JPH0261572A - 強磁性薄膜を有する磁場センサ - Google Patents
強磁性薄膜を有する磁場センサInfo
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- JPH0261572A JPH0261572A JP1152456A JP15245689A JPH0261572A JP H0261572 A JPH0261572 A JP H0261572A JP 1152456 A JP1152456 A JP 1152456A JP 15245689 A JP15245689 A JP 15245689A JP H0261572 A JPH0261572 A JP H0261572A
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、強磁性薄膜を用いた磁場センサと、磁気記
憶データを読み取るための付属電流・電圧接触子に関す
る。
憶データを読み取るための付属電流・電圧接触子に関す
る。
電流lが流れ、導入している場合には磁気抵抗効果を利
用している磁気薄膜の磁場センサは公知である。磁場セ
ンサの応用分野は、第一に磁気記憶したデータ(例えば
、コンパクトディスク、フロッピーディスク、磁気テー
プ)を読み取ることにあるが、磁場を高位置分解能で検
出することを問題にする全ての応用にもある。
用している磁気薄膜の磁場センサは公知である。磁場セ
ンサの応用分野は、第一に磁気記憶したデータ(例えば
、コンパクトディスク、フロッピーディスク、磁気テー
プ)を読み取ることにあるが、磁場を高位置分解能で検
出することを問題にする全ての応用にもある。
データ記憶部から出る磁場の影響によって、磁場センサ
の磁化方向又は磁区構造が変化する。このことは、所謂
非等方磁気抵抗効果のため電気抵抗の変化、従って電圧
降下Uをもたらす。このようにして得られた電気信号は
、公知の手段で更に処理される。個々のフィルム(たい
ていパーマロイ製)の場合では、測定信号が依存する磁
気抵抗の変化は、最大約3%になる。実際には、測定信
号の良さはもっばら信号・雑音比に依存している。
の磁化方向又は磁区構造が変化する。このことは、所謂
非等方磁気抵抗効果のため電気抵抗の変化、従って電圧
降下Uをもたらす。このようにして得られた電気信号は
、公知の手段で更に処理される。個々のフィルム(たい
ていパーマロイ製)の場合では、測定信号が依存する磁
気抵抗の変化は、最大約3%になる。実際には、測定信
号の良さはもっばら信号・雑音比に依存している。
それにもかかわらず、測定信号が大きくなるごも望まし
い。
い。
それ故、この発明の課題は、磁気抵抗の変化、従って測
定信号が従来の公知磁場センサよりも大きくなる磁場セ
ンサを提供することにある。
定信号が従来の公知磁場センサよりも大きくなる磁場セ
ンサを提供することにある。
上記の課題は、この発明により、薄膜と、磁気記憶した
データを読み取る付属電流接触子と、電圧接触子とを保
有する磁場センサであって、中間層によって分離してい
る少なくとも二枚の強磁性薄膜は、外部磁場の作用なし
又はありの下で、−両強磁性薄膜の磁化方向が一方向に
反平行になるような作用をする材料から構成され、その
場合、中間層は電子の平均自由行程より小さい厚さを有
し、強磁性薄膜との境界面でスピン方向に依存する電子
散乱が生じる作用を及ぼす材料から構成されていること
によって解決されている。
データを読み取る付属電流接触子と、電圧接触子とを保
有する磁場センサであって、中間層によって分離してい
る少なくとも二枚の強磁性薄膜は、外部磁場の作用なし
又はありの下で、−両強磁性薄膜の磁化方向が一方向に
反平行になるような作用をする材料から構成され、その
場合、中間層は電子の平均自由行程より小さい厚さを有
し、強磁性薄膜との境界面でスピン方向に依存する電子
散乱が生じる作用を及ぼす材料から構成されていること
によって解決されている。
この発明による多層膜を用いて、測定信号の上昇は少な
くとも3倍になる。
くとも3倍になる。
この発明による考えは、測定信号を発生させる磁気抵抗
の変化が伝導電子の磁気的な散乱に起因していることを
利用している。このことは、磁性薄膜を流れる電子の磁
気モーメントが揃うことに基いている。磁気被膜構造に
あっては、ここで考慮しているように、電子の散乱、従
って電気抵抗が磁化の反平行に揃うことによって増大す
る。この効果は磁化方向に平行又は反平行のスピンの向
きを有する電子の散乱レートが異なることに起因してい
る。スピンの方向に依存する上記の電子散乱は非磁性不
純物を含有するバルク磁性材料にあることは、J、W、
P、 Dorleign、 Ph1lips Reps
。
の変化が伝導電子の磁気的な散乱に起因していることを
利用している。このことは、磁性薄膜を流れる電子の磁
気モーメントが揃うことに基いている。磁気被膜構造に
あっては、ここで考慮しているように、電子の散乱、従
って電気抵抗が磁化の反平行に揃うことによって増大す
る。この効果は磁化方向に平行又は反平行のスピンの向
きを有する電子の散乱レートが異なることに起因してい
る。スピンの方向に依存する上記の電子散乱は非磁性不
純物を含有するバルク磁性材料にあることは、J、W、
P、 Dorleign、 Ph1lips Reps
。
Repts、 31.287.1976、又は1.A、
Campbell andA、 Fe5t in″F
erromagnetic Materials”、
Vol、 3ed、 by E、P、 Wohlfar
th、 North−Holland Publ。
Campbell andA、 Fe5t in″F
erromagnetic Materials”、
Vol、 3ed、 by E、P、 Wohlfar
th、 North−Holland Publ。
Comp、、 1982から公知である。そこでは、不
純物での電子の散乱は、両方のスピン配列に対して異な
る。散乱レートの比に対する数値は、前記文献から読み
取れる。この発明による層構造では、非磁性中間層がバ
ルク材料の不純物と同じ役割を演する。散乱は今度は境
界面で行われる。効果の類似性のため、合金から周知の
データを選択に適する層構造の材料組み合わせに利用で
きる。
純物での電子の散乱は、両方のスピン配列に対して異な
る。散乱レートの比に対する数値は、前記文献から読み
取れる。この発明による層構造では、非磁性中間層がバ
ルク材料の不純物と同じ役割を演する。散乱は今度は境
界面で行われる。効果の類似性のため、合金から周知の
データを選択に適する層構造の材料組み合わせに利用で
きる。
その外、層構造の場合では隣接する磁性薄膜の磁化方向
の間の角度を変えることのできる可能性が生じる。両方
のスピン方向に対して非常に異なる散乱レートを境界面
で発生させる材料を中間層に選んだと仮定しよう。強磁
性薄膜が平行に配列していれば、成るスピン方位の電子
のみが散乱する。磁化方向が反平行である場合には、両
方のスピン方位の電子が強く散乱され、電気抵抗が上昇
する。従って、センサに利用サレル強磁性薄膜の磁化方
向の間の角度φに依存する抵抗効果が生じる。この場合
、信号場H,は角度φ及び電気抵抗を変える。
の間の角度を変えることのできる可能性が生じる。両方
のスピン方向に対して非常に異なる散乱レートを境界面
で発生させる材料を中間層に選んだと仮定しよう。強磁
性薄膜が平行に配列していれば、成るスピン方位の電子
のみが散乱する。磁化方向が反平行である場合には、両
方のスピン方位の電子が強く散乱され、電気抵抗が上昇
する。従って、センサに利用サレル強磁性薄膜の磁化方
向の間の角度φに依存する抵抗効果が生じる。この場合
、信号場H,は角度φ及び電気抵抗を変える。
隣接する強磁性薄膜の磁化方向が互いに回転している薄
膜構造は、既に公知であるが他の理由から磁場センサと
して特に興味がある。部分的に反平行に整列させること
によって、センサ端部の散乱場が減少するので、端部磁
区を防止できる。このことは、検出器雑音を低減し、S
/N比に好ましい効果を与える。それ故、磁化方向を所
望の方向に整列させるための処置は、公知であり従来技
術に属する。これ等の場合、中間層を充分厚く選ぶこと
が典型的であるので、磁性薄膜の結合はない。この発明
は、上記の場合新しい磁気抵抗の助けで信号の増大に導
く使用材料に関する。−船釣な場合使用されている規則
は、中間層でスピン配列に電子散乱が強く依存する材料
の組み合わせ使用することにある。散乱レートに対する
値は前記文献から読み取れる。
膜構造は、既に公知であるが他の理由から磁場センサと
して特に興味がある。部分的に反平行に整列させること
によって、センサ端部の散乱場が減少するので、端部磁
区を防止できる。このことは、検出器雑音を低減し、S
/N比に好ましい効果を与える。それ故、磁化方向を所
望の方向に整列させるための処置は、公知であり従来技
術に属する。これ等の場合、中間層を充分厚く選ぶこと
が典型的であるので、磁性薄膜の結合はない。この発明
は、上記の場合新しい磁気抵抗の助けで信号の増大に導
く使用材料に関する。−船釣な場合使用されている規則
は、中間層でスピン配列に電子散乱が強く依存する材料
の組み合わせ使用することにある。散乱レートに対する
値は前記文献から読み取れる。
この発明によれば、互いに回転した磁化整列を実現する
新しい可能性が得られる。この可能性は反強磁性中間層
結合の効果を利用し、同時にスピンの向きに依存する電
子散乱によってこの効果と抵抗効果を示す材料が与えら
れる。
新しい可能性が得られる。この可能性は反強磁性中間層
結合の効果を利用し、同時にスピンの向きに依存する電
子散乱によってこの効果と抵抗効果を示す材料が与えら
れる。
磁化を反平行整列(φ= 180)に、しかもこの磁化
が信号磁場H,に対して垂直なように調節したとき、セ
ンサが動作している間、最適角度φをH,に適当なバイ
アス磁場Hb2が重なるようにして達成できる。φ=0
の信号H8による抵抗変化が充分大きければ、バイアス
磁場Hb”は不要である。しかし、センサを使用する前
に反平行の整列を行うために他のバイアス磁場Hb’を
使用する必要がある。ここでは、上記バイアス磁場はセ
ンサ面に平行で、H,の方向に対して垂直に作用すると
仮定している。
が信号磁場H,に対して垂直なように調節したとき、セ
ンサが動作している間、最適角度φをH,に適当なバイ
アス磁場Hb2が重なるようにして達成できる。φ=0
の信号H8による抵抗変化が充分大きければ、バイアス
磁場Hb”は不要である。しかし、センサを使用する前
に反平行の整列を行うために他のバイアス磁場Hb’を
使用する必要がある。ここでは、上記バイアス磁場はセ
ンサ面に平行で、H,の方向に対して垂直に作用すると
仮定している。
磁場センサの第一の実施例では、異なる保磁力Hcを有
する材料の複数の強磁性被膜が使用される。その場合、
両方の被膜は非磁性の中間層によって連結している。こ
れ等の5被膜の磁化が反平行に整列することは、この場
合、例えば永久磁石で発生させることのできる外部磁場
の一定の値に対して被膜の束の磁化曲線が通過するとき
に達成される。大きなHcを有する材料として、強磁性
薄膜に対してFe+ Co、 Niの硬質磁性合金が、
また小さいHcを有する材料として、他の強磁性被膜に
対して軟磁性連続金属合金、例えばパーマロイが配設し
である。中間層の非磁性金属としては、例えばV、 R
u、 Cr又はAuを選ぶことができる。
する材料の複数の強磁性被膜が使用される。その場合、
両方の被膜は非磁性の中間層によって連結している。こ
れ等の5被膜の磁化が反平行に整列することは、この場
合、例えば永久磁石で発生させることのできる外部磁場
の一定の値に対して被膜の束の磁化曲線が通過するとき
に達成される。大きなHcを有する材料として、強磁性
薄膜に対してFe+ Co、 Niの硬質磁性合金が、
また小さいHcを有する材料として、他の強磁性被膜に
対して軟磁性連続金属合金、例えばパーマロイが配設し
である。中間層の非磁性金属としては、例えばV、 R
u、 Cr又はAuを選ぶことができる。
中間層の厚さは、伝導電子の平均自由行路以下にする必
要がある。最後に述べた磁場センサの作製様式では、1
〜10 nmの厚さの中間層が有利である。何故なら、
これによって磁性薄膜が分離するからである。
要がある。最後に述べた磁場センサの作製様式では、1
〜10 nmの厚さの中間層が有利である。何故なら、
これによって磁性薄膜が分離するからである。
この発明による磁場センサの他の実施例では、中間層で
分離した強磁性薄膜が使用されている。
分離した強磁性薄膜が使用されている。
この場合、強磁性薄膜の一方に反強磁性の他の層が隣接
している。磁場センサの他の実施例では強磁性体と反強
磁性体の間の境界面に生じ、反強磁性薄膜に隣接する強
磁性薄膜のヒステリシス曲線のずれをもたらす、所謂「
交換非等方性」を利用して、外部磁場Hb’を印加して
強磁性薄膜の磁化の反平行整列が実現する。
している。磁場センサの他の実施例では強磁性体と反強
磁性体の間の境界面に生じ、反強磁性薄膜に隣接する強
磁性薄膜のヒステリシス曲線のずれをもたらす、所謂「
交換非等方性」を利用して、外部磁場Hb’を印加して
強磁性薄膜の磁化の反平行整列が実現する。
その場合、強磁性薄膜は軟磁性中間金属(例えば、パー
マロイ)から構成されている。例えば、Au、 Cr、
V、 Ruから成る中間層の厚さは1〜10 nm
であると有利である。
マロイ)から構成されている。例えば、Au、 Cr、
V、 Ruから成る中間層の厚さは1〜10 nm
であると有利である。
中間層の反強磁性材料は、MnFeであると効果的であ
る。
る。
この発明による磁場センサの次の実施例は、特許請求の
範囲第8項に開示されている。この場合には、強磁性被
膜の磁化を反平行に整列させることは反強磁性結合によ
って行われる。ここでは、中間層は主としてCr又はY
で構成される。この中間層の厚さは0.3〜2 rtm
の範囲にある。この中間層は主として単結晶で、通常製
造方法により結晶が成長する被膜も単結晶である。
範囲第8項に開示されている。この場合には、強磁性被
膜の磁化を反平行に整列させることは反強磁性結合によ
って行われる。ここでは、中間層は主としてCr又はY
で構成される。この中間層の厚さは0.3〜2 rtm
の範囲にある。この中間層は主として単結晶で、通常製
造方法により結晶が成長する被膜も単結晶である。
当然なことであるが、磁場センサの種々の前記実施例の
特徴を組み合わせることができる。
特徴を組み合わせることができる。
この発明による磁場センサを図面に模式的に示し、以下
により詳しく説明する。
により詳しく説明する。
第1図に示すこの発明による磁場センサは、被膜の束1
、電流■に対する電流接触子2及び測定電圧Uに対する
電圧接触子3から構成されている。
、電流■に対する電流接触子2及び測定電圧Uに対する
電圧接触子3から構成されている。
薄膜の束1は非磁性中間被膜で分離された二枚の強磁性
被膜で構成されている。この強磁性被膜の二つの磁化方
向7は、白い矢印と黒い矢印で示しである。両方の磁化
は互いに一定角度回転している。信号を授受する場合、
センサはデータ記憶器4に対して移動する。この移動方
向は5で示しである。その場合、データキャリヤから生
じた磁場(湾曲した矢印6)によって、角度φが変化す
る。
被膜で構成されている。この強磁性被膜の二つの磁化方
向7は、白い矢印と黒い矢印で示しである。両方の磁化
は互いに一定角度回転している。信号を授受する場合、
センサはデータ記憶器4に対して移動する。この移動方
向は5で示しである。その場合、データキャリヤから生
じた磁場(湾曲した矢印6)によって、角度φが変化す
る。
このことは、センサの電気抵抗の変化に繋がり、センサ
に検知された電圧を介して測定信号が発生する。
に検知された電圧を介して測定信号が発生する。
第2図には、センサの先端部の図面が示しである。M、
とM2は両方の強磁性被膜の磁化であり。
とM2は両方の強磁性被膜の磁化であり。
H8はφの正しい値に調節するため更にバイアス磁場1
(b”が重畳している測定信号である。Hblは、セン
サを動作させる前にM、とM2の反平行整列を発生させ
るため使用されるバイアス磁場である。
(b”が重畳している測定信号である。Hblは、セン
サを動作させる前にM、とM2の反平行整列を発生させ
るため使用されるバイアス磁場である。
第3図に示す被膜の束の場合、強磁性薄膜A。
Bの反平行磁化整列は異なる二つの方法で発生する。中
間層Cが充分厚い場合、適当なバイアス磁場Hb’によ
って、M、とM2の反平行整列は、二つの被膜AとBが
異なるHeを有することによって実現させることができ
る。適当な中間層材料Cでは、反平行整列が反強磁性中
間結合によっても実現する。
間層Cが充分厚い場合、適当なバイアス磁場Hb’によ
って、M、とM2の反平行整列は、二つの被膜AとBが
異なるHeを有することによって実現させることができ
る。適当な中間層材料Cでは、反平行整列が反強磁性中
間結合によっても実現する。
第4図には、この発明による磁場センサの他の実施例の
薄膜列が示しである。この場合、薄膜A。
薄膜列が示しである。この場合、薄膜A。
BとCの外に、反強磁性材料(例えば、MnFe )製
の他の被膜りが使用される。被膜A、Bは、例えばパー
マロイであり、被膜Cの材料は、例えば厚さ約5nII
IのAu又はRuである。この場合、被膜Bのヒステリ
シスは、交換非等方性効果によって、バイアス磁場Hb
lを介して再び反平行状態が生じるようにずれる。
の他の被膜りが使用される。被膜A、Bは、例えばパー
マロイであり、被膜Cの材料は、例えば厚さ約5nII
IのAu又はRuである。この場合、被膜Bのヒステリ
シスは、交換非等方性効果によって、バイアス磁場Hb
lを介して再び反平行状態が生じるようにずれる。
第1図、磁気記憶体を有するこの発明によるじばセンサ
の模式図。 第2図、バイアス磁場Hb’ とHb”及び信号磁場H
2を有するセンサの平面図。 第3図、中間層Cによって分離した強磁性被膜A、Bの
断面図。 第4図、反強磁性被膜りを更に保有する薄膜配置の断面
図。 図中引用記号: 1・・・薄膜の束、 2・・・電流接触子、 3・・・電圧接触子、 4・・・データ記憶体、 5・・・運動方向、 A、B・・・被膜、 C・・・中間層、 H6・・・測定磁場、 ■・・・電流、 U・・・測定電圧。
の模式図。 第2図、バイアス磁場Hb’ とHb”及び信号磁場H
2を有するセンサの平面図。 第3図、中間層Cによって分離した強磁性被膜A、Bの
断面図。 第4図、反強磁性被膜りを更に保有する薄膜配置の断面
図。 図中引用記号: 1・・・薄膜の束、 2・・・電流接触子、 3・・・電圧接触子、 4・・・データ記憶体、 5・・・運動方向、 A、B・・・被膜、 C・・・中間層、 H6・・・測定磁場、 ■・・・電流、 U・・・測定電圧。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、薄膜と、磁気記憶したデータを読み取る付属電流接
触子と、電圧接触子とを保有する磁場センサにおいて、 中間層(C)によって分離している少なくとも二枚の強
磁性薄膜(A、B)は、外部磁場(Hb^1、Hb^2
)の作用なし又はありの下で、両強磁性薄膜の磁化方向
が一方向に反平行になるような作用をする材料から構成
され、その場合、中間層(C)は電子の平均自由行程よ
り小さい厚さを有し、強磁性薄膜との境界面でスピン方
向に依存する電子散乱が生じる作用を及ぼす材料から構
成されていることを特徴とする磁場センサ。 2、強磁性薄膜(A、B)に対して、保磁力H_cの異
なる材料が使用されていることを特徴とする請求項1記
載の磁場センサ。 3、適当な方法で添加したFe、Ni、Co及びそれ等
の合金のような遷移する金属が使用されていることを特
徴とする請求項2記載の磁場センサ。 4、両強磁性薄膜の一方に隣接する反強磁性材料の付加
的な薄膜(D)が使用されていることを特徴とする請求
項1記載の磁場センサ。 5、強磁性薄膜(A、B)に対しては、Fe、Ni、C
o及びそれ等の軟磁性合金のような材料が使用されてい
ることを特徴とする請求項4記載の磁場センサ。 6、中間層(C)に対しては、厚さ1〜10nmのAu
、Cr、V、Ruのような材料が使用されていることを
特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の磁場セ
ンサ。 7、付加的な反強磁性薄膜(D)に対しては、MnFe
が使用されることを特徴とする請求項4記載の磁場セン
サ。 8、強磁性薄膜(A、B)に対して、Fe、Ni、Co
及びそれ等の合金のような材料が使用され、中間層(C
)は二つの強磁性薄膜の間の反強磁性結合を生じ、両方
の薄膜が磁気的に反平行になる材料から構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の磁場センサ。 9、中間層(C)に対して、Cr又はYが使用されるこ
とを特徴とする請求項8記載の磁場センサ。 10、中間層(C)に対して、0.3〜2nmの厚さが
使用されることを特徴とする請求項8記載の磁場センサ
。
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