的には単純な構成，材料で、バイアス特性を発揮する反強磁性膜を有する磁性積層体と、それを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の観点によれば、強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁性積層体であって、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部がＣｒ基合金もしくはＭｎ基合金であり、前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁性積層体が設けられる。
【００１８】
本発明の第二の観点によれば、強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気センサであって、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部がＣｒ基合金もしくはＭｎ基合金であり、前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁気センサが設けられる。
【００１９】
本発明の第三の観点によれば、強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気記録媒体であって、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部がＣｒ基合金もしくはＭｎ基合金であり、前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁気記録媒体が設けられる。
【００２０】
本発明の第四の観点によれば、信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドは前記磁気センサを有する磁気記録再生装置が設けられる。
【００２１】
本発明の第五の観点によれば、信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドは、軟磁性層，非磁性層，強磁性層及び反強磁性層を順次構成した薄膜を有し、前記薄膜が、外部の磁界に応じて前記軟磁性層の磁化が回転し、前記強磁性層の磁化との相対角度が変わって磁気抵抗効果作用を有し、前記強磁性層が、第一の強磁性層，第二の強磁性層，第三の強磁性層の積層体からなる磁気記録再生装置が設けられる。軟磁性層は記録媒体からの磁界によって磁界の変化を受け磁気抵抗変化を有するものであり、強磁性層は反強磁性層によって磁界が固定されるものを示している。軟磁性層と強磁性層とは磁界方向が互いに９０度傾いていて、記録媒体からの磁界によって互いに０〜１８０度の磁界が変化し得るものである。
【００２２】
本発明では高記録密度に対応する手段として、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに搭載した磁気記録装置を用いる。
【００２３】
その課題の一つとして、強磁性膜と直接積層して交換結合バイアスを生じる反強磁性膜の開発がある。課題を解決するための手段として、本発明では第一に、前記反強磁性膜の主成分をクロム及びマンガンとする。第二に、その特性を良好とするために白金族，金，銀，銅，ニッケル，コバルトの一つあるいはこれらの中から選択した複数の元素を加えてこの構造を体心立方構造のまま、格子定数を増加せしめて交換結合磁界の大きさと、温度特性を改善する。第三に強磁性体と反強磁性体の間に発生する一方向異方性の大きさを増大させるため、強磁性体の組成をコバルト、またはコバルトを主成分としたコバルト合金とする。コバルト合金の組成は、軟磁性体として用いる場合はＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金が良く、また高保磁力材料として用いる場合にはＣｏ−Ｐｔ合金が良い。第四に、一方向異方性の方向を揃えるために、熱処理を行う。第五に、特にスピンバルブ型磁気抵抗効果膜に有効であるが、反強磁性層に接する強磁性層を３層もしくはそれ以上の強磁性層の積層体とし、また、合計厚さを３ｎｍ以上にして磁気抵抗効果などの特性の熱劣化を防止する。
【００２４】
本発明ではこのような材料構成、及び磁気特性を用いた磁気抵抗効果素子を再生部とした磁気記録再生装置において、高記録密度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長が短く、また、記録トラックの幅が狭い記録を実現して、十分な再生出力を得、記録を良好に保つことができる。
【００２５】
すなわち本発明の磁性積層体、特に磁気抵抗効果素子は、固定バイアスあるいは縦バイアスをクロム基合金の反強磁性体あるいはＭｎ基合金の反強磁性体とコバルト系強磁性体で実現する。また、反強磁性膜に接する強磁性層を３層以上の強磁性層の積層体、例えば、Ｃｏ／ＮｉＦｅＣｒ／Ｃｏのように構成して、その合計厚さを３ｎｍ以上好ましくは３〜２０ｎｍにすることで高い抵抗変化率，大きな交換結合磁界，高い熱安定性を有したスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を実現し、この結果良好な感度と信頼性を兼ね備えた磁気抵抗効果素子，磁気ヘッドと、記録密度の高い磁気記録装置を得ることができる。
【００２６】
本発明は、信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドとディスクの少なくとも一方において、前記磁気ヘッドは強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気センサであって、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部がＣｒ− Ｍｎ合金であり、前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金であり、前記ディスクは強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含み、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部がＣｒ−Ｍｎ合金であり、前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、非磁性金属層によって仕切られた強磁性体の第１及び第２磁性層と該磁性層のいずれかに接して設けられた反強磁性層とを有し、印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第１磁性層の磁化方向が、前記第２層の磁化方向に対し直交する方向である磁気抵抗センサであって、
前記第２磁性層の磁化方向を固定する手段を有する場合と有しない場合とがあり、
前記磁気抵抗センサに電流を生じさせる手段と、
前記磁気抵抗センサによって検知される磁界の関数として、前記第１層の磁化の回転によって生じる前記磁気抵抗センサの電気抵抗変化を検知する手段とを有し、前記第１及び第２磁性層がＣｏ又はＣｏ合金であり、前記反強磁性層がＣｒ−Ｍｎ合金であることを特徴とする。
【００２８】
前記磁気センサが、軟磁性層／非磁性層／強磁性層／反強磁性層の構成を有し、外部の磁界に応じて前記軟磁性層の磁化が回転し、前記強磁性層の磁化との相対角度が変わって磁気抵抗効果作用を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明は、信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドが、非磁性金属層によって仕切られた強磁性体の第１及び第２磁性層と該磁性層のいずれかに接して設けられた反強磁性層とを有し、印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第１磁性層の磁化方向が、前記第２層の磁化方向に対し直交する方向であり、前記第２磁性層の磁化方向を固定する手段を有する場合又は有しない場合と、
前記磁気抵抗センサに電流を生じさせる手段と、
前記磁気抵抗センサによって検知される磁界の関数として、前記第１層の磁化の回転によって生じる電気抵抗変化を検知する手段とを有し、前記第１及び第２磁性層がＣｏ又はＣｏ合金であり、前記反強磁性層がＣｒ−Ｍｎ合金であることを特徴とする磁気記録再生装置にある。
【００３０】
前記Ｃｒ−Ｍｎ合金は３０〜７０原子％Ｍｎを含有するものが好ましく、更にＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅからなる群から選択された少なくとも一つを合計含有量で０.１ 〜３０原子％含有することができる。
【００３１】
前記強磁性層がＣｏもしくはＣｏ合金又はＮｉ合金薄膜を介して両面にＣｏ又はＣｏ合金薄膜を有する積層体からなり、前記反強磁性層がＣｒ−Ｍｎ合金又は、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｘ合金であり、前記Ｘが、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅからなる群から選択された少なくとも一つであって合計含有量が０.１ 〜３０原子％であるのが好ましい。
【００３２】
前記磁気記録再生装置は、装置環境温度が１００℃以上で駆動すること、
前記磁気センサが、前記強磁性層と反強磁性層との積層構成に発生する一方向異方性と、磁気センサに流れる電流から発生する磁界とが略同方向であること、
前記一方向異方性が消失するブロッキング温度より低い温度で加熱し、磁界を印加しながら冷却する着磁工程を行うことが好ましい。
【００３３】
本発明は以下の要件の少なくとも１つを有するものが好ましい。
【００３４】
前記第二の強磁性層の飽和磁束密度が前記第一および第二の強磁性層の飽和磁束密度より小さいこと。
【００３５】
前記強磁性層の厚さが３ｎｍ〜２０ｎｍであること。
【００３６】
前記第二の強磁性層が、ニッケル５０〜８５原子％，鉄１５〜２０原子％，残部はクロム，バナジウム，チタン，銅，金，銀，白金族，タンタル，ニオブ，ジルコニウム及びハフニウムからなる群から選択された少なくとも一つを合計で ３５％以下含有し、飽和磁束密度が０.９ テスラ以下であること。
【００３７】
前記第一および第三の強磁性層の少なくとも一方が、Ｃｏを主成分とする飽和磁束密度が１.０ テスラ以上の磁性体からなること。
【００３８】
前記Ｃｒ合金反強磁性膜が、体心立方構造もしくはＣｓＣｌ型構造の結晶格子を０.１ から１０％の範囲で歪ませた構造を有すること。
【００３９】
上記Ｃｒ合金反強磁性膜を歪ませる熱処理を行うこと。
【００４０】
前記Ｃｏ合金が、Ｃｏ，ＮｉおよびＦｅからなり、その組成が、Ｃｏ３０から９８原子％，Ｎｉ０から３０原子％，Ｆｅ２から５０原子％であって、
特に、Ｃｏ８５から９５原子％，Ｆｅ５から１５原子％であるか、
またはＣｏ５０から７０原子％，Ｎｉ１０から３０原子％，Ｆｅ５から２０原子％であること。
【００４１】
前記Ｃｏ合金が、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅおよび添加元素Ｘからなり、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅの合計が７０から９８原子％，Ｘが２から３０原子％であって、上記Ｘが Ｃｕ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆおよび白金族のいずれか一つまたは複数であること。
【００４２】
上記Ｃｒ合金反強磁性膜表面上に熱処理，薄膜形成技術、またはイオン打ち込みなどによって酸化膜を形成してなること。
【００４３】
前記強磁性体の第２磁性層の磁化方向を固定する前記手段が、前記強磁性体の第１磁性層よりも高い飽和保磁力を有する前記強磁性体の第２磁性層であること。
【００４４】
前記強磁性体の第２磁性層の磁化方向を固定する前記手段が、前記強磁性体の第２磁性層に直接に接触する反強磁性層を有すること。
【００４５】
前記強磁性体の第２磁性層の磁化方向を固定する前記手段が、前記強磁性体の第２磁性層に直接に接触する硬質強磁性層を有すること。
【００４６】
異方性磁気抵抗が、個々の前記強磁性体の磁性層の磁化の回転によって生じる前記磁気抵抗センサの前記電気抵抗変化に加えられるように、前記電流の方向に対する個々の前記強磁性体の薄膜層の磁化方向が定められていること。
【００４７】
異方性磁気抵抗が、前記強磁性体の第１磁性層の磁化の回転によって生じる前記磁気抵抗センサの前記電気抵抗変化に加えられるように、前記電流の方向に対する個々の前記強磁性体の薄膜層の磁化方向が定められていること。
【００４８】
前記強磁性体の第１磁性層を単一のドメイン状態に保持するのに十分な縦方向のバイアスを生じさせる手段をさらに有すること。
【００４９】
縦方向のバイアスを生じさせる前記手段が、前記強磁性体の第１磁性層の端部領域だけに、直接に接触する反強磁性層を有すること。
【００５０】
縦方向のバイアスを生じさせる前記手段が、前記強磁性体の第１磁性層の端部領域だけに、直接に接触する硬質強磁性層を有すること。
【００５１】
前記強磁性体の第１磁性層を単一のドメイン状態に保持するのに十分な縦方向のバイアスを生じさせる手段をさらに有すること。
【００５２】
縦方向のバイアスを生じさせる前記手段が、前記強磁性体の第１磁性層の端部領域だけに、直接に接触する反強磁性層を有すること。
【００５３】
縦方向のバイアスを生じさせる前記手段が、前記強磁性体の第１磁性層の端部領域だけに、直接に接触する硬質強磁性層を有すること。
【００５４】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の磁性積層体，磁気記録媒体、および磁気抵抗効果素子を構成する膜は高周波マグネトロンスパッタリング装置により以下のように作製した。アルゴン３ミリトールの雰囲気中にて、厚さ１ミリ，直径３インチのセラミックス基板に以下の材料を順次積層して作製した。スパッタリングターゲットとしてタンタル，ニッケル−２０ａｔ％鉄合金，銅，コバルト，クロム−５０ａｔ％マンガンの各ターゲットを用いた。クロム−マンガン合金膜の作製では、クロム−マンガンターゲット上に添加元素の１センチ角のチップを配置し、チップの数を増加あるいは減少させることで組成を調整した。また、強磁性膜としてＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ層を作るときはコバルトターゲット上にニッケル，鉄の１センチ角のチップを配置して組成を調整した。
【００５５】
積層膜は、各ターゲットを配置したカソードに各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを発生させておき、各カソードごとに配置されたシャッターを一つずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時には永久磁石を用いて基板に平行におよそ３０Ｏｅの磁界を印加して、一軸異方性をもたせるとともに、クロム−マンガン膜の交換結合磁界の方向を印加磁界の方向に誘導した層の形成条件の一例を表１に示す。
【００５６】
【表１】

【００５７】
積層膜は、形成後に真空熱処理装置内において熱処理を行った。熱処理は、室温から、所定の温度、たとえば２５０℃まで昇温し、所定の時間、例えば１時間保持し、室温まで冷却して行った。上記昇温，保持、および冷却の全行程において、基板の面内に平行に２から５キロＯｅの磁界を印加して行った。上記磁界の方向は、膜形成時に永久磁石にて印加した磁界と平行な方向とした。
【００５８】
基体上の素子の形成はフォトレジスト工程によってパターニングした。その後、基体はスライダーに加工し、磁気記録装置に搭載した。
【００５９】
図１は４５ａｔ％クロム−４５ａｔ％マンガン−１０ａｔ％白金の反強磁性膜／８１ａｔ％Ｎｉ−１９ａｔ％Ｆｅ膜を用いた磁性積層体を有するスピンバルブ膜の熱処理前と、熱処理後の特性を比較した図である。一方向異方性による結合磁界は図中の右側のループのシフト量として現われる。熱処理前の結合磁界は ３００Ｏｅ,２５０℃,３時間の熱処理後でも３８０Ｏｅである。これはＮｉＦｅ層の厚さおよび磁化の大きさを考慮すると、公知例で示されているのと同程度の大きさである。
【００６０】
図２は４５ａｔ％クロム−４５ａｔ％マンガン−１０ａｔ％白金の反強磁性膜／Ｃｏ膜を用いた磁性積層体を有するスピンバルブ膜の熱処理前と、熱処理後の特性を比較した図である。熱処理前の結合磁界は３００Ｏｅで、図１の場合とほぼ同様であるが、２５０℃，３時間の熱処理後では結合磁界が６００Ｏｅと２倍程度に大きくなっている。これはＣｏ層の厚さおよび磁化の大きさを考慮すると、図１で示されている結合磁界の２倍程度の大きさである。
【００６１】
図３は図１および図２で示した磁性積層体の試料のうち、２５０℃，３時間熱処理した試料の異方性をトルクメーターにて高温測定したものである。いずれの試料も３００℃以上まで異方性を失わない。この異方性を消失温度のブロッキング温度と呼称するが、これらの試料のブロッキング温度は３２０〜３３０℃であった。さらに図３からは温度１００℃においても一方向異方性エネルギーの低下は一割程度であることが見て採れる。これは、本発明の磁性積層体を用いた場合には結合磁界が２倍程度に大きくできるとともに、その大きさが環境温度１００℃においても失われないことを示しており、実際、温度２００℃に至って、やっと本発明の構成を用いない場合の室温の値と同等になるのである。
【００６２】
図４は本発明の磁性積層体をスピンバルブ磁気抵抗効果膜として用いた場合の別の構成例で、反強磁性膜３０(４５ａｔ％Ｃｒ−４５ａｔ％Ｍｎ−１０ａｔ％Ｐｔ）と密着する強磁性層１１は、反強磁性膜３０と直接接合するＣｏ層１１１，磁気特性の良好な軟磁性層１１２（８１ａｔ％Ｎｉ−１９ａｔ％Ｆｅ），非磁性層１２（Ｃｕ）と直接接し、巨大磁気抵抗効果を生じるＣｏ層１１３からなっている。下地膜１４は他の膜の配向や結晶粒径を制御する下地層，軟磁性層１３(８１ａｔ％Ｎｉ−１９ａｔ％Ｆｅ)は自由層である。すなわち、反強磁性膜との接合部、および非磁性膜との接合部にＣｏ層を配置し、しかしながら固定層である強磁性層１１の磁気特性を劣化させず、かつ、層全体の磁化の量をあまり増大させずに強磁性層１１の厚さと特性を保つことができる。従って軟磁性層１１２は、磁気特性が良好で、飽和磁束密度がＣｏからなる層１１３および１１１より小さいことが望ましく、例えば飽和磁束密度が１テスラであるＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉膜である。あるいはさらに飽和磁束密度を低下させて０.５ テスラ程度でも良く、例えばＮｉＦｅ−Ｃｒ膜なども適当であり、このＮｉＦｅ−Ｃｒ膜は、０〜２０ ａｔ％Ｃｒを含有するＮｉＦｅ合金からなり、ＮｉＦｅ合金は７５〜９５ａｔ％Ｎｉと残部Ｆｅとからなる。
【００６３】
図５は本発明の磁性積層体を磁区制御膜として用いた場合の構成例である。反強磁性膜３０（図４の膜３０と同じ成分及び含有量を有する。以下同一番号の層は同一成分と同一の含有量を有する層を示す）は強磁性層１１（図４の層１１と同じ構成を有する）と密着して一方向異方性を印加する。強磁性層１１は、Ｃｏ層１１１と軟磁性層１１２（図４の層１１２と同じ成分及び含有量を有する）からなっている。磁区制御膜４１は磁気抵抗効果膜１０に隣接し、一方向異方性で固定された磁化から発生する磁界を磁気抵抗効果膜１０に印加してバイアス効果を与える。
【００６４】
図６は本発明の磁性積層体をスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜１０に用いた場合の構成例である。一方向異方性の着磁方向７１と電流の方向７２は、電流によって生じる磁界の方向７３が一方向異方性の着磁方向７１と同一方向になるように設定すると、素子の安定性が増す。
【００６５】
図７は本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置の概念図である。ヘッドスライダー９０を兼ねる基体５０上に磁気抵抗効果膜１０，磁区制御膜４１，電極端子４０を形成し、これらからなる磁気ヘッドを記録媒体を有するディスク ９１上の記録トラック４４に位置決めして再生を行う。ヘッドスライダー９０はディスク９１の上を、対向面６３を対向して０.２μｍ 以下の高さ、あるいは接触状態で対向して相対運動する。この機構により、磁気抵抗効果膜１０はディスク９１上の記録媒体に記録された磁気的信号を、記録媒体からの漏れ磁界６４から読み取ることのできる位置に設定されるのである。
【００６６】
磁気抵抗効果膜１０は例えば複数の磁性膜と非磁性導電膜を交互に積層した膜および一部の磁性膜の磁化を固定する反強磁性膜などの固定バイアス膜からなり、前記一部の磁性膜の磁化に対して、他の磁化が外部磁界により回転し、互いの角度が変化することによって電気抵抗が変化する。
【００６７】
前記外部磁界は漏れ磁界６４の対向面６３に垂直な方向の成分であり、即ち、この方向が感知すべき磁界の感知方向６０である。前記の対向面６３に垂直な方向は特に素子高さ方向６１、また対向面６３に平行で素子高さ方向６１に垂直なトラック幅方向６２がここで定義される。
【００６８】
電極端子４０はこの磁気抵抗効果膜１０に電流を通じるとともに、外部磁界によって変化する磁気抵抗効果膜１０の電気抵抗を電気信号、特に電圧として取り出すのである。磁区制御膜４１は磁気抵抗効果膜１０に適切な動作範囲と磁区制御を与えるもので、硬磁性膜、または反強磁性膜と交換結合した軟磁性膜からなる。磁区制御膜４１は磁気抵抗効果膜１０のトラック幅方向６２の側の端部に配置する。
【００６９】
図８は本発明の磁気記録再生装置の構成例である。磁気的に情報を記録する記録媒体を保持するディスク９１をスピンドルモーター９３にて回転させ、アクチュエーター９２によってヘッドスライダー９０をディスク９１のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装置においてはヘッドスライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッドがこの機構によってディスク９１上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取るのである。記録信号は信号処理回路系９４を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を信号処理回路系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエーターを制御して、ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。本図ではヘッドスライダー９０，ディスク９１を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。またディスク９１は両面に記録媒体を有して情報を記録してもよい。情報の記録がディスク両面の場合ヘッドスライダー９０はディスクの両面に配置する。
【００７０】
上述したような構成について、本発明の磁気ヘッドおよびこれを搭載した磁気記録再生装置を試験した結果、充分な出力と、低ノイズ特性を示し、また動作の信頼性も良好であった。
【００７１】
図９は本発明を磁気記録媒体に用いた場合の構成例である。Ｃｕからなる下地膜１１４上に反強磁性膜３０，高保磁力Ｃｏ合金膜１５（８０ａｔ％Ｃｏ−２０ａｔ％Ｐｔ）を積層してなる。これによりノイズを低減することができる。
【００７２】
図１０は本発明を磁気記録媒体に用いた場合の別の構成例である。軟磁性膜 １６（８１ａｔ％Ｎｉ−１９ａｔ％Ｆｅ），Ｃｏ膜１７，反強磁性膜３０，分離膜１８（Ｔａ），高保磁力磁性膜１９（８０ａｔ％Ｃｏ−２０ａｔ％Ｐｔ）を積層してなる。これにより軟磁性膜１６に起因するノイズを抑制できる。
【００７３】
図１１は本発明の磁性積層膜の熱処理温度と交換結合磁界の関係を示した図である。交換結合磁界は熱処理温度１５０℃ですでに上昇を始めており、２００〜２５０℃でほぼ一定となり、２５０℃ではほぼ一定である。しかしながら、図３に示したようにこの試料の交換結合磁界が消失する温度，ブロッキング温度は ３００℃以上であるが、このような高温まで加熱すると、図には示していないが、交換結合磁界はかえって低下する。これは熱処理の過多によって界面の原子の拡散が生じた劣化と見られる。したがって、むしろブロッキング温度より低い温度での熱処理と着磁行程による方が交換結合を大きく保つことができることがわかる。また、図１１中には２種類の熱処理炉で行った熱処理行程の結果が示してある。熱処理炉の種類によって交換結合磁界の大きさは大きく異なり、これは例えば、炉の真空度などが効いていると思われる。このような効果は適切な熱処理条件と、適当な保護膜の選択などで抑制または拡大することができる。
【００７４】
図１２は図２の磁気積層体のＣｒＭｎＰｔ膜と同じ磁気積層体について、 ＣｒＭｎＰｔ膜の厚さと交換結合磁界ＨＥおよび保磁力Ｈｃについて示した図である。熱処理をしない試料ではＣｒＭｎＰｔ膜の厚さが２０ｎｍと、３０ｎｍでは交換結合磁界ＨＥはあまり変わらないが、保磁力Ｈｃが２０ｎｍでは交換結合磁界に近い程度に大きい。これは特性は良好でない。しかしながら適切な熱処理を加えて本発明の主張するところの５００Ｏｅ以上の交換結合磁界ＨＥの増大を図った場合、図１２で明らかなように、熱処理前（黒四角）にくらべ保磁力Ｈｃ（黒丸印）はほとんど増加していない。従って、ＣｒＭｎＰｔ膜が２０ｎｍであっても良好な磁気特性を得ることができ、例えば磁気抵抗効果素子の場合には、反強磁性膜に流れてしまう電流の量を低減することができ、センサとしての出力を向上することができる。
【００７５】
図１３は図２の磁気積層体と同じ磁気積層体について、Ｃｏ層の厚さを変えた場合の交換結合の大きさを示した図である。
【００７６】
Ｃｏ層の厚さが０.４ｎｍ 以上で交換結合の大きさ、すなわち、交換結合磁界と磁性膜の飽和磁束密度および厚さの積で表される一方向異方性エネルギーが上がりだし、０.８ｎｍ 以上でほぼ飽和している。従って、反強磁性膜に隣接するＣｏ層の厚さは０.４ｎｍ以上、特に０.８ｎｍ以上の厚さが適切である。
【００７７】
図１４は、図４の磁気積層体と同じ磁気積層体について、固定層となる強磁性層１１の厚さを変えたときのスピンバルブ膜の耐熱性を示した図である。熱処理なしの値で規格化した、熱処理後の抵抗変化率はスピンバルブ膜の固定層の厚さ、すなわち図４で言うところの強磁性層１１の厚さに依存している。従ってこの厚さを厚くし、同時にその磁化の量があまり増大しないとすると素子の特性が良好になる。この磁化の量が増大しすぎると図４で言うところの軟磁性層１３に静磁的に働きかけてしまうためである。本発明の構成においては固定層を少なくとも強磁性体の３層構造にすることで、良好な特性と、良好な耐熱性を得ることができるのである。
【００７８】
図１５は本発明の磁性積層膜の熱処理時間と交換結合磁界の関係を示した図である。交換結合磁界は熱処理時間１５分ですでに７００Ｏｅ以上の上昇を始めており、３０分以上，９時間までほぼ一定である。これは従来の公知例で知られる、Ｎｉ−Ｍｎ合金の秩序無秩序変態などに比べてかなり短時間である。
【００７９】
図１６は本発明の磁性積層膜の熱処理前後のＸ線回折曲線を示した図である。観測される回折強度はＣｒＭｎＰｔ膜を体心立方構造（ｂｃｃ）と仮定して考えたときの指数で１１０および２２０の反射強度で、良好な結晶配向性を示している。特に着目すべき点は、ピーク位置の変化である。熱処理なしに比べて、熱処理後の回折ピークは高角側にシフトしている。これは１１０面間隔が熱処理により２.０５〜２.０８５Åと縮んでいることを表わしている。
【００８０】
図１７は本発明の磁性積層膜の熱処理による１１０面間隔の変化と交換結合磁界の関係を表わした図である。熱処理なしに比べて面間隔は２％程度まで縮み、また、面間隔の縮みと交換結合磁界の大きさには一定の関係があることがわかる。すなわち、結晶の歪みが交換結合磁界の増大を生じていると考えられる。また、同じ熱処理を施しても、交換結合磁界および面間隔の減少が異なる場合があるが、これはＣｒＭｎＰｔ膜表面の酸化膜形成が、交換結合磁界の増強に密接に関連するからである。この点については図２８について述べる。
【００８１】
本発明の磁性積層膜の熱処理なしおよび熱処理後の断面透過電子顕微鏡像およびＣｒＭｎＰｔ膜部の高速フーリエ変換像（ＦＴＴ像）を観察した。断面透過電子顕微鏡像は膜の構造に熱処理の前後で大きな差異がないことが分ったが、フーリエ変換像は熱処理なしが、対称性が高く、通常の体心立方構造と一致するのに対し、熱処理後のフーリエ変換像はスポットが歪んでいた。基板面に垂直な方向では、図１７の結果と同様に２％程度縮んでいる。また、これに斜めな方向ではスポットがブロードになるとともに８％程度まで歪んでいることがわかった。結晶格子の歪みの詳細は明らかでないが、熱処理前の体心立方構造から、熱処理後は何らかの歪んだ構造へ変化している可能性が高い。以上に示したように、熱処理によるＣｒＭｎＰｔ／Ｃｏ積層構造の交換結合の増大はＣｒＭｎＰｔ膜の構造の何らかの変化を熱処理によって誘発するために起きると考えられるのである。図１８はＣｒＡｌ反強磁性膜／Ｃｏ膜積層体およびＣｒＡｌ反強磁性膜／NiFe膜積層体の交換結合磁界を示した図である。Ｃｏ膜は飽和磁化の値がＮi₈₁Ｆe₁₉膜に比べておよそ２倍なので、Ｃｏ膜の厚さはＮｉＦｅ膜の厚さの半分にして、比較してある。交換結合磁界はＣｒＡｌ膜の厚さが５００ｎｍ以上で発現しているが、強磁性層がＣｏの場合の方がＮｉＦｅの場合より交換結合磁界が増大していることがわかる。図ではＣｒＡｌの組成が２０原子％のデータを示したが、 Ａｌ組成５から３０原子％の領域で同様の効果が得られる。
【００８２】
図１９は本発明の磁気ヘッドのディスクとの対向面から見た構成例を示す図である。基体５０上に下部シールド８２，下部ギャップ５１，磁気抵抗効果膜１０，磁区制御膜４１，電極端子４０，上部ギャップ５２，上部シールド兼下部磁気コア８１および上部磁気コア８３を形成してなる。
【００８３】
図２０は本発明のインダクティブ型記録ヘッドと磁気抵抗効果型再生ヘッドとを有する磁気ヘッドの斜視概念図である。ヘッドスライダー９０を兼ねる基体 ５０上に下部シールド８２，磁気抵抗効果膜１０，磁区制御膜４１，電極端子 ４０を有する再生ヘッドと上部シールド兼下部磁気コア８１および上部磁気コア８３を形成し、下部ギャップ５１，上部ギャップ５２の図示は省略してあり、コイル４２は電磁誘導効果によって上部磁気コアおよび上部シールド兼下部コアに起磁力を発生するインダクティブ型記録ヘッドとを有する。
【００８４】
図２１はＣｏ−ＮｉおよびＣｏ−Ｃｕ合金固定層を用いた場合の交換結合磁界を示す図である。Ｃｏ−ＮｉおよびＣｏ−Ｃｕ層の厚さは、飽和磁化と厚さの積が３ｎｍ・Ｔになるように設定してある。Ｃｏ層にＮｉを添加すると飽和磁化は低下し、４０ａｔ％および１.２Ｔ まで低下するが、交換結合磁界は図のようにほぼ一定であり、Ｃｏ層をＣｏ−Ｎｉ層に代えても同等の効果が得られることがわかる。Ｃｏ層にＣｕを添加しても同様に飽和磁化は低下し、２０ａｔ％でおよそ１.２Ｔ まで低下するが、交換結合磁界は図中に示したように、Ｃｏ層をＣｏ−Ｃｕ層に代えても同等の交換結合磁界が得られる。
【００８５】
図２２はＭｎ₇₈ｌｒ₂₂反強磁性膜／Ｃｏ、およびＭｎ₇₈ｌｒ₂₂反強磁性膜／ Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀の構成を用いたスピンバルブ膜の磁気抵抗曲線である。交換結合磁界はそれぞれ、５００Ｏｅおよび７００Ｏｅであり、大きな交換結合が得られることがわかる。このような特性はｌｒの組成が１０〜４０原子％、特に１５〜 ２５原子％で良好である。
【００８６】
図２３は固定層および自由層の一部にＣｏ₅₀Ｎｉ₂₀Ｆｅ₃₀合金層を用いたスピンバルブ膜の構成例である。ＣｏＮｉＦｅ合金膜はＣｏ膜に比べて軟磁気特性に優れて巨大磁気抵抗効果も大きく、また、反強磁性体と積層して良好な交換結合磁界を得ることができるので、図のような構成で、軟磁気特性に優れ、磁気抵抗効果が大きく、積層種の少なくて生産が容易な磁気抵抗効果積層膜とこれを用いた磁気センサを得ることができる。
【００８７】
図２４は本発明の磁気積層体の構成例を示す図である。Ｃｒ基またはＭｎ基の反強磁性体、特に反強磁性薄膜とＣｏまたはＣｏ合金からなる強磁性体、特に強磁性薄膜を積層してなる。両者の界面には交換結合効果による一方向異方性が誘導されている。このため、外部から磁界を印加して磁化過程を観察すると、ある大きさ，ある方向の磁界が外部磁界に加えて存在するように観察される。この磁界を交換結合磁界と呼ぶ。本発明の磁性積層体は図に示した構成を基本の単位構成とし、この構成、または、さらに積層構造を加えた構成で応用される。
【００８８】
図２５は本発明のＣｒＭｎＰｔ／ＣｏおよびＣｒＭｎＰｔ／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀の構成を用いたスピンバルブ膜の磁気抵抗曲線を示す図である。交換結合磁界はそれぞれ、４００Ｏｅおよび４７０Ｏｅであり、大きな交換結合が得られることがわかる。このような特性はＦｅの組成が０〜３０原子％で良好であり、またＮｉを３０％程度まで加えても同等の効果が得られる。
【００８９】
図２６は本発明のＣｒＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ）／Ｃｏの構成を有する磁性積層体の交換結合磁界を示す図である。図に示した添加元素（Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ）のいずれかを１５原子％程度まで加えることで交換結合磁界は向上することがわかる。また添加量を３０原子％程度まで増やしても交換結合磁界を得ることができるのである。添加元素を複数加えることも同様の効果がある。Ｐｔ，Ａｕは１〜１０原子％、Ｐｄ，Ｃｕ， Ｒｈ，Ｃｏは１〜２０原子％において約５０Ｏｅ以上の高い交換結合磁界が得られる。
【００９０】
図２７は本発明の（Ｃｒ_XＭｎ_100-X)₉₂−Ｐｔ₈／Ｃｏ膜の交換結合磁界および保磁力の組成依存性を示す図である。ＣｒとＭｎの組成比率を３０から７０％まで変えても十分大きな３０Ｏｅ以上の高い交換結合磁界が得られ、特にＣｒ５０％からＣｒ３０％において５０Ｏｅ以上の高い交換結合磁界が得られる。また Ｃｒ５０から７０％とすると、より保磁力が小さく、耐食性を向上することができる。
【００９１】
図２８は本発明のＣｒＭｎＰｔ／Ｃｏ構造を用いたスピンバルブ膜のマイクロオージェ法による深さ方向組成分析結果を示す図である。ＣｒＭｎＰｔ膜表面にはＭｎリッチな酸化物層が形成されていることがわかる。この酸化物層を熱処理によって形成した磁性積層体は、交換結合磁界が著しく向上する。本実施例では熱処理によって酸化物層を形成したが、ほかに、薄膜形成技術やイオン打ち込みなどの処理によっても同等の層を形成することができる。
【００９２】
（実施例２）
図２９は本発明の他の構造のスピンバルブ磁気抵抗効果膜を用いた磁気ヘッド（ＭＲセンサ）の部分断面図である。
【００９３】
本発明のＭＲセンサは、ガラス，セラミックのような適切な基板３１の上に、軟質強磁性体の第１磁性層３２，非磁性金属層５、及び強磁性体の第２磁性層２を付着させた構造である。強磁性層３２及び２は、磁界が印加されていない場合は、個々の磁化方向が約９０度の角度差になるようにする。さらに、第２磁性層２の磁化方向は、磁性媒体の磁界方向と同じ方向に固定される。磁界が印加されていない場合の軟質強磁性体の第１磁性層３２の磁化方向は第２磁性層の磁界方向に対して９０度傾いている。印加された磁界に感応して第１磁性層３２に磁化回転が生じ変化する。
【００９４】
本実施例における第１磁性層３２，非磁性金属層５，第２磁性層２及び反強磁性体層３は図１，図２，図４に示した積層構造で用いた膜構成を用いることができ、また、硬質強磁性層７にはＣｏ₈₂Ｃｒ₉Ｐｔ₉，Ｃｏ₈₀Ｃｒ₈Ｐｔ₉(ＺｒＯ₂)₃を用いることができる。これらの図１，図２及び図４の膜構成は本実施例における第１磁性層３２と第２磁性層２に相当する膜構成を有し、それらの磁界方向は前述と同様に形成されている。
【００９５】
本実施例では軟質強磁性体の第１磁性層３２の付着を行う前に、例えば、Ｔａ，Ｒｕ、又はＣｒＶのような適切な下部膜２４を基板３１の上に付着させる。下部膜２４を付着させる目的は、後に付着させる層の組織，結晶粒度、及び形態を最適化させるためである。層の形態は、大きなＭＲ効果を得るのに非常に重要である。それは層の形態によって非磁性金属層１の非常に薄いスペーサ層を利用することができるからである。さらに分流による影響を最小にするために、下部層は高電気抵抗がよい。下部層は前述したように逆構造としても使用できる。基板３１は十分な高電気抵抗で、十分に平面であり、且つ適切な結晶構造の場合は、下部膜２４は不要である。
【００９６】
第１磁性層３２は、紙面に平行な方向に単一のドメイン状態に保持させるための縦方向にバイアスを生じさせる手段が用いられる。縦方向にバイアスを生じさせる手段は、高飽和保磁力，高直角度、且つ、高電気抵抗を有する硬質強磁性層７が用いられる。硬質強磁性層７は、軟質強磁性体の第１磁性層３２の端部の領域に接触している。硬質強磁性層７の磁化方向は、紙面に平行である。
【００９７】
反強磁性層を第１磁性層３２の端部の領域に接触させて付着させることができ、必要な縦方向のバイアスを生じさせる。これらの反強磁性層は、強磁性体の第２磁性層２の磁化方向を固定させるために用いられる反強磁性層３よりも十分に異なるブロッキング温度を有するものが良い。
【００９８】
次に、例えば、Ｔａのような高抵抗の材料のキャッピング層が、ＭＲセンサ上部全体に付着させられるのが好ましい。電極８が備えられ、ＭＲセンサ構造体と電流源及び検知手段間に回路が形成される。
【００９９】
図３０に本発明の一例である磁気ディスク装置の全体図を示す。本磁気ディスク装置の構成は、情報を記録するための磁気ディスク２１，これを回転する手段のＤＣモータ（図面省略），情報を書き込み，読み取りするための磁気ヘッド
２２，これを支持して磁気ディスクに対して位置を変える手段の位置決め装置、即ち、アクチュエータ２６とボイスコイルモータ２５、及び装置内部を清浄に保つためのエアフィルタなどからなる。アクチュエータは、キャリッジとレール，軸受からなり、ボイスコイルモータはボイスコイル，マグネットからなる。これらの図では、同一の回転軸に８枚の磁気ディスクを取付け、合計の記憶容量を大きくした例を示している。
【０１００】
図３１は本発明に係る磁気記録再生装置の平面図である。図において、２１は磁気ディスク、２２は磁気ヘッド、２３はジンバル系支持装置、２６はアクチュエータ（位置決め装置）である。磁気ディスク２１は回転駆動機構により、矢印ａの方向に回転駆動される。磁気ヘッド２２は支持装置２３によって支持され、アクチュエータ２６により、回転直径Ｏ₁ 上で、矢印ｂ₁ またはｂ₂ の方向に駆動されて位置決めされ、それによって所定のシリンダＴ₁ 〜Ｔ_n において、磁気記録，再生が行われる。
【０１０１】
磁気ディスク２１は表面粗さＲ_MAX が１００Å以下、望ましくは５０Å以下の表面性の良好な媒体とする。磁気ディスク２１は、剛性基体の表面に真空成膜法によって磁気記録層を形成してある。磁気記録層は図９に示す磁性薄膜が用いられる。真空成膜法によって形成される磁気記録層の膜厚は０.５μｍ 以下であるので、剛性基体の表面性がそのまま記録層の表面性として反映される。従って、剛性基体は、表面粗さＲ_MAX が１００Å以下のものを使用する。そのような剛性基体としては、ガラス，化学強化されたソーダアルミノ珪酸ガラスまたはセラミックを主成分とする剛性基体が適している。
【０１０２】
また、磁性層が金属や合金などの場合には、表面に酸化物層，窒化物層を設けるか、表面を酸化皮膜とするのが望ましい。また、炭素保護膜の使用等も望ましい。こうすることにより、磁気記録層の耐久性が向上し、極く低浮上量で記録再生する場合や、コンタクト，スタート，ストップ時においても、磁気ディスクの損傷を防止できる。酸化物層及び窒化物層は、反応性スパッタ，反応性蒸着等によって形成できる。また、酸化皮膜は、磁気記録層の表面を、反応性プラズマ処理等により、意図的に酸化して形成できる。磁気ディスクは、磁気記録層の記録残留磁化が膜面に対して垂直方向の成分を主成分とする垂直記録，膜面内成分を主成分とする面内記録のいずれであってもよい。図示は省略したが、磁気記録層の表面に潤滑剤を塗布してもよい。
【０１０３】
図３２は負圧スライダの斜視図である。負荷スライダ７０は、空気導入面７９と浮揚力を発生する２つの正圧発生面７７，７７とに囲まれた負圧発生面７８を有し、さらに空気導入面７９並びに２つの正圧発生面７７，７７と負圧発生面 ７３との境界において負圧発生面７８より段差の大きい溝７４とから構成される。なお、空気流出端７５には磁気ディスクに情報の記録を行う後述するインダクティブ型の記録ヘッドと再生を行う前述のＭＲセンサとが前述の図２１に示す概略構造の記録再生分離型の薄膜磁気ヘッドエレメント７９を有する。
【０１０４】
負圧スライダ７０の浮上時においては、空気導入面７９から導入された空気は負圧発生面７３で膨張されるが、その際に溝７４に向かう空気の流れも作られるため、溝７４の内部にも空気導入面７９から空気流出端７５に向かう空気の流れが存在する。したがって、負圧スライダ７０の浮上時に空気中に浮遊する塵芥が空気導入面７９から導入されたとしても溝７４の内部へ導入され、溝７４内部の空気の流れによって押し流され、空気流出端７８より負圧スライダ７０の外へ排出されることになる。また負圧スライダ７０の浮上時には溝４内部には常に空気の流れが存在し澱み等がないため、塵芥が凝集することもない。
【０１０５】
図３３は本発明のインダクティブ型の記録ヘッドの断面図であるが、この薄膜ヘッドは下部シール膜８６と、その上に付着された前述の磁性膜からなる上部磁性膜８５及び上部磁性膜８４からなる。非磁性絶縁板８９が層８５，８４の間に付着されている。絶縁体の一部が磁気ギャップ８８を規定し、これは例えば周知技術によりエア・ベアリング関係に置かれた磁性媒体と変換関係で相互作用する。支持体はエア・ベアリング（ＡＢＳ）を有するスライダの形になっており、これはディスク・ファイル動作中に回転するディスクの媒体に近接し浮上関係にある。
【０１０６】
薄膜磁気ヘッドは上部８５，下部磁性膜８４によりできるバック・ギャップ ９６を有するバック・ギャップ９６は介在するコイル８７により磁気ギャップから隔てられている。
【０１０７】
連続しているコイル８７は例えばめっきにより下部磁性層８４の上に作った層になっており、これらを電磁結合する。コイル８７は非磁性絶縁体８９で埋められてあるコイルの中央には電気接点があり、同じくコイルの外端部終止点には電気接点として更に大きな区域がある。接点は外部電線及び読み取り書き込み信号処理ヘッド回路（図示略）に接続されている。
【０１０８】
本発明においては、単一の層で作られたコイル８７が、やや歪んだ楕円形をしており、その断面積の小さい部分が磁気ギャップに最も近く配置され、磁気ギャップからの距離が大きくなるにつれ、断面積が徐々に大きくなる。
【０１０９】
バック・ギャップ９６は磁気ギャップのＡＢＳに相対的に近く位置している。しかし楕円形コイルはバック・ギャップ９６と磁気ギャップ８８との間で比較的密に多数本入っており、コイルの幅乃至断面直径はこの区域では小さい。更に、磁気ギャップから最も遠い部分での大きな断面直径は電気抵抗の減少をもたらす。更に、楕円（長円）形コイルは角や鋭い隅や端部を持たず、電流への抵抗が少ない。又、楕円形状は矩形や円形（環状）コイルに比べ導電体の全長が少なくて済む。これらの利点の結果、コイルの全抵抗は比較的少なく、発熱は少なく、適度の放熱性が得られる。熱を相当量減らすので、薄膜層の層崩れ，伸長，膨張は防止され、ＡＢＳでのボール・チップ突出の原因が除かれる。
【０１１０】
幅の変化がほぼ均一に進む楕円形コイル形状は、スパッタリングや蒸着等より安価な従来のめっき技術で付着できる。他の形状特に角のある形のコイルではめっき付着が不均一な幅の構造になり易い。角や鋭い端縁部の除去はでき上ったコイルにより少ない機械的ストレスしか与えない。
【０１１１】
本実施例では多数巻回したコイルがほぼ楕円形状で磁気コア間に形成され、コイル断面径は磁気ギャップからバック・ギャップに向けて徐々に拡がっており、信号出力は増加し、発熱が減少される。
【０１１２】
本実施例では、インダクティブ型の記録ヘッドの上部及び下部磁性膜を以下の電気めっき法によって形成した。
【０１１３】
Ｎｉ⁺⁺量：１６.７ｇ／ｌ，Ｆｅ⁺⁺量：２.４ｇ／ｌを含み、その他通常の応力緩和剤，界面活性剤を含んだめっき浴において、ｐＨ：３.０ ，めっき電流密度：１５ｍＡ／cm² の条件でフレームめっきした上・下部磁気コアを有する誘導型の薄膜磁気ヘッドを作製した。トラック幅は４.０μｍ、ギャップ長は０.４μｍである。この磁性膜の組成は４２.４Ｎｉ−Ｆｅ(重量％）であり、磁気特性は飽和磁束密度（Ｂ_S ）が１.６４Ｔ，困難軸保磁力（Ｈ_CH）が０.５Ｏｅで比抵抗 （ρ)は４８.１μΩcmであった。上部磁気コア８５，上部シールド層を兼ねた下部磁気コア８４，コイル８７である。再生のための磁気抵抗効果型素子８６，磁気抵抗効果型素子にセンス電流を流すための電極，下部シールド層，スライダの構成を有する。本実施例の磁気コアの結晶粒径は１００〜５００Åとなり、困難軸保磁力が１.０Ｏｅ 以下であった。
【０１１４】
このような構成で評価した本発明による記録ヘッドの性能（オーバーライト特性）を測定した結果、４０ＭＨｚ以上の高周波領域でも−５０ｄＢ程度の優れた記録性能が得られた。
【０１１５】
本実施例によれば、高保磁力媒体に対しても、高周波領域でも十分に記録可能であり、メディア転送速度１５ＭＢ／秒以上，記録周波数４５ＭＨｚ以上，磁気ディスク４０００rpm 以上のデータの高速転送，アクセス時間の短縮，記録容量の増大と、異方性磁気抵抗効果を基礎として優れたＭＲ効果を有する高感度の ＭＲセンサが得られることから面記録密度として３Ｇｂ／in² 以上との磁気ディスク装置が得られるものである。
【０１１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば十分な結合磁界と高い温度安定性を有した磁性積層体を提供でき、ひいては充分な再生出力と低ノイズ特性を有する磁気センサおよび高信頼性の高密度磁気記録再生装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クロム−マンガン合金膜／ＮｉＦｅを用いたスピンバルブ膜の熱処理前後の特性を示した図である。
【図２】本発明のクロム−マンガン合金膜／Ｃｏを用いたスピンバルブ膜の熱処理前後の特性を示した図である。
【図３】クロム−マンガン合金膜／ＮｉＦｅおよび本発明のクロム−マンガン合金膜／Ｃｏを用いたスピンバルブ膜の高温安定性を比較した図である。
【図４】本発明をスピンバルブ磁気抵抗効果膜として用いた場合の別の構成例である。
【図５】本発明を磁区制御膜として用いた場合の構成例である。
【図６】本発明をスピンバルブ型磁気抵抗効果素子に用いた場合の構成例である。
【図７】本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置の概念図である。
【図８】本発明の磁気記録再生装置の構成例である。
【図９】本発明を磁気記録媒体に用いた場合の構成例である。
【図１０】本発明を磁気記録媒体に用いた場合の別の構成例である。
【図１１】本発明の磁性積層膜の熱処理温度と交換結合磁界の関係を示した図である。
【図１２】ＣｒＭｎＰｔ膜の厚さと交換結合磁界および保磁力について示した図である。
【図１３】Ｃｏ層の厚さを変えた場合の交換結合の大きさを示した図である。
【図１４】固定層の厚さを変えたときのスピンバルブ膜の耐熱性を示した図である。
【図１５】本発明の磁性積層膜の熱処理時間と交換結合磁界の関係を示した図である。
【図１６】本発明の磁性積層膜の熱処理前後のＸ線回折曲線を示した図である。
【図１７】本発明の磁性積層膜の熱処理による１１０面間隔の変化と交換結合磁界の関係を表わした図である。
【図１８】ＣｒＡｌ反強磁性膜／Ｃｏ膜積層体およびＣｒＡｌ反強磁性膜／ＮｉＦｅ膜積層体の交換結合磁界を示した図である。
【図１９】本発明の磁気ヘッドのディスクとの対向面から見た構成例を示す図である。
【図２０】本発明の磁気ヘッドの斜視概念図である。
【図２１】Ｃｏ−ＮｉおよびＣｏ−Ｃｕ合金固定層を用いた場合の交換結合磁界を示す図である。
【図２２】Ｍｎ₇₈ｌｒ₂₂反強磁性膜／Ｃｏ、およびＭｎ₇₈ｌｒ₂₂反強磁性膜／Ｃo₉₀Ｆe₁₀の構成を用いたスピンバルブ膜の磁気抵抗曲線である。
【図２３】固定層および自由層にＣｏ₅₀Ｎｉ₂₀Ｆｅ₃₀合金層を用いたスピンバルブ膜の構成例である。
【図２４】本発明の磁気積層体の構成例を示す図である。
【図２５】本発明のＣｒＭｎＰｔ／ＣｏおよびＣｒＭｎＰｔ／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀の構成を用いたスピンバルブ膜の磁気抵抗曲線を示す図である。
【図２６】本発明のＣｒＭｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ）／Ｃｏの構成を有する磁性積層体の交換結合磁界を示す図である。
【図２７】本発明の（Ｃｒ_XＭｎ_100-X)₉₂−Ｐｔ₈／Ｃｏ膜の交換結合磁界および保磁力の組成依存性を示す図である。
【図２８】本発明のＣｒＭｎＰｔ／Ｃｏ構造を用いたスピンバルブ膜のマイクロオージェ法による深さ方向組成分析結果を示す図である。
【図２９】本発明のスピンバルブ型磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子の感磁部の斜視図である。
【図３０】本発明の磁気ディスク装置の斜視図である。
【図３１】本発明の磁気記録再生装置の平面図である。
【図３２】本発明の負圧スライダーの斜視図である。
【図３３】本発明のインダクティブ型記録ヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１…非磁性金属層、２…強磁性体の第２磁性層、３…反強磁性層、７…硬質強磁性層、８…電極、１０…磁気抵抗効果膜、１１…強磁性層、１２…非磁性層、１３，１１２…軟磁性層、１４…下地膜、１５…高保磁力Ｃｏ合金膜、１６…軟磁性膜、１７…Ｃｏ膜、１８…分離膜、１９…高保磁力磁性膜、２１…磁気ディスク、２２…磁気ヘッド、２６…アクチュエータ、４０…電極端子、４１…磁区制御膜、４２…コイル、５０…基体、５１…下部ギャップ、５２…上部ギャップ、６０…磁界の感知方向、６１…素子高さ方向、６２…トラック幅方向、６３…対向面、６４…漏れ磁界、７１…一方向異方性の着磁方向、７２…電流の方向、７３…電流によって生じる磁界の方向、８１…上部シールド兼下部磁気コア、 ８２…下部シールド、８３…上部磁気コア、８４…下部磁性膜、８５…上部磁性膜、８６…上部シールド膜、８７…コイル、８８…磁気ギャップ、８９…非磁性絶縁体、９０…ヘッドスライダー、９１…ディスク、９２…アクチュエイター、９３…スピンドルモーター、９４…信号処理回路系、１１１，１１３…Ｃｏ層。

Claims (20)

1. 強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁性積層体であって、
   前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部が、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )であり、
   前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁性積層体。
2. 強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気センサであって、
   前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部が、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )であり、
   前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁気センサ。
3. 強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気記録媒体であって、
   前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部が、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )であり、
   前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合
   金である磁気記録媒体。
4. 信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、
   前記磁気ヘッドは強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気センサであって、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部が、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )であり、
   前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金であることを特徴とする磁気記録再生装置。
5. 信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、
   前記ディスクは強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含み、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体の少なくとも一部が、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )であり、
   前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金であることを特徴とする磁気記録再生装置。
6. 非磁性金属層によって仕切られた強磁性体の第１及び第２磁性層と該磁性層のいずれかに接して設けられた反強磁性層とを有し、印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第１磁性層の磁化方向が、前記第２磁性層の磁化方向に対し直交する方向である磁気センサであって、
   前記磁気センサに電流を生じさせる手段と、
   前記磁気センサによって検知される磁界の関数として、前記磁性層の各々の層の磁化の回転の差によって生じる上記磁気センサの電気抵抗変化を検知する手段とを有し、
   前記第１及び第２磁性層がＣｏ又はＣｏ合金であり、前記反強磁性層が、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )であることを特徴とする磁気センサ。
7. 前記磁気センサが、軟磁性層／非磁性層／強磁性層／反強磁性層の構成を有し、外部の磁界に応じて前記軟磁性層の磁化が回転し、前記強磁性層の磁化との相対角度が変わって磁気抵抗効果作用を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気記録再生装置。
8. 前記磁気センサが、磁気抵抗効果を生じる能動領域と、能動領域に隣接して、能動領域にバイアス磁界を印加するバイアス膜を有し、前記バイアス膜がＣｏもしくはＣｏ合金と直接密着する体心立方構造を基本構造とするＣｒ合金反強磁性膜を有することを特徴とする請求項４、７のいずれかに記載の磁気記録再生装置。
9. 強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁性積層体であって、
   前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体は、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )膜が熱処理されたものであり、
   前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁性積層体。
10. 強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気センサであって、
    前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体は、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )膜が熱処理されたものであり、
    前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁気センサ。
11. 強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気記録媒体であって、
    前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体は、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )膜が熱処理されたものであり、
    前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金である磁気記録媒体。
12. 信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、
    前記磁気ヘッドは強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含む磁気センサであって、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体は、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )膜が熱処理されたものであり、
    前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金であることを特徴とする磁気記録再生装置。
13. 信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体を有するディスクと、前記ディスクに摺動面を近接して、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁気記録再生装置において、
    前記ディスクは強磁性体と、強磁性体に密着する反強磁性体とを含み、前記強磁性体に一方向異方性を発現させる前記反強磁性体は、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及 びＲｅ )膜が熱処理されたものであり、
    前記強磁性体の前記反強磁性体に密着する部分の少なくとも一部がＣｏもしくはＣｏ合金であることを特徴とする磁気記録再生装置。
14. 非磁性金属層によって仕切られた強磁性体の第１及び第２磁性層と該磁性層のいずれかに接して設けられた反強磁性層とを有し、印加磁界がゼロである場合に前記強磁性体の第１磁性層の磁化方向が、前記第２磁性層の磁化方向に対し直交する方向である磁気センサであって、
    前記磁気センサに電流を生じさせる手段と、
    前記磁気センサによって検知される磁界の関数として、前記磁性層の各々の層の磁化の回転の差によって生じる上記磁気センサの電気抵抗変化を検知する手段とを有し、
    前記第１及び第２磁性層がＣｏ又はＣｏ合金であり、前記反強磁性体は、（ Cr _m Mn _1-m ） -X _n 合金 (0.3 ≦ m ≦ 0.7 、 0.001 ≦ n ≦ 0.3 、 X= Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ及びＲｅ )膜が熱処理されたものであることを特徴とする磁気センサ。
15. 前記Ｃｒ−Ｍｎ合金のＣｒの組成比率は、３０から５０％であることを特徴とする請求項１または９記載の積層体
16. 前記Ｃｒ−Ｍｎ合金のＣｒの組成比率は、３０から５０％であることを特徴とする請求項２または１０記載の磁気センサ。
17. 前記Ｃｒ−Ｍｎ合金のＣｒの組成比率は、３０から５０％であることを特徴とする請求項３または１１記載の磁気記録媒体。
18. 前記Ｃｒ−Ｍｎ合金のＣｒの組成比率は、３０から５０％であることを特徴とする請求項４、７、８または１２のいずれかに記載の磁気記録再生装置。
19. 前記Ｃｒ−Ｍｎ合金のＣｒの組成比率は、３０から５０％であることを特徴とする請求項５または１３に記載の磁気記録再生装置。
20. 前記Ｃｒ−Ｍｎ合金のＣｒの組成比率は、３０から５０％であることを特徴とする請求項６または１４に記載の磁気センサ。

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