JP4414548B2

JP4414548B2 - Exchange coupling film and magnetoresistance effect element

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Publication number: JP4414548B2
Application number: JP2000063007A
Authority: JP
Inventors: 恵一長坂; 厚志田中; 和明深道; 義近大谷; 島田　　寛; 北上　　修; 明根本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: JP2001250720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強磁性層と、この強磁性層に重ね合わせられる反強磁性層とを備える交換結合膜に関する。こういった交換結合膜は、例えばハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）に採用されるスピンバルブ巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）ヘッドといった磁気抵抗効果素子に広く用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
例えばスピンバルブＧＭＲヘッドでは、非磁性層すなわち中間層を間に挟んで自由側強磁性層（ｆｒｅｅｌａｙｅｒ）と固定側強磁性層とが相互に重ね合わせられる。自由側強磁性層の磁化方向は、磁気ディスクといった磁気記録媒体から伝わる外部信号磁界に応じて変化することができる。その一方で、固定側強磁性層の磁化方向は一方向に固定される。この磁化方向の固定にあたって、固定側強磁性層（ｐｉｎｎｅｄｌａｙｅｒ）には反強磁性層（ｐｉｎｎｉｎｇｌａｙｅｒ）が重ね合わせられる。こういったスピンバルブＧＭＲヘッドでは、自由側強磁性層と固定側強磁性層との間で生じる磁化方向の相対角に応じて電気抵抗値は変化する。こうした電気抵抗値の変化を利用して磁気記録媒体の磁気情報は読み出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スピンバルブＧＭＲヘッドでは、固定側強磁性層と反強磁性層との間に十分な交換結合磁界が確保されなければならない。磁気記録媒体から伝わる外部信号磁界に比べて交換結合磁界が弱いと、磁気情報を読み出すにあたって固定側強磁性層の磁化方向が変化してしまい、正確な磁気情報が読み取られることはできなくなってしまう。十分な交換結合磁界の確保にあたっては、反強磁性層の膜厚の増大や固定側強磁性層の膜厚の縮小が図られてもよい。しかしながら、反強磁性層の膜厚が増大すると、ギャップ長が増大する結果、記録トラックの長さ方向に再生分解能は劣化してしまう。記録密度の向上に対応することはできない。その一方で、固定側強磁性層の膜厚の減少は電気抵抗値の変化量の減少を招く。したがって、外部信号磁界に対する感度は低下してしまう。
【０００４】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、膜厚の増大や磁界感度の低下を引き起こすことなく十分な交換結合磁界を確保することができる交換結合膜を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１発明によれば、強磁性層と、所定の最大反強磁性磁区寸法よりも小さく形成されて、強磁性層に重ね合わせられる反強磁性層とを備えることを特徴とする交換結合膜が提供される。
【０００６】
本発明者らは、所定の最大反強磁性磁区寸法よりも小さな反強磁性層が交換結合磁界の増大に大いに貢献することを確認した。すなわち、こうした交換結合膜によれば、極めて大きな交換結合磁界を確保するにあたって、反強磁性層の膜厚を増大させたり強磁性層の膜厚を減少させたりする必要はない。
【０００７】
前述の最大反強磁性磁区寸法は例えばランダムフィールドモデルに基づき算出されればよい。このランダムフィールドモデルによれば、いわゆる磁区寸法は、円柱状反強磁性磁区の直径として算出される。こうした算出にあたっては、強磁性層の飽和磁化Ｍ_Ｆや膜厚ｔ_Ｆのほか、反強磁性層の一軸磁気異方性定数（エネルギ）Ｋや交換スティフネス定数Ａ、臨界膜厚ｔ_Ａ、交換結合磁界Ｈexの大きさが用いられればよい。ここで、反強磁性層の臨界膜厚ｔ_Ａは、交換結合磁界を発現させる反強磁性層の最小膜厚によって特定されることができる。
【０００８】
また、第２発明によれば、自由側強磁性層と、非磁性層を間に挟んで自由側強磁性層に重ね合わせられる固定側強磁性層と、所定の最大反強磁性磁区寸法よりも小さく形成されて、強磁性層に重ね合わせられる反強磁性層とを備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【０００９】
こうした磁気抵抗効果素子によれば、前述と同様に、固定側強磁性層と反強磁性層との間に極めて大きな交換結合磁界が確保される。固定側強磁性層の磁化方向は強固に固定されることができる。磁気ディスクといった磁気記録媒体から外部信号磁界が作用しても、固定側強磁性層の磁化方向は一方向に確実に維持されることができる。磁気記録媒体の磁気情報は確実に読み取られることができる。しかも、こうした大きな交換結合磁界を確保するにあたって、反強磁性層の膜厚を増大させたり固定側強磁性層の膜厚を減少させたりする必要はない。したがって、ギャップ長の増大に起因する再生分解能の劣化や、電気抵抗値の変化量の減少に起因する再生感度の低下は引き起こされない。
【００１０】
このような磁気抵抗効果素子では、反強磁性層は、少なくともトラック幅方向に前記最大反強磁性磁区寸法よりも小さく規定されればよい。加えて、固定側強磁性層と反強磁性層とは同一の寸法に揃えられてもよい。こういった磁気抵抗効果素子は、例えばハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）や磁気テープ駆動装置といった磁気記録媒体駆動装置に採用されることができる。
【００１１】
さらに、第３発明によれば、ヘッドスライダと、ヘッドスライダ上に形成される自由側強磁性層と、ヘッドスライダ上で非磁性層を間に挟んで自由側強磁性層に重ね合わせられる固定側強磁性層と、所定の最大反強磁性磁区寸法よりも小さく形成されて、ヘッドスライダ上で強磁性層に重ね合わせられる反強磁性層と、ヘッドスライダを支持する弾性サスペンションとを備えることを特徴とする磁気ヘッドアセンブリが提供される。
【００１２】
こうした磁気ヘッドアセンブリによれば、前述と同様に、固定側強磁性層と反強磁性層との間に極めて大きな交換結合磁界が確保される。磁気ディスクといった磁気記録媒体から外部信号磁界が作用しても、固定側強磁性層の磁化方向は一方向に確実に維持されることができる。しかも、前述と同様に、ギャップ長の増大に起因する再生分解能の劣化や、電気抵抗値の変化量の減少に起因する再生感度の低下は引き起こされない。
【００１３】
このような磁気ヘッドアセンブリでは、反強磁性層は、少なくともトラック幅方向に前記最大反強磁性磁区寸法よりも小さく規定されればよい。加えて、固定側強磁性層と反強磁性層とは同一の寸法に揃えられてもよい。こういった磁気ヘッドアセンブリは、例えばハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった磁気ディスク駆動装置に組み込まれて使用されることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１５】
図１は磁気記録媒体駆動装置の一具体例としてのハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）１０の内部構造を示す。このＨＤＤ１０のハウジング１１には、スピンドルモータ１２に装着される磁気ディスク１３と、支軸１４回りで揺動するキャリッジアーム１５とが収容される。スピンドルモータ１２は回転軸回りで磁気ディスク１３を駆動する。キャリッジアーム１５の揺動は、例えば磁気回路から構成されるアクチュエータ１６の働きによって実現されることができる。ハウジング１１の開口は、ハウジング１１との間に密閉された収容空間を形成するカバー（図示せず）によって閉鎖される。
【００１６】
キャリッジアーム１５の先端には磁気ヘッドアセンブリ１７が支持される。この磁気ヘッドアセンブリ１７は、例えば図２に示されるように、キャリッジアーム１５の先端に固定される剛体のフレーム１８と、このフレーム１８に片持ち支持される弾性サスペンション１９とを備える。弾性サスペンション１９の先端には、磁気ディスク１３の表面に対向するヘッドスライダ２１が固着される。弾性サスペンション１９によれば、ヘッドスライダ２１は磁気ディスク１３の表面に対して押し付けられることができる。
【００１７】
ヘッドスライダ２１には、後述されるように、磁気ディスク１３に磁気情報を書き込んだり磁気ディスク１３から磁気情報を読み取ったりする磁気記録再生ヘッド（図示せず）が搭載される。図１から明らかなように、キャリッジアーム１５が揺動すると、ヘッドスライダ２１は、磁気ディスク１３の半径方向に移動して磁気ディスク１３上の記録トラックを横切ることができる。こうしたヘッドスライダ２１の移動によれば、磁気ディスク１３に対する情報の書き込みや読み出しにあたって磁気記録再生ヘッドは目標の記録トラック上に位置決めされることができる。
【００１８】
ヘッドスライダ２１は、媒体対向面すなわち浮上面２２で磁気ディスク１３に対向するスライダ本体２３を備える。浮上面２２には、磁気ディスク１３の回転時に磁気ディスク１３の表面に沿って生成される気流の上流側すなわち空気流入側で１筋のフロントレール２４が形成される。このフロントレール２４は、スライダ本体２３の空気流入端に沿ってスライダ幅方向に延びる。同様に、浮上面２２には気流の下流側すなわち空気流出側で１対のリアレール２５ａ、２５ｂが形成される。リアレール２５ａ、２５ｂは、気流の流通路２６を間に挟んでスライダ幅方向に配列される。
【００１９】
フロントレール２４の頂上面には、スライダ幅方向に延びる１筋の前方空気軸受け面２７が規定される。前方空気軸受け面２７の空気流入端ではフロントレール２４の頂上面に段差２８が形成される。この段差２８は、例えば図３から明らかなように、空気流出端を除く前方空気軸受け面２７の周囲に満遍なく形成されてもよい。こうして段差２８が形成されると、フロントレール２４の頂上面には、前方空気軸受け面２７よりも低いレベルで広がる低レベル面２９が規定される。磁気ディスク１３の回転時、磁気ディスク１３の表面に沿って生成される気流は低レベル面２９から段差２８を伝って前方空気軸受け面２７に導かれる。段差２８の働きを通じて前方空気軸受け面２７では大きな正圧すなわち浮力が生成される。
【００２０】
２つのリアレール２５ａ、２５ｂの頂上面には、気流の流通路２６を間に挟んでスライダ幅方向に配列される第１および第２後方空気軸受け面３１ａ、３１ｂがそれぞれ規定される。第１後方空気軸受け面３１ａの空気流入端ではリアレール２５ａの頂上面に段差３２が形成される。同様に、第２後方空気軸受け面３１ｂの空気流入端ではリアレール２５ｂの頂上面に段差３３が形成される。段差３３は、図３に示されるように、第２後方空気軸受け面３１ｂの周囲に沿って空気流出端に向かって延びてもよい。こうして段差３２、３３が形成されると、２つのリアレール２５ａ、２５ｂの頂上面には、第１および第２後方空気軸受け面３１ａ、３１ｂよりも低いレベルでそれぞれ広がる低レベル面３４、３５が規定される。磁気ディスク１３の回転時、磁気ディスク１３の表面に沿って生成される気流は低レベル面３４、３５から段差３２、３３を伝って第１および第２後方空気軸受け面３１ａ、３１ｂに導かれる。段差３２、３３の働きを通じて第１および第２後方空気軸受け面３１ａ、３１ｂでは大きな正圧すなわち浮力が生成される。
【００２１】
このヘッドスライダ２１では、２つの後方空気軸受け面３１ａ、３１ｂに比べて前方空気軸受け面２７で大きな正圧すなわち浮力が生成される。したがって、スライダ本体２３が磁気ディスク１３の表面から浮上すると、スライダ本体２３はピッチ角αの傾斜姿勢で維持されることができる。ここで、ピッチ角αとは、気流の流れ方向に沿ったスライダ前後方向の傾斜角をいう。しかも、第１後方空気軸受け面３１ａは第２後方空気軸受け面３１ｂに比べて小さく形成される。したがって、スライダ本体２３の浮上面２２に気流が作用すると、第１後方空気軸受け面３１ａに比べて第２後方空気軸受け面３１ｂに大きな浮力が生成される。スライダ本体２３が磁気ディスク１３の表面から浮上すると、スライダ本体２３はロール角βの傾斜姿勢で維持されることができる。ここで、ロール角βとは、気流の流れ方向に直交するスライダ幅方向の傾斜角をいう。
【００２２】
こうして小さく形成された第１後方気軸受け面３１ａでは、スライダ本体２３に埋め込まれた磁気記録再生ヘッド３８が露出する。こうした磁気記録再生ヘッド３８は、一般に、Ａｌ₂ Ｏ₃（アルミナ）膜に埋め込まれる。すなわち、スライダ本体２３は、例えばＡｌ₂ Ｏ₃−ＴｉＣ（アルチック）製本体と、このアルチック製本体の空気流出端に積層されるＡｌ₂ Ｏ₃膜とを備えればよい。前述のピッチ角αおよびロール角βの働きによれば、磁気記録再生ヘッド３８付近でスライダ本体２３と磁気ディスク１３の表面との距離は最も小さくなる。したがって、磁気記録再生ヘッド３８は、効率的に磁気情報を磁気ディスク１３に書き込んだり、効率的に磁気情報を磁気ディスク１３から読み出したりすることができる。
【００２３】
フロントレール２４のスライダ幅方向両端には、空気流出端に向かって延びる１対のサイドレール４１が接続される。こうしたサイドレール４１によれば、磁気ディスク１３の回転時にフロントレール２４に正面から衝突する気流はフロントレール２４のスライダ幅方向両端を回り込んでフロントレール２４の背後に入り込むことはできない。したがって、第１空気軸受け面２７に沿ってフロントレール２４を通過する気流は容易にディスク面鉛直方向に広がることができる。こうした気流の急激な広がりに基づき負圧は生成される。この負圧が前述の浮力にバランスすると、スライダ本体２３の浮上量は規定される。１対のサイドレール４１と１対のリアレール２５ａ、２５ｂとの間には、フロントレール２４をスライダ幅方向両側から迂回する気流を流通路２６に導く間隙４２が形成されてもよい。
【００２４】
図４に示されるように、磁気記録再生ヘッド３８は、書き込みギャップ４４を浮上面２２に臨ませる書き込み用の薄膜磁気ヘッド素子４５を備える。書き込みギャップ４４は、上部磁極層４６の先端４６ａと、この上部磁極層４６との間に絶縁層４７、４８を挟み込む下部磁極層４９の先端とで形成される。図５を併せて参照すると明らかなように、絶縁層４７、４８には渦巻き状の導体コイルパターン５０が埋め込まれる。導体コイルパターン５０の中央端には第１引き出しパターン５１が接続され、同様に導体コイルパターン５０の外端には第２引き出しパターン５２が接続される。第１および第２引き出しパターン５１、５２を用いて導体コイルパターン５０に電流が供給されると、導体コイルパターン５０の中心を貫通する上部磁極層４６の後端４６ｂに磁力線が生成され、この磁力線が上部磁極層４６および下部磁極層４９を循環することとなる。循環する磁力線が書き込みギャップ４４に磁界を生じさせる。書き込みギャップ４４では、ギャップ層５３を迂回して浮上面２２から漏れる磁界によって磁気ディスク１３に磁気情報は記録される。上部磁極層４６や下部磁極層４９は例えばＮｉＦｅから構成されればよい。
【００２５】
図５から明らかなように、下部磁極層４９が兼ねる上部シールド層と、ＦｅＮやＮｉＦｅの下部シールド層５４との間には、Ａｌ₂ Ｏ₃層５５に埋め込まれて先端を浮上面２２に臨ませる読み取り用の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子５６が挟み込まれる。このＧＭＲ素子５６は、例えば図６に示されるように、Ａｌ₂ Ｏ₃層５５の基準面５６に沿って広がるスピンバルブ膜５７を備える。このスピンバルブ膜５７には、基準面５６に交差する区画面で仕切られた１対の端面５８ａ、５８ｂが形成される。これらの端面５８ａ、５８ｂは基準面５６に対してテーパ角θで傾斜する。こうして傾斜した端面５８ａ、５８ｂに沿って磁区制御ハード層５９は形成される。磁区制御ハード層５９の先端５９ａはスピンバルブ膜５７の膜表面５７ａに到達する。各磁区制御ハード層５９には引き出し導体層６０が接続される。
【００２６】
スピンバルブ膜５７は、基準面５６に積層される自由側強磁性層６１と、この自由側強磁性層６１に積層される非磁性中間層６２とを備える。非磁性中間層６２には本発明に係る交換結合膜６３が積層される。この交換結合膜６３は、非磁性中間層６２に重ね合わせられる固定側強磁性層６４と、この固定側強磁性層６４に重ね合わせられる反強磁性層６５とを備える。反強磁性層６５は、交換結合の働きを利用して一方向に固定側強磁性層６４の磁化方向を固定する。その一方で、自由側強磁性層６１の磁化方向は、磁気ディスク１３から伝わる外部信号磁界に応じて回転する。こうして自由側強磁性層６１と固定側強磁性層６４との間で生じる磁化方向の相対角に応じてスピンバルブ膜５７の電気抵抗値は変化する。引き出し導体層６０を通じてスピンバルブ膜５７にセンス電流が供給されると、こうした電気抵抗値の変化に応じて、引き出し導体層６０に現れるセンス電流のレベルに変化が引き起こされる。このレベルの変化によって磁気情報は読み取られる。
【００２７】
固定側強磁性層６４の表面に沿った反強磁性層６５の広がりは最大安定反強磁性磁区寸法よりも小さく形成される。こうした微小な反強磁性層６５によれば、後述されるように、極めて大きな交換結合磁界は確保されることができる。固定側強磁性層６４の磁化方向は強固に固定されることができる。磁気ディスク１３から外部信号磁界が作用しても、固定側強磁性層６４の磁化方向は一方向に確実に維持されることができる。しかも、こうした大きな交換結合磁界を確保するにあたって、反強磁性層６５の膜厚を増大させたり固定側強磁性層６４の膜厚を減少させたりする必要はない。
【００２８】
最大安定反強磁性磁区寸法は、反強磁性層６５の組成や膜厚に応じて一義的に決定されることができる。例えば、ＮｉＯ製の反強磁性層６５の膜厚ｔ_A が１００［ｎｍ］に設定されると、最大安定反強磁性磁区寸法は約０．６４［μｍ］に特定されることができる。反強磁性層６５の広がりは、例えば、こうして特定される最大安定反強磁性磁区寸法に等しい直径で描き出される円に完全に収められればよい。
【００２９】
ここで、最大安定反強磁性磁区寸法の算出方法を簡単に説明する。この算出にあたって、例えばランダムフィールドモデル（例えばＡ．Ｐ．Ｍａｌｏｚｅｍｏｆｆ著「Heisenberg to Ising crossover in a random field model with uniaxial anisotropy」ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢＶｏｌ．３７７３７３１９８８年）が用いられる。このランダムフィールドモデルによれば、いわゆる磁区寸法は円柱状反強磁性磁区の直径として算出されることができる。すなわち、最大安定反強磁性磁区寸法Ｌ［ｃｍ］は、強磁性層および反強磁性層の間で界面の乱れを示す指標ｆ_i のほか、そういった界面の乱れに応じて生じるランダムフィールドの強度η、反強磁性磁壁の形態を示す指標Ｓ、交換結合磁界が発現する反強磁性層の最小膜厚すなわち臨界膜厚ｔ_A ［ｃｍ］に基づき、
【数１】

に従って算出されることができる。
【００３０】
このとき、前述の論文に示されるように、交換結合磁界が発生する反強磁性層の臨界膜厚ｔ_A では、ランダムフィールドの強度はおおよそη＝２を示す。しかも、交換結合磁界Ｈexや、界面の乱れを示す指標ｆ_i は、強磁性層の飽和磁化Ｍ_F や膜厚ｔ_F のほか、反強磁性層の一軸磁気異方性定数（エネルギ）Ｋや交換スティフネス定数Ａに基づき、以下の通りに表現されることができる。
【００３１】
【数２】

【数３】

これら３式［数１］〜［数３］に基づけば、最大安定反強磁性磁区寸法Ｌは、
【数４】

に基づき導き出されることができる。
【００３２】
次に交換結合膜６３の特性を考察する。この考察にあたって、例えば図７に示されるように、シリコンウェハー上にＮｉＯ／ＮｉＦｅ交換結合膜の微細パターン６６が形成された。こうした微細パターン６６によれば、線幅Ｗ［μｍ］の第１細線６７と線幅０．５［μｍ］の第２細線６８との交差点に、Ｗ［μｍ］×０．５［μｍ］の寸法で区画される微小なＮｉＯ／ＮｉＦｅ交換結合膜６９が得られる。ここでは、Ｗ＝０．２［μｍ］、０．３［μｍ］、０．４［μｍ］の３通りの微細パターン６６が用意された。
【００３３】
こうした微細パターン６６を形成するにあたって、シリコンウェハーの表面には、膜厚１００［ｎｍ］のＮｉＯ反強磁性層と、膜厚２０［ｎｍ］のＮｉＦｅ強磁性層とが相次いで成膜される。この成膜には例えばスパッタリングが用いられればよい。その後、こうして成膜されたＮｉＯ／ＮｉＦ交換結合膜の表面にフォトレジストで微細パターン６６のパターニングが施される。例えばイオンミルを用いてフォトレジスト膜の周囲でＮｉＯ／ＮｉＦ交換結合膜が削り取られる結果、前述の微細パターン６６は形成される。
【００３４】
その他、微細パターン６６の形成には、こういったパターニング法に代えていわゆるリフトオフが用いられてもよい。このリフトオフでは、シリコンウェハーの表面で微細パターンを囲むフォトレジスト膜が形成される。続いて、シリコンウェハーの表面には、膜厚１００［ｎｍ］のＮｉＯ反強磁性層と、膜厚２０［ｎｍ］のＮｉＦｅ強磁性層とが相次いで成膜される。その後、フォトレジストが除去されると、フォトレジスト上のＮｉＯ反強磁性層やＮｉＦｅ強磁性層は剥ぎ落とされる。その結果、ＮｉＯ／ＮｉＦｅ交換結合膜の微細パターン６６は形成されることができる。
【００３５】
こうして得られる微細パターン６６に規定される微小なＮｉＯ／ＮｉＦｅ交換結合膜６９で、外部印加磁場に対する電気抵抗特性は測定された。この測定には直流四端子法が用いられた。第１細線６７は電流端子に用いられ、第２細線６８は電圧端子に用いられた。測定にあたってＮｉＯ／ＮｉＦｅ交換結合膜６９は極低温環境（環境温度５Ｋ）下に置かれた。こうした極低温環境によれば、電気抵抗特性の測定時に熱雑音の影響は低減されることができる。測定された電気抵抗特性に基づき交換結合磁界Ｈexは算出された。
【００３６】
図８には第１細線６７の線幅Ｗと交換結合磁界Ｈexとの関係が示される。ＮｉＯ反強磁性層の最大安定反強磁性磁区寸法（Ｌ＝０．６４［μｍ］）を境に、線幅Ｗが小さくなればなるほど交換結合磁界Ｈexは増大することが明らかとされた。線幅Ｗが最大安定反強磁性磁区寸法を超えると、８．３６［ｋＡ／ｍ］程度の交換結合磁界Ｈexが維持されることが確認された。
【００３７】
なお、以上のような巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子５６は、必ずしも前述の薄膜磁気ヘッド素子４５とともに使用される必要はない。また、本発明に係るＧＭＲ素子５６は、前述されたハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）１０に採用されることができるだけでなく、その他の同等な磁気情報読み取り装置に採用されてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、膜厚の増大や磁界感度の低下を引き起こすことなく反強磁性層と強磁性層との間に十分な交換結合磁界を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の内部構造を概略的に示す平面図である。
【図２】磁気ヘッドアセンブリの構造を概略的に示す平面図である。
【図３】ヘッドスライダの一具体例を示す拡大斜視図である。
【図４】磁気記録再生ヘッド（特に薄膜磁気ヘッド素子）の構造を概略的に示す拡大平面図である。
【図５】図４の５−５線に沿った一部断面図である。
【図６】浮上面に沿った巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子の端面図である。
【図７】シリコンウェハー上に形成されたＮｉＯ／ＮｉＦｅ交換結合膜の微細パターンを概略的に示す拡大平面図である。
【図８】第１細線の幅と交換結合磁界との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０磁気記録媒体駆動装置としてのハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）、１７磁気ヘッドアセンブリ、１９弾性サスペンション、２１ヘッドスライダ、５６磁気抵抗効果素子としての巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子、６１自由側強磁性層、６３交換結合膜、６４強磁性層としての固定側強磁性層、６５反強磁性層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exchange coupling film including a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer superimposed on the ferromagnetic layer. Such an exchange coupling film is widely used in magnetoresistive elements such as a spin valve giant magnetoresistive effect (GMR) head employed in a hard disk drive (HDD), for example.
[0002]
[Prior art]
For example, in a spin valve GMR head, a free-side ferromagnetic layer and a fixed-side ferromagnetic layer are superposed on each other with a nonmagnetic layer, that is, an intermediate layer interposed therebetween. The magnetization direction of the free ferromagnetic layer can be changed according to an external signal magnetic field transmitted from a magnetic recording medium such as a magnetic disk. On the other hand, the magnetization direction of the fixed ferromagnetic layer is fixed in one direction. In fixing the magnetization direction, an antiferromagnetic layer (pinning layer) is overlaid on the fixed side ferromagnetic layer (pinned layer). In such a spin valve GMR head, the electric resistance value changes according to the relative angle of the magnetization direction generated between the free-side ferromagnetic layer and the fixed-side ferromagnetic layer. The magnetic information of the magnetic recording medium is read using such a change in electrical resistance value.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the spin valve GMR head, a sufficient exchange coupling magnetic field must be secured between the fixed-side ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer. If the exchange coupling magnetic field is weaker than the external signal magnetic field transmitted from the magnetic recording medium, the magnetization direction of the fixed-side ferromagnetic layer changes when reading magnetic information, and accurate magnetic information cannot be read. . In securing a sufficient exchange coupling magnetic field, the film thickness of the antiferromagnetic layer may be increased or the film thickness of the fixed ferromagnetic layer may be reduced. However, when the film thickness of the antiferromagnetic layer increases, the gap length increases, so that the reproduction resolution deteriorates in the length direction of the recording track. It cannot cope with the improvement in recording density. On the other hand, a decrease in the film thickness of the fixed-side ferromagnetic layer causes a decrease in the amount of change in the electrical resistance value. Therefore, the sensitivity to the external signal magnetic field is reduced.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an exchange coupling film capable of ensuring a sufficient exchange coupling magnetic field without causing an increase in film thickness or a decrease in magnetic field sensitivity.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer formed smaller than a predetermined maximum antiferromagnetic domain size and superimposed on the ferromagnetic layer are provided. An exchange coupling membrane is provided.
[0006]
The present inventors have found that a small antiferromagnetic layer than a predetermined maximum antiferromagnetic magnetic domain size was confirmed to contribute greatly to the increase in the exchange coupling field. That is, according to such an exchange coupling film, it is not necessary to increase the film thickness of the antiferromagnetic layer or decrease the film thickness of the ferromagnetic layer in order to secure an extremely large exchange coupling magnetic field.
[0007]
The aforementioned maximum antiferromagnetic domain size may be calculated based on, for example, a random field model. According to this random field model, the so-called magnetic domain dimension is calculated as the diameter of the cylindrical antiferromagnetic domain. Is hit in such calculation, in addition to the saturation magnetization M _F and the film thickness t _F of the ferromagnetic layer, uniaxial anisotropy constant of the antiferromagnetic layer (energy) K and exchange stiffness constant A, the critical thickness t _A, The magnitude of the exchange coupling magnetic field Hex may be used. Here, the critical film thickness t _A of the antiferromagnetic layer can be specified by the minimum film thickness of the antiferromagnetic layer that develops an exchange coupling magnetic field.
[0008]
Further, according to the second invention, the free-side ferromagnetic layer, the fixed-side ferromagnetic layer sandwiched between the non-magnetic layers and the free-side ferromagnetic layer, and a predetermined maximum antiferromagnetic domain size There is provided a magnetoresistive effect element comprising an antiferromagnetic layer formed to be small and superimposed on a ferromagnetic layer.
[0009]
According to such a magnetoresistive effect element, an extremely large exchange coupling magnetic field is secured between the fixed-side ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, as described above. The magnetization direction of the fixed-side ferromagnetic layer can be firmly fixed. Even if an external signal magnetic field acts from a magnetic recording medium such as a magnetic disk, the magnetization direction of the fixed-side ferromagnetic layer can be reliably maintained in one direction. Magnetic information on the magnetic recording medium can be reliably read. In addition, in order to secure such a large exchange coupling magnetic field, it is not necessary to increase the thickness of the antiferromagnetic layer or decrease the thickness of the fixed-side ferromagnetic layer. Therefore, the deterioration of the reproduction resolution due to the increase in the gap length and the decrease in the reproduction sensitivity due to the decrease in the change amount of the electric resistance value are not caused.
[0010]
In such a magnetoresistive effect element, the antiferromagnetic layer may be defined to be smaller than the maximum antiferromagnetic domain size in at least the track width direction. In addition, the fixed-side ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer may be aligned to the same size. Such a magnetoresistive element can be employed in a magnetic recording medium driving device such as a hard disk drive (HDD) or a magnetic tape drive.
[0011]
Further, according to the third invention, the head slider, the free-side ferromagnetic layer formed on the head-slider, and the fixed side that is superimposed on the free-side ferromagnetic layer on the head slider with the nonmagnetic layer interposed therebetween A ferromagnetic layer, an antiferromagnetic layer formed smaller than a predetermined maximum antiferromagnetic domain size and superimposed on the ferromagnetic layer on the head slider, and an elastic suspension for supporting the head slider are provided. A magnetic head assembly is provided.
[0012]
According to such a magnetic head assembly, as described above, an extremely large exchange coupling magnetic field is secured between the fixed-side ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer. Even if an external signal magnetic field acts from a magnetic recording medium such as a magnetic disk, the magnetization direction of the fixed-side ferromagnetic layer can be reliably maintained in one direction. In addition, as described above, the reproduction resolution is not deteriorated due to the increase in the gap length, and the reproduction sensitivity is not lowered due to the decrease in the change amount of the electric resistance value.
[0013]
In such a magnetic head assembly, the antiferromagnetic layer may be defined to be smaller than the maximum antiferromagnetic domain size at least in the track width direction. In addition, the fixed-side ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer may be aligned to the same size. Such a magnetic head assembly can be used by being incorporated in a magnetic disk drive such as a hard disk drive (HDD).
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 shows an internal structure of a hard disk drive (HDD) 10 as a specific example of a magnetic recording medium drive. A housing 11 of the HDD 10 accommodates a magnetic disk 13 mounted on the spindle motor 12 and a carriage arm 15 that swings around the support shaft 14. The spindle motor 12 drives the magnetic disk 13 around the rotation axis. The swing of the carriage arm 15 can be realized by the action of an actuator 16 composed of a magnetic circuit, for example. The opening of the housing 11 is closed by a cover (not shown) that forms a sealed accommodation space with the housing 11.
[0016]
A magnetic head assembly 17 is supported at the tip of the carriage arm 15. For example, as shown in FIG. 2, the magnetic head assembly 17 includes a rigid frame 18 that is fixed to the tip of the carriage arm 15, and an elastic suspension 19 that is cantilevered by the frame 18. A head slider 21 facing the surface of the magnetic disk 13 is fixed to the tip of the elastic suspension 19. According to the elastic suspension 19, the head slider 21 can be pressed against the surface of the magnetic disk 13.
[0017]
As will be described later, a magnetic recording / reproducing head (not shown) for writing magnetic information on the magnetic disk 13 and reading magnetic information from the magnetic disk 13 is mounted on the head slider 21. As apparent from FIG. 1, when the carriage arm 15 swings, the head slider 21 can move in the radial direction of the magnetic disk 13 and cross the recording track on the magnetic disk 13. Such movement of the head slider 21 allows the magnetic recording / reproducing head to be positioned on the target recording track when information is written to or read from the magnetic disk 13.
[0018]
The head slider 21 includes a slider body 23 that faces the magnetic disk 13 at the medium facing surface, that is, the air bearing surface 22. A single front rail 24 is formed on the air bearing surface 22 on the upstream side of the airflow generated along the surface of the magnetic disk 13 when the magnetic disk 13 rotates, that is, on the air inflow side. The front rail 24 extends in the slider width direction along the air inflow end of the slider body 23. Similarly, a pair of

rear rails

25a and 25b are formed on the air bearing surface 22 on the downstream side of the air flow, that is, on the air outflow side. The

rear rails

25a and 25b are arranged in the slider width direction with the airflow passage 26 interposed therebetween.
[0019]
A single front air bearing surface 27 extending in the slider width direction is defined on the top surface of the front rail 24. A step 28 is formed on the top surface of the front rail 24 at the air inflow end of the front air bearing surface 27. For example, as shown in FIG. 3 , the step 28 may be uniformly formed around the front air bearing surface 27 excluding the air outflow end. When the step 28 is thus formed, a low level surface 29 that spreads at a lower level than the front air bearing surface 27 is defined on the top surface of the front rail 24. When the magnetic disk 13 rotates, the air flow generated along the surface of the magnetic disk 13 is guided from the low level surface 29 to the front air bearing surface 27 through the step 28. A large positive pressure, that is, buoyancy is generated at the front air bearing surface 27 through the action of the step 28.
[0020]
First and second rear air bearing surfaces 31a and 31b arranged in the slider width direction are respectively defined on the top surfaces of the two

rear rails

25a and 25b with the airflow passage 26 interposed therebetween. A step 32 is formed on the top surface of the rear rail 25a at the air inflow end of the first rear air bearing surface 31a. Similarly, a step 33 is formed on the top surface of the rear rail 25b at the air inflow end of the second rear air bearing surface 31b. As shown in FIG. 3 , the step 33 may extend toward the air outflow end along the circumference of the second rear air bearing surface 31b. When the

steps

32 and 33 are thus formed, the top surfaces of the two

rear rails

25a and 25b are defined with low level surfaces 34 and 35 that expand at a lower level than the first and second rear air bearing surfaces 31a and 31b, respectively. Is done. When the magnetic disk 13 rotates, the airflow generated along the surface of the magnetic disk 13 is guided from the low level surfaces 34 and 35 to the first and second rear air bearing surfaces 31a and 31b through the

steps

32 and 33. A large positive pressure, that is, buoyancy is generated at the first and second rear air bearing surfaces 31a and 31b through the

steps

32 and 33.
[0021]
In the head slider 21, a larger positive pressure, that is, buoyancy is generated on the front air bearing surface 27 than on the two rear air bearing surfaces 31a and 31b. Therefore, when the slider main body 23 floats from the surface of the magnetic disk 13, the slider main body 23 can be maintained in an inclined posture with a pitch angle α. Here, the pitch angle α is an inclination angle in the front-rear direction of the slider along the airflow direction. Moreover, the first rear air bearing surface 31a is formed smaller than the second rear air bearing surface 31b. Therefore, when airflow acts on the air bearing surface 22 of the slider body 23, a greater buoyancy is generated on the second rear air bearing surface 31b than on the first rear air bearing surface 31a. When the slider body 23 floats from the surface of the magnetic disk 13, the slider body 23 can be maintained in an inclined posture with a roll angle β. Here, the roll angle β refers to an inclination angle in the slider width direction perpendicular to the airflow direction.
[0022]
In the first rear air bearing surface 31a thus formed small, the magnetic recording / reproducing head 38 embedded in the slider body 23 is exposed. Such a magnetic recording / reproducing head 38 is generally embedded in an Al ₂ O ₃ (alumina) film. That is, the slider main body 23 may include, for example, an Al ₂ O ₃ —TiC (Altic) main body and an Al ₂ O ₃ film laminated on the air outflow end of the Altic main body. According to the functions of the pitch angle α and the roll angle β described above, the distance between the slider body 23 and the surface of the magnetic disk 13 is the shortest near the magnetic recording / reproducing head 38. Therefore, the magnetic recording / reproducing head 38 can efficiently write magnetic information to the magnetic disk 13 and can efficiently read magnetic information from the magnetic disk 13.
[0023]
A pair of side rails 41 extending toward the air outflow end are connected to both ends of the front rail 24 in the slider width direction. According to such a side rail 41, an airflow that collides with the front rail 24 from the front when the magnetic disk 13 rotates cannot wrap around both ends of the front rail 24 in the slider width direction and enter the back of the front rail 24. Therefore, the airflow passing through the front rail 24 along the first air bearing surface 27 can easily spread in the vertical direction of the disk surface. Negative pressure is generated based on the rapid spread of the airflow. When this negative pressure is balanced with the above-described buoyancy, the flying height of the slider body 23 is defined. Between the pair of side rails 41 and the pair of

rear rails

25a and 25b, a gap 42 may be formed for guiding an airflow that bypasses the front rail 24 from both sides in the slider width direction to the flow passage 26.
[0024]
As shown in FIG. 4, the magnetic recording / reproducing head 38 includes a write thin film magnetic head element 45 that causes the write gap 44 to face the air bearing surface 22. The write gap 44 is formed by the tip 46 a of the top pole layer 46 and the tip of the bottom pole layer 49 that sandwiches the insulating

layers

47 and 48 between the top pole layer 46. As is apparent when referring also to FIG. 5, spiral conductive coil patterns 50 are embedded in the insulating

layers

47 and 48. A first lead pattern 51 is connected to the center end of the conductor coil pattern 50, and similarly, a second lead pattern 52 is connected to the outer end of the conductor coil pattern 50. When a current is supplied to the conductor coil pattern 50 using the first and second

lead patterns

51 and 52, a magnetic field line is generated at the rear end 46b of the upper magnetic pole layer 46 that penetrates the center of the conductive coil pattern 50, and this magnetic field line Circulates in the upper magnetic pole layer 46 and the lower magnetic pole layer 49. The circulating magnetic field lines generate a magnetic field in the write gap 44. In the write gap 44, magnetic information is recorded on the magnetic disk 13 by a magnetic field that bypasses the gap layer 53 and leaks from the air bearing surface 22 . The upper magnetic pole layer 46 and the lower magnetic pole layer 49 may be made of NiFe, for example.
[0025]
As is apparent from FIG. 5, the Al ₂ O ₃ layer 55 is embedded between the upper shield layer serving as the lower magnetic pole layer 49 and the lower shield layer 54 of FeN or NiFe so that the tip faces the air bearing surface 22. A giant magnetoresistive (GMR) element 56 for reading is sandwiched. For example, as shown in FIG. 6, the GMR element 56 includes a spin valve film 57 extending along the reference surface 56 of the Al ₂ O ₃ layer 55. The spin valve film 57 is formed with a pair of end surfaces 58 a and 58 b that are partitioned by a section screen that intersects the reference surface 56. These end surfaces 58 a and 58 b are inclined at a taper angle θ with respect to the reference surface 56. Thus, the magnetic domain control hard layer 59 is formed along the inclined end faces 58a and 58b. The tip 59 a of the magnetic domain control hard layer 59 reaches the film surface 57 a of the spin valve film 57. A lead conductor layer 60 is connected to each magnetic domain control hard layer 59.
[0026]
The spin valve film 57 includes a free-side ferromagnetic layer 61 stacked on the reference surface 56 and a nonmagnetic intermediate layer 62 stacked on the free-side ferromagnetic layer 61. An exchange coupling film 63 according to the present invention is laminated on the nonmagnetic intermediate layer 62. The exchange coupling film 63 includes a fixed-side ferromagnetic layer 64 superimposed on the nonmagnetic intermediate layer 62 and an antiferromagnetic layer 65 superimposed on the fixed-side ferromagnetic layer 64. The antiferromagnetic layer 65 fixes the magnetization direction of the fixed-side ferromagnetic layer 64 in one direction using the action of exchange coupling. On the other hand, the magnetization direction of the free ferromagnetic layer 61 rotates according to the external signal magnetic field transmitted from the magnetic disk 13. Thus, the electric resistance value of the spin valve film 57 changes according to the relative angle of the magnetization direction generated between the free-side ferromagnetic layer 61 and the fixed-side ferromagnetic layer 64. When a sense current is supplied to the spin valve film 57 through the lead conductor layer 60, a change is caused in the level of the sense current appearing in the lead conductor layer 60 in accordance with such a change in the electric resistance value. Magnetic information is read by this level change.
[0027]
The spread of the antiferromagnetic layer 65 along the surface of the fixed-side ferromagnetic layer 64 is formed smaller than the maximum stable antiferromagnetic domain size. According to such a small antiferromagnetic layer 65, an extremely large exchange coupling magnetic field can be secured as will be described later. The magnetization direction of the fixed-side ferromagnetic layer 64 can be firmly fixed. Even when an external signal magnetic field acts from the magnetic disk 13, the magnetization direction of the fixed-side ferromagnetic layer 64 can be reliably maintained in one direction. Moreover, it is not necessary to increase the film thickness of the antiferromagnetic layer 65 or decrease the film thickness of the fixed-side ferromagnetic layer 64 in order to secure such a large exchange coupling magnetic field.
[0028]
The maximum stable antiferromagnetic domain size can be uniquely determined according to the composition and film thickness of the antiferromagnetic layer 65. For example, when the film thickness t _A of the antiferromagnetic layer 65 made of NiO is set to 100 [nm], the maximum stable antiferromagnetic domain size can be specified to be about 0.64 [μm]. The spread of the antiferromagnetic layer 65 may be completely contained in, for example, a circle drawn with a diameter equal to the maximum stable antiferromagnetic domain size specified in this way.
[0029]
Here, a method of calculating the maximum stable antiferromagnetic domain size will be briefly described. For this calculation, for example, a random field model (for example, “Heisenberg to Ising crossover in a random field model with uniaxial anisotropy” by AP Malozemoff, Physical Review B Vol. 37 7373 1988) is used. According to this random field model, the so-called magnetic domain size can be calculated as the diameter of the cylindrical antiferromagnetic domain. That is, the maximum stable antiferromagnetic domain dimension L [cm] is an index f _i indicating the disorder of the interface between the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, and the random field strength η generated according to the disorder of the interface. , Based on the index S indicating the form of the antiferromagnetic domain wall, the minimum film thickness of the antiferromagnetic layer in which the exchange coupling magnetic field is expressed, that is, the critical film thickness t _A [cm],
[Expression 1]

Can be calculated according to:
[0030]
At this time, as shown in the aforementioned paper, the intensity of the random field is approximately η = 2 at the critical film thickness t _{A of the} antiferromagnetic layer in which the exchange coupling magnetic field is generated. Moreover, the exchange coupling magnetic field Hex and the index f _i indicating a disturbance of the interface, in addition to the saturation magnetization M _F and the film thickness t _F of the ferromagnetic layer, uniaxial anisotropy constant (energy) of the antiferromagnetic layer K Ya Based on the exchange stiffness constant A, it can be expressed as:
[0031]
[Expression 2]

[Equation 3]

Based on these three formulas [Equation 1] to [Equation 3], the maximum stable antiferromagnetic domain dimension L is
[Expression 4]

Can be derived on the basis of
[0032]
Next, the characteristics of the exchange coupling film 63 will be considered. For this consideration, for example, as shown in FIG. 7, a fine pattern 66 of a NiO / NiFe exchange coupling film was formed on a silicon wafer. According to such a fine pattern 66, W [μm] × 0.5 [μm] at the intersection of the first thin line 67 having a line width W [μm] and the second thin line 68 having a line width 0.5 [μm] A minute NiO / NiFe exchange coupling film 69 divided by dimensions is obtained. Here, three fine patterns 66 of W = 0.2 [μm], 0.3 [μm], and 0.4 [μm] were prepared.
[0033]
In forming such a fine pattern 66, a 100 nm thick NiO antiferromagnetic layer and a 20 nm thick NiFe ferromagnetic layer are successively formed on the surface of the silicon wafer. For example, sputtering may be used for this film formation. Thereafter, the surface of the NiO / NiF exchange coupling film thus formed is patterned with a fine pattern 66 using a photoresist. For example, as a result of the NiO / NiF exchange coupling film being scraped around the photoresist film using an ion mill, the aforementioned fine pattern 66 is formed.
[0034]
In addition, so-called lift-off may be used for forming the fine pattern 66 instead of such a patterning method. In this lift-off, a photoresist film surrounding the fine pattern is formed on the surface of the silicon wafer. Subsequently, a NiO antiferromagnetic layer having a thickness of 100 [nm] and a NiFe ferromagnetic layer having a thickness of 20 [nm] are successively formed on the surface of the silicon wafer. Thereafter, when the photoresist is removed, the NiO antiferromagnetic layer and the NiFe ferromagnetic layer on the photoresist are peeled off. As a result, the fine pattern 66 of the NiO / NiFe exchange coupling film can be formed.
[0035]
The electrical resistance characteristics with respect to the externally applied magnetic field were measured with the minute NiO / NiFe exchange coupling film 69 defined in the fine pattern 66 thus obtained. The DC four-terminal method was used for this measurement. The first thin wire 67 was used as a current terminal, and the second thin wire 68 was used as a voltage terminal. In the measurement, the NiO / NiFe exchange coupling film 69 was placed in a cryogenic environment (environment temperature 5K). According to such a cryogenic environment, the influence of thermal noise can be reduced when measuring electrical resistance characteristics. The exchange coupling magnetic field Hex was calculated based on the measured electric resistance characteristics.
[0036]
FIG. 8 shows the relationship between the line width W of the first thin wire 67 and the exchange coupling magnetic field Hex. It has been clarified that the exchange coupling magnetic field Hex increases as the line width W decreases with the maximum stable antiferromagnetic domain size (L = 0.64 [μm]) of the NiO antiferromagnetic layer. It was confirmed that the exchange coupling magnetic field Hex of about 8.36 [kA / m] is maintained when the line width W exceeds the maximum stable antiferromagnetic domain size.
[0037]
The giant magnetoresistive effect (GMR) element 56 as described above is not necessarily used together with the thin film magnetic head element 45 described above. Further, the GMR element 56 according to the present invention can be employed not only in the hard disk drive (HDD) 10 described above but also in other equivalent magnetic information readers.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a sufficient exchange coupling magnetic field can be secured between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer without causing an increase in film thickness or a decrease in magnetic field sensitivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view schematically showing an internal structure of a hard disk drive (HDD).
FIG. 2 is a plan view schematically showing the structure of a magnetic head assembly.
FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a specific example of a head slider.
FIG. 4 is an enlarged plan view schematically showing the structure of a magnetic recording / reproducing head (particularly a thin film magnetic head element).
5 is a partial cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG.
FIG. 6 is an end view of a giant magnetoresistive (GMR) element along the air bearing surface.
FIG. 7 is an enlarged plan view schematically showing a fine pattern of a NiO / NiFe exchange coupling film formed on a silicon wafer.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the width of the first thin wire and the exchange coupling magnetic field.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hard disk drive (HDD) as a magnetic recording medium drive, 17 Magnetic head assembly, 19 Elastic suspension, 21 Head slider, 56 Giant magnetoresistive effect (GMR) element as a magnetoresistive effect element, 61 Free side ferromagnetic layer 63 Exchange coupling film, 64 Fixed side ferromagnetic layer as ferromagnetic layer, 65 Antiferromagnetic layer.

Claims

A ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer formed smaller than the maximum diameter of the cylindrical antiferromagnetic domain and superimposed on the ferromagnetic layer, the maximum diameter being the saturation magnetization and film of the ferromagnetic layer From the thickness, the uniaxial magnetic anisotropy constant and the exchange stiffness constant of the antiferromagnetic layer, the minimum film thickness of the antiferromagnetic layer that expresses the exchange coupling magnetic field, and the magnitude of the exchange coupling magnetic field, exchange coupling film according to claim Rukoto calculated based.

A free-side ferromagnetic layer, a fixed-side ferromagnetic layer that is superimposed on the free-side ferromagnetic layer with a non-magnetic layer in between, and a ferromagnetic layer formed smaller than the maximum diameter of the cylindrical antiferromagnetic domain An antiferromagnetic layer superimposed on the antiferromagnetic layer , the maximum diameter being the saturation magnetization and film thickness of the ferromagnetic layer, the uniaxial magnetic anisotropy constant and the exchange stiffness constant of the antiferromagnetic layer, and the exchange coupling magnetic field the magnetoresistive element to the minimum thickness of the antiferromagnetic layer to be expressed, from the magnitude of the exchange coupling magnetic field, characterized Rukoto calculated based on the random field model.

A head slider, a free ferromagnetic layer formed on the head slider, a fixed ferromagnetic layer superimposed on the free ferromagnetic layer with a nonmagnetic layer sandwiched between the head slider, and a cylindrical antiferromagnetic An antiferromagnetic layer formed smaller than the maximum diameter of the magnetic domain and superimposed on the ferromagnetic layer on the head slider, and an elastic suspension for supporting the head slider , wherein the maximum diameter is equal to that of the ferromagnetic layer. From the saturation magnetization and the film thickness, the uniaxial magnetic anisotropy constant and the exchange stiffness constant of the antiferromagnetic layer, the minimum film thickness of the antiferromagnetic layer that expresses the exchange coupling magnetic field, and the magnitude of the exchange coupling magnetic field, the magnetic head assembly according to claim Rukoto calculated based on the random field model.

4. The magnetic head assembly according to claim 3 , wherein the antiferromagnetic layer is defined to be smaller than the maximum diameter at least in a track width direction.