JPH04214207A - 多層磁気抵抗効果膜およびこれを用いた磁気抵抗効果素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高い磁気抵抗効果を有す
る多層磁性膜に関し、特に磁気ディスク装置などに用い
る再生用磁気ヘッドにおける多層磁気抵抗効果膜、磁気
抵抗効果素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録の高密度化に伴い、再生用磁気
ヘッドに用いる磁気抵抗効果材料として、高い磁気抵抗
効果を示す材料が求められている。現在、使用されてい
るパ−マロイの磁気抵抗変化率は約３％であり、新材料
はこれを上回る磁気抵抗変化率を有することが必要であ
る。

【０００３】最近、新庄らによる、ジャ−ナル・オブ・
ザ・フィジカル・ソサイエティ−・オブ・ジャパン（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｓｏ
ｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｊａｐａｎ）、第５９巻、第９号、
３０６１〜３０６４ペ−ジに記載の「磁界誘導した巨大
フェリ磁性多層膜の大きい磁気抵抗効果（Ｌａｒｇｅ　
Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　Ｆｉｅｌ
ｄ−Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｇｉａｎｔ　Ｆｅｒｒｉｍａｇｎ
ｅｔｉｃ　Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ）」のように、多層
構造を持つ磁性膜（Ｃｏ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｏ多層
膜）において、９．９％の磁気抵抗変化率が観測されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記多層構造
を持つ磁性膜では、電気抵抗の変化に要する磁界が５０
Ｏｅ程度と大きく、磁気ヘッドなどの微弱な磁界を検出
するセンサに用いるには、磁界感度の点で問題がある。

【０００５】本発明の目的は、上述の多層磁気抵抗効果
膜の問題を解決し、さらに、多層磁気抵抗効果膜の磁気
ヘッド適用に関する種々の問題の解決方法を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々の材
料および膜厚を有する磁性層、非磁性層を積層した多層
磁性膜について鋭意研究を重ねた結果、構成材料の種類
、膜厚などにより、磁気抵抗効果の大きさが異なること
を見出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち、磁性層と非磁性層を積層した多
層膜において、保磁力あるいは異方性磁界の異なる２種
以上の磁性層を有することにより、磁気抵抗効果が観測
されるが、上記磁性層として、ＮｉあるいはＮｉ系合金
を用いることにより、比較的高い磁気抵抗効果を示す多
層磁気抵抗効果膜が得られる。また、上記、Ｎｉ系合金
をＮｉ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−
Ｃｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｇ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｕ系合金とす
ると、さらに高い磁気抵抗効果を得ることができる。ま
た、上記磁性層の一部にＣｏ系非晶質合金を用いると、
低磁界印加で、磁気抵抗効果を示す多層磁気抵抗効果膜
が得られる。また、上記磁性層の一部に、永久磁石を用
いると、磁化過程が準可逆的になり、磁界センサとして
好ましい特性が得られる。また、上記永久磁石の保磁力
は、磁気ヘッドに印加される磁界を考えると、１００Ｏ
ｅ以上が好ましい。また、上記永久磁石は、磁気抵抗効
果素子の使用前に着磁しておくと、準可逆的磁化過程の
実現には好ましい。また、上記磁性層と非磁性層の界面
の少なくとも一部において、エピタキシャル成長を生じ
させることにより、さらに高い磁気抵抗効果が得られる
。また、エピタキシャル成長を生じさせるためには、磁
性層と非磁性層の格子定数の差が、磁性層の格子定数を
基準として、５％以下であることが重要である。また、
上記非磁性層の膜厚が４〜１０ｎｍの時に高い磁気抵抗
効果が得られる。また、上記磁性層の膜厚が２〜１０ｎ
ｍの時に高い磁気抵抗効果が得られる。また、上記磁性
層の保磁力が異なるとき、比較的高保磁力の磁性層の磁
化容易方向と比較的低保磁力の磁性層の磁化容易方向と
のなす角度を７５〜９０度とすることにより、高周波特
性の優れた多層磁気抵抗効果膜が得られる。また、上記
磁性層の異方性磁界が異なるとき、比較的高異方性磁界
の磁性層の磁化容易方向と比較的低異方性磁界の磁性層
の磁化容易方向とのなす角度を７５〜９０度とすること
により、高周波特性の優れた多層磁気抵抗効果膜が得ら
れる。また、上記多層磁気抵抗効果膜を用いると、優れ
た特性の磁気抵抗効果素子が得られる。また、上記磁気
抵抗効果素子にバイアス磁界を印加することにより、感
度の高い磁界領域で磁界方向の正負を判断できる磁気抵
抗効果素子が得られる。また、このバイアスに関する技
術は、強磁性トンネル素子にも適用できる。また、上記
磁気抵抗効果素子は、非可逆的磁化過程を示す場合があ
り、このような場合には、磁気抵抗効果素子に外部から
磁界を印加する機構を加え、磁気抵抗効果素子をイニシ
ャライズすると良い。また、上記磁気抵抗効果素子を磁
気ヘッドに用いると、優れた特性の磁気ヘッドが得られ
る。また、上記磁気ヘッドにおける、比較的低保磁力、
低異方性磁界の磁性層の磁化困難方向を磁気記録媒体面
の垂直方向に合わせることにより、高周波特性の優れた
磁気ヘッドが得られる。

【０００８】

【作用】上述のように、磁性層と非磁性層を積層した多
層膜において、保磁力あるいは異方性磁界の異なる２種
以上の磁性層を有することにより、磁気抵抗効果が観測
されるが、上記磁性層として、ＮｉあるいはＮｉ系合金
を用いることにより、比較的高い磁気抵抗効果を示す多
層磁気抵抗効果膜が得られる。また、上記、Ｎｉ系合金
をＮｉ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−
Ｃｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｇ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｕ系合金とす
ると、さらに高い磁気抵抗効果を得ることができる。ま
た、上記磁性層の一部にＣｏ系非晶質合金を用いると、
低磁界印加で、磁気抵抗効果を示す多層磁気抵抗効果膜
が得られる。また、上記磁性層の一部に、永久磁石を用
いると、磁化過程が準可逆的になり、磁界センサとして
好ましい特性が得られる。また、上記永久磁石の保磁力
は、磁気ヘッドに印加される磁界を考えると、１００Ｏ
ｅ以上が好ましい。また、上記永久磁石は、磁気抵抗効
果素子の使用前に着磁しておくと、準可逆的磁化過程の
実現には好ましい。また、上記磁性層と非磁性層の界面
の少なくとも一部において、エピタキシャル成長を生じ
させることにより、さらに高い磁気抵抗効果が得られる
。また、上エピタキシャル成長を生じさせるためには、
磁性層と非磁性層の格子定数の差が、磁性層の格子定数
を基準として、５％以下であることが重要である。 また、上記非磁性層の膜厚が４〜１０ｎｍの時に高い磁
気抵抗効果が得られる。また、上記磁性層の膜厚が２〜
１０ｎｍの時に高い磁気抵抗効果が得られる。また、上
記磁性層の保磁力が異なるとき、比較的高保磁力の磁性
層の磁化容易方向と比較的低保磁力の磁性層の磁化容易
方向とのなす角度を７５〜９０度とすることにより、高
周波特性の優れた多層磁気抵抗効果膜が得られる。また
、上記磁性層の異方性磁界が異なるとき、比較的高異方
性磁界の磁性層の磁化容易方向と比較的低異方性磁界の
磁性層の磁化容易方向とのなす角度を７５〜９０度とす
ることにより、高周波特性の優れた多層磁気抵抗効果膜
が得られる。また、上記多層磁気抵抗効果膜を用いると
、優れた特性の磁気抵抗効果素子が得られる。また、上
記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加することによ
り、感度の高い磁界領域で磁界方向の正負を判断できる
磁気抵抗効果素子が得られる。また、このバイアスに関
する技術は、強磁性トンネル素子にも適用できる。また
、上記磁気抵抗効果素子は、非可逆的磁化過程を示す場
合があり、このような場合には、磁気抵抗効果素子に外
部から磁界を印加する機構を加え、磁気抵抗効果素子を
イニシャライズすると良い。また、上記磁気抵抗効果素
子を磁気ヘッドに用いると、優れた特性の磁気ヘッドが
得られる。また、上記磁気ヘッドにおける、比較的低保
磁力、低異方性磁界の磁性層の磁化困難方向を磁気記録
媒体面の垂直方向に合わせることにより、高周波特性の
優れた磁気ヘッドが得られる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の一実施例を挙げ、図表を参照
しながらさらに具体的に説明する。

【００１０】（実施例１） 多層磁気抵抗効果膜の作製には真空蒸着法を用いた。到
達真空度は、１／１０８Ｐａ、膜形成速度は、０．２〜
０．６ｎｍ／ｓである。膜形成時には、膜面と平行に２
５０Ｏｅの磁界を印加した。基板にはコ−ニング社製７
０５９ガラスを用いた。形成した多層磁気抵抗効果膜の
断面構造を図１に示す。この図において、磁性層１１と
磁性層１２は保磁力が異なる。

【００１１】本実施例では、まず、従来例として、新庄
らによる、ジャ−ナル・オブ・ザ・フィジカル・ソサイ
エティ−・オブ・ジャパン（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔ
ｈｅ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｊａ
ｐａｎ）、第５９巻、第９号、３０６１〜３０６４ペ−
ジに記載の「磁界誘導した巨大フェリ磁性多層膜の大き
い磁気抵抗効果（Ｌａｒｇｅ　Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉ
ｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　Ｆｉｅｌｄ−Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｇ
ｉａｎｔ　Ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｍｕｌｔｉｌ
ａｙｅｒｓ）」の中で論じられていると同様の多層膜、
Ｃｏ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５ｎｍ）／Ｎｉ−Ｆｅ（３ｎｍ
）／Ｃｕ（５ｎｍ）を１０周期積層した。すなわち、磁
性層１１としてＣｏ、磁性層１２としてＮｉ−Ｆｅ系合
金、非磁性層１３としてＣｕを用いた。また、本発明と
して、Ｎｉ−Ｐｔ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５ｎｍ）／Ｎｉ−
Ｆｅ（３ｎｍ）／Ｃｕ（５ｎｍ）を１０周期積層した多
層膜を形成した。すなわち、磁性層１１としてＮｉ−Ｐ
ｔ系合金、磁性層１２としてＮｉ−Ｆｅ系合金、非磁性
層１３としてＣｕを用いた。 Ｎｉ−Ｆｅ系合金におけるＦｅ濃度は２０ａｔ％、Ｎｉ
−Ｐｔ系合金におけるＰｔ濃度は１８ａｔ％である。

【００１２】従来例の試料および本発明の試料の磁気抵
抗効果の測定結果を図２に示す。従来例の多層膜の磁気
抵抗効果２１の磁気抵抗変化率は５．０％であった。こ
の値は、上記文献での値よりも小さいが、これは、文献
では、多層膜を１５周期積層しているのに対し、本実施
例では１０周期しか積層していないこと、文献では、最
大３０００Ｏｅの磁界を印加して測定しているのに対し
、本実施例では、１００Ｏｅしか印加していないことな
どがあげられる。しかし、５％の磁気抵抗変化率は、現
在の実用材料であるパ−マロイの３％よりも大きい。

【００１３】上記のような多層膜では、以下に述べるよ
うな機構で磁気抵抗効果が生じる。多層磁気抵抗効果膜
は、図１のように、保磁力の異なる２種の磁性層を有す
る。まず、２種の磁性層の保磁力よりも高い磁界を負の
方向に印加すると、磁性層は２種とも磁気飽和する。こ
の状態を図３（ａ）に示す。この時、磁性層１１の磁化
３１と磁性層１２の磁化３２は同じ向きである。この状
態では、例えば、磁性層１１に存在する電子は、非磁性
層１３を通過し、磁性層１２に入射する時、あまり散乱
されず、従って電気抵抗が低い。また、磁性層１２に存
在する電子は、非磁性層１３を通過し、磁性層１１に入
射する時も同様である。この状態から、磁界を零にし、
さらに正の向きに印加すると、磁性層１２の磁化３２は
磁性層１２の保磁力で磁化反転し、磁界の向きに向く。 しかし、図３（ｂ）のように、磁性層１１の磁化３１は
、磁界が磁性層１１の保磁力よりも低いために磁化反転
せず、以前、元の向きを保っている。従って、磁性層１
１の磁化の向き３１と磁性層１２の磁化の向き３２は反
平行である。この状態では、例えば、磁性層１１に存在
する電子は、非磁性層１３を通過し、磁性層１２に入射
する時、散乱され、従って電気抵抗が高い。また、磁性
層１２に存在する電子は、非磁性層１３を通過し、磁性
層１１に入射する時も同様である。さらに磁界が高くな
り、磁性層１１の保磁力よりも高くなると、磁性層１１
の磁化の向き３１は反転し、磁性層１２の磁化の向き３
２と平行になり、再び、電気抵抗が減少する。

【００１４】本発明の多層膜の磁気抵抗効果２２も、上
記と同様の現象で生じると考えられる。しかし、本発明
の多層膜の磁気抵抗効果２２は従来例の多層膜の磁気抵
抗効果２１よりも大きい。これは、本発明の多層磁気抵
抗効果膜の磁性層が、Ｎｉ系合金を用いているため、磁
性層のフェルミ面でのバンド分極がＣｏを用いた時より
も大きく、磁化の向きが反平行の時の散乱確率が大きい
ためと思われる。また、後に述べるように、Ｎｉ系合金
とＣｕは、共に面心立方構造であり、格子定数も１．８
％程度の違いしかない。このため、磁性層と非磁性層の
界面でエピタキシャル成長が起こり、磁性層に欠陥が生
じにくく、欠陥による電子の散乱も生じにくいことも、
高磁気抵抗効果発現の原因のひとつであると思われる。 この現象から、磁性層としてＣｏあるいはＣｏ系合金、
非磁性層としてＣｕを用いる場合、Ｃｏ層の膜厚を比較
的薄くして、強制的にエピタキシャル成長を起こし、面
心立方構造としてしまう方法も考えられ、実際に、この
ような、多層磁気抵抗効果膜で、５．５％の磁気抵抗変
化率が得られている。

【００１５】なお、真空蒸着法以外の方法を用いても、
同様の膜構造が形成できれば、本実施例と同様の結果を
得ることができる。

【００１６】また、上記の実施例では、保磁力の異なる
磁性層を用いた多層磁気抵抗効果膜について述べたが、
異方性磁界の異なる磁性層を用いた場合も同様の効果が
ある。　　また、上記以外の材料でも、Ｎｉ系合金であ
れば、上記と同様の効果がある。

【００１７】（実施例２） 実施例１と同様の方法で、多層磁気抵抗効果膜を形成し
た。図１における、磁性層１１としては、膜厚３ｎｍの
Ｎｉ−１８ａｔ％Ｐｔ、磁性層１２としては、膜厚３ｎ
ｍのＮｉ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ａｇ，Ｎｉ
−Ａｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｇ，Ｎｉ−
Ｆｅ−Ａｕ系合金から選ばれる合金層を用い、非磁性層
１３としては、膜厚５ｎｍのＣｕを用いた。

【００１８】磁性層１２の材料による磁気抵抗効果の変
化を表１に示す。Ｎｉ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ
系合金におけるＣｕ，Ａｇ，Ａｕの濃度は約５ａｔ％で
ある。また、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ｆ
ｅ−Ａｇ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｕ系合金におけるＦｅの濃度
は２０ａｔ％、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕの濃度は約５ａｔ％で
ある。この表の様に、Ｎｉ−Ｆｅ系合金を用いるよりも
、Ｎｉ−Ｆｅ系合金にＣｕ，Ａｇ，Ａｕを添加した合金
を用いる方が高い磁気抵抗効果が得られる。また、Ｎｉ
を用いるよりも、ＮｉにＣｕ，Ａｇ，Ａｕを添加した合
金を用いる方が高い磁気抵抗効果が得られる。これは、
Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕを添加することにより、これらの元素
に電子がＮｉに供給され、Ｎｉのマジョリティバンドを
埋め、バンド分極がさらに大きくなったためと思われる
。

【００１９】なお、真空蒸着法以外の方法を用いても、
同様の膜構造が形成できれば、本実施例と同様の結果を
得ることができる。

【００２０】また、上記の実施例では、保磁力の異なる
磁性層を用いた多層磁気抵抗効果膜について述べたが、
異方性磁界の異なる磁性層を用いた場合も同様の効果が
ある。

【００２１】

【表１】

【００２２】（実施例３） 実施例１と同様の方法で、多層磁気抵抗効果膜を形成し
た。図１における、磁性層１１としては、膜厚３ｎｍの
Ｃｏ、磁性層１２としては、膜厚３ｎｍのＣｏ系非晶質
合金を用い、非磁性層１３としては、膜厚５ｎｍのＣｕ
を用いた。また、比較例として、磁性層１２にＮｉ−２
０ａｔ％Ｆｅ合金を用いた多層磁気抵抗効果膜も形成し
た。磁性層１２の材料の保磁力および材料による抵抗が
最大になる磁界Ｈｐの変化を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】この表のように、多層膜におけるＮｉ−２
０ａｔ％Ｆｅ合金層の保磁力は５．１Ｏｅである。これ
に対し、Ｃｏ系非晶質合金層の保磁力は、１．６〜２．
５Ｏｅと低い。Ｎｉ−Ｆｅ系合金層のような結晶質合金
層は、平滑でない層の上に形成した場合、結晶性が劣化
するために軟磁気特性が劣化することが多い。しかし、
Ｃｏ系非晶質合金層は、結晶構造を持たないために、平
滑でない層の上に形成した場合においても良好な軟磁気
特性が得られやすい。また、磁界中蒸着による磁気異方
性も付きやすい。このため、本実施例のような、多層磁
気抵抗効果膜においても、Ｃｏ系非晶質合金層は、比較
的保磁力が低いものと考えられる。

【００２５】また、Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金層を用い
た場合は、抵抗が最大になる磁界Ｈｐは３８Ｏｅである
。これに対し、Ｃｏ系非晶質合金層を用いた場合は、１
５〜２３Ｏｅと低くなる。これは、Ｃｏ系非晶質合金層
を用いた場合の方が、Ｎｉ−Ｆｅ系合金層を用いた場合
よりも、その層の保磁力が低いためである。

【００２６】以上述べたように、磁性層の少なくとも一
部にＣｏ系非晶質合金を用いると、比較的低い磁界で磁
気抵抗効果を示す多層膜が得られる。磁気ヘッドなどの
磁界センサに用いる場合は、低印加磁界で磁気抵抗効果
を示すことが好ましい。

【００２７】なお、真空蒸着法以外の方法を用いても、
同様の膜構造が形成できれば、本実施例と同様の結果を
得ることができる。

【００２８】また、上記の実施例では、保磁力の異なる
磁性層を用いた多層磁気抵抗効果膜について述べたが、
異方性磁界の異なる磁性層を用いた場合も同様の効果が
ある。　　また、磁性層の少なくとも一部にＣｏ系非晶
質合金を用いることにより、表２に示した以外の多層膜
においても、上記と同様の効果がある。

【００２９】（実施例４） 実施例１と同様の方法で、多層磁気抵抗効果膜を形成し
た。図１における、磁性層１１としては、膜厚３ｎｍの
Ｃｏ−２０ａｔ％Ｐｔ、磁性層１２としては、膜厚３ｎ
ｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金を用い、非磁性層１３と
しては、膜厚５ｎｍのＣｕを用いた。磁気抵抗効果の測
定前に、多層磁気抵抗効果膜の磁化容易方向に１０ｋＯ
ｅの磁界を印加し、その後、磁界を取り除いた。

【００３０】磁気抵抗効果の測定結果を図４に示す。こ
の図のように、実施例１での結果（図２）とは大きく異
なるグラフになる。これは、本実施例の磁性層１１が保
磁力８００Ｏｅを示す永久磁石であり、測定時に１００
Ｏｅ程度の磁界を印加しても磁化反転しないためである
。電気抵抗の変化量は、Ｎｉ−Ｆｅ系合金層の磁化変化
量に依存するため、抵抗変化曲線はＮｉ−Ｆｅ系合金層
の磁化曲線に似た形になる。

【００３１】図２のような抵抗変化曲線を示す多層膜で
は、一度、抵抗が最大になる磁界を大きく超えると、逆
の向きの大きな磁界を印加しなくては抵抗が変化しない
。磁界センサとしては、同じ磁界の大きさでは同じ抵抗
を示すことが必要である。従って、図２のような抵抗変
化を示す多層膜を、そのまま、センサに用いることはで
きない。

【００３２】これに対し、本実施例の多層磁気抵抗効果
膜は、図４のような準可逆的な抵抗変化を示すため磁界
センサとして用いることができる。また、保磁力あるい
は異方性磁界が低い磁性層１２の磁化困難方向に磁界を
印加すれば、磁性層１２の磁化過程は、ヒステリシスを
示さなくなり、従って、完全に可逆的な抵抗変化を示す
ようになる。このことから、多層磁気抵抗効果膜を磁界
センサに用いる場合は、少なくとも一部の磁性層に永久
磁石を用い、上記永久磁石を着磁することが好ましい。 また、軟磁性層の磁化困難方向に外部磁界がかかるよう
に磁界センサを用いることは、磁界センサとして、さら
に好ましい。

【００３３】また、磁気ヘッドに入射する磁界の大きさ
は、１００Ｏｅ以下と考えられ、このことから、上記永
久磁石の保磁力は１００Ｏｅ以上であることが望ましい
。

【００３４】なお、真空蒸着法以外の方法を用いても、
同様の膜構造が形成できれば、本実施例と同様の結果を
得ることができる。

【００３５】また、上記の実施例では、保磁力の異なる
磁性層を用いた多層磁気抵抗効果膜について述べたが、
異方性磁界の異なる磁性層を用いた場合も同様の効果が
ある。　　また、Ｃｏ−２０ａｔ％Ｐｔ以外の永久磁石
を用いても、上記と同様の効果がある。

【００３６】また、本発明の多層磁気抵抗効果膜を磁気
抵抗効果素子にもちいるときは、高周波で高い磁気抵抗
効果を要求される場合がある。この時は、比較的低保磁
力の層においては、高周波特性の優れている磁化困難方
向に磁界が入るようにする。また、高保磁力の層につい
ては、磁化の向きが変化しない方が好ましいため、角形
比の優れている磁化容易方向に磁界が入るようにするこ
とが好ましい。すなわち、比較的低保磁力の層と高保磁
力の層の磁化容易方向は、ほぼ直角であることが好まし
い。この時、両層の磁化容易方向のなす角度が７５〜９
０度であれば、実質的に、ほぼ角度が垂直である場合と
同様の効果がある。また、この効果は、両層の異方性磁
界が異なるタイプの多層磁気抵抗効果膜にもあてはまる
。

【００３７】（実施例５） 実施例１と同様の方法で、多層磁気抵抗効果膜を形成し
た。図１における、磁性層１１としては、膜厚３ｎｍの
Ｃｏ、磁性層１２としては、膜厚３ｎｍのＮｉ−Ｆｅ系
合金を用い、非磁性層１３としては、膜厚５ｎｍの各種
金属を用いた。非磁性層１３の材料による磁気抵抗変化
率の変化を表３に示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】この表にみられるように、非磁性層の材料
により、磁気抵抗変化率は大きく変化する。この原因に
ついて調べるために、多層膜断面の透過型電子顕微鏡観
察を行った。その結果、非磁性層としてＣｕを用いた場
合についてのみ、非磁性層とＮｉ−Ｆｅ系合金層の間で
、明瞭なエピタキシャル成長が認められた。エピタキシ
ャル成長と磁気抵抗変化率との関係は、以下のように考
えられる。

【００４０】磁性層と非磁性層の界面でエピタキシャル
成長が生じないと、界面での原子の配列が不連続になり
、格子欠陥を生じる。電子は、結晶の欠陥が存在すると
、そこで散乱される。この散乱は抵抗を増加させる。 従って、欠陥が多いと、磁化の向きに関係なく、常時、
電気抵抗が高くなり、磁化の向きによる抵抗の変化が、
相対的に小さくなる。このため、磁気抵抗効果が小さく
観測されるようになる。表３のように、Ａｇ，Ａｕ，Ａ
ｌなどは格子不整合（ここで格子不整合は、非磁性層の
格子定数と磁性層の格子定数の差を磁性層の格子定数で
除した値と定義する）が大きく、このため、エピタキシ
ャル成長しない。

【００４１】これに対し、Ｎｉ−Ｆｅ系合金とＣｕは、
共に面心立方構造であり、格子定数も１．８％程度の違
いしかない。このため、磁性層と非磁性層の界面でエピ
タキシャル成長が起こり、磁性層に欠陥が生じにくい。 欠陥による散乱がない場合は、磁化の向きによる抵抗変
化が効率良く観測されるものと考えられる。

【００４２】また、上記の機構とは別に、界面の局所的
な磁化の向きも、格子欠陥により影響を受けると考えら
れ、エピタキシャル成長が生じ、欠陥の少ないことは、
この点でも高い磁気抵抗効果を得るのに有利である。

【００４３】以上、述べたように、非磁性層と磁性層の
界面の少なくとも一部で、エピタキシャル成長を起こさ
せることは、高磁気抵抗効果を得るのに対して好ましい
。

【００４４】（実施例６） 実施例１と同様の方法で、多層磁気抵抗効果膜を形成し
た。図１における、磁性層１１としては、膜厚３ｎｍの
Ｃｏ、磁性層１２としては、膜厚３ｎｍのＮｉ−Ｆｅ系
合金を用い、非磁性層１３としては、膜厚５ｎｍのＣｕ
−Ａｕ系合金を用いた。Ｃｕの格子定数を変化させるた
めに、Ａｕを添加した。Ｃｕ−Ａｕ系合金とＮｉ−Ｆｅ
系合金の格子不整合と磁気抵抗変化率との関係を図５に
示す。この図のように、格子不整合が小さい方が磁気抵
抗変化率が大きい。４％以上の磁気抵抗変化率を得るた
めには、格子不整合を５％以下にすることが要求される
。これは、格子不整合が５％より大きくなると、エピタ
キシャル成長しないためと思われる。

【００４５】（実施例７） 実施例１と同様の方法で、多層磁気抵抗効果膜を形成し
た。図１における、磁性層１１としては、膜厚３ｎｍの
Ｃｏ、磁性層１２としては、膜厚３ｎｍのＣｏ９２Ｔａ
５Ｚｒ３合金を用い、非磁性層１３としてはＣｕを用い
た。非磁性層１３の膜厚による磁気抵抗変化率の変化を
図６に示す。この図のように、膜厚が５ｎｍの時に磁気
抵抗変化率が最大である。膜厚がこれより薄くなると、
磁気抵抗変化率が急激に減少する。これは、非磁性層が
不連続になり、非磁性層の上下の磁性層がつながってし
まうためと考えられる。また、膜厚が５ｎｍより厚くな
っても、磁気抵抗変化率が減少する。これは、非磁性層
が厚くなると、非磁性層を通過する電子のスピン成分が
失われるようになるためと考えられる。スピン成分が、
全く失われると、電気抵抗は磁性層の磁化の向きに依存
しなくなる。

【００４６】以上述べたように、非磁性層の厚さは、薄
すぎても、厚すぎても好ましくない。４％以上の磁気抵
抗変化率が得られる膜厚は、４〜１０ｎｍである。

【００４７】非磁性層の膜厚と磁気抵抗変化率との関係
は、磁性層、非磁性層の種類が異なっても、上記とほぼ
同様の傾向を示す。

【００４８】（実施例８） 実施例１と同様の方法で、多層磁気抵抗効果膜を形成し
た。図１における、磁性層１１としてはＣｏ、磁性層１
２としてはＣｏ９２Ｔａ５Ｚｒ３合金を用い、非磁性層
１３としては、膜厚５ｎｍのＣｕを用いた。磁性層１１
と磁性層１２の膜厚は、常に同じ値とし、磁性層の膜厚
を変化させた。磁性層の膜厚と磁気抵抗変化率との関係
を図７に示す。この図のように、磁性層の膜厚が３ｎｍ
の時に、最大の磁気抵抗変化率が得られた。膜厚がこれ
より薄くなると、磁気抵抗変化率が急激に減少する。こ
れは、磁性層が不連続になり、磁性層の上下の非磁性層
がつながってしまうためと考えられる。また、膜厚が３
ｎｍより厚くなっても、磁気抵抗変化率が減少する。

【００４９】以上述べたように、磁性層の厚さは、薄す
ぎても、厚すぎても好ましくない。４％以上の磁気抵抗
変化率が得られる膜厚は、２〜１０ｎｍである。

【００５０】磁性層の膜厚と磁気抵抗変化率との関係は
、磁性層、非磁性層の種類が異なっても、上記とほぼ同
様の傾向を示す。

【００５１】（実施例９） 本発明の、多層磁気抵抗効果膜を用いた磁気抵抗効果を
作製した。多層磁気抵抗効果膜の構造は、図１における
、磁性層１１として、膜厚３ｎｍのＣｏ、磁性層１２と
して、膜厚３ｎｍのＣｏ９２Ｔａ５Ｚｒ３合金を用い、
非磁性層１３としては膜厚５ｎｍのＣｕを用いた。この
磁気抵抗効果素子の磁界による抵抗変化は図２と同様の
傾向になる。従って、磁界が零の近傍では、単位磁界に
よる抵抗変化量が小さい。このため、本発明では、磁気
抵抗効果素子にバイアス磁界を印加した。バイアス磁界
の量は、２０Ｏｅとした。この結果、磁気抵抗効果素子
に入る磁界の量が零に近くても、十分な単位磁界当りの
抵抗変化量が得られた。また、この素子における出力に
よって、磁界の向きの正負を判断できる。

【００５２】また、２層以上の磁性層と絶縁層を積層し
た強磁性トンネル素子においても、上述と同様の技術が
利用できる。

【００５３】また、図２のような抵抗変化曲線を示す多
層膜では、一度、抵抗が最大になる磁界を大きく超える
と、逆の向きの大きな磁界を印加しなくては抵抗が変化
しない。この問題を解決するために、さらに、外部から
２５０Ｏｅの磁界を印加する機構を備えた機構を有する
磁気抵抗効果素子を作製した。この結果、一度、抵抗が
最大になる磁界を大きく超えても、元の状態に戻すこと
のできる磁気抵抗効果素子が得られた。

【００５４】（実施例１０） 実施例９に記載の磁気抵抗効果素子を用い、磁気ヘッド
を作製した。磁気ヘッドの構造を以下に示す。第８図は
、記録再生分離型ヘッドの一部分を切断した場合の斜視
図である。磁気抵抗効果素子４１をシ−ルド層４２，４
３で挾んだ部分が再生ヘッドとして働き、コイル４４を
挾む２つの記録磁極４５，４６の部分が記録ヘッドとし
て働く。磁気抵抗効果素子４１は実施例９に記載の多層
磁気抵抗効果膜、絶縁層４７および永久磁石層４９から
なる。以下にこのヘッドの作製方法を示す。

【００５５】Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＣを主成分とする焼結体
をスライダ用の基体４８とした。シ−ルド層、記録磁極
にはスパッタ法で形成したＮｉ−Ｆｅ合金を用いた。各
磁性膜の膜厚は、以下のようにした。上下のシ−ルド層
４２，４３は１．０μｍ、記録磁極４５，４６は３．０
μｍ、多層磁気抵抗効果膜全体の膜厚は１６０ｎｍとし
た。絶縁層４７には、スパッタにで形成した膜厚２０ｎ
ｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。永久磁石層４９には、膜厚５
０ｎｍのＣｏ−２０ａｔ％Ｐｔ層を用いた。各層間のギ
ャップ材としてはスパッタにで形成したＡｌ２Ｏ３を用
いた。ギャップ層の膜厚は、シ−ルド層と磁気抵抗効果
素子間で０．２μｍ、記録磁極間では０．４μｍとした
。 さらに再生ヘッドと記録ヘッドの間隔は約４μｍとし、
このギャップもＡｌ２Ｏ３で形成した。コイル４４には
膜厚３μｍのＣｕを使用した。

【００５６】以上述べた構造の磁気ヘッドで記録再生を
行ったところ、高い再生出力を得た。これは、本発明の
磁気ヘッドに高磁気抵抗効果を示す多層膜を用いたため
と考えられる。

【００５７】なお、磁気ヘッドとしては、高周波特性の
優れていることが必要であり、このためには、比較的保
磁力あるいは異方性磁界の低い層の磁化困難方向を磁気
記録媒体面に垂直にすることが好ましい。

【００５８】上記実施例ではバイアス法としては永久磁
石を用いた場合を示したが、通常の磁気抵抗効果型ヘッ
ドで知られているシャントバイアス、ソフトバイアス、
相互バイアスなど別のバイアス法を使用しても同様な効
果が得られる。

【００５９】

【発明の効果】上述のように、磁性層と非磁性層を積層
した多層膜において、保磁力あるいは異方性磁界の異な
る２種以上の磁性層を有することにより、磁気抵抗効果
が観測されるが、上記磁性層として、ＮｉあるいはＮｉ
系合金を用いることにより、比較的高い磁気抵抗効果を
示す多層磁気抵抗効果膜が得られる。また、上記、Ｎｉ
系合金をＮｉ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ，Ｎｉ−
Ｆｅ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｇ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｕ系合
金とすると、さらに高い磁気抵抗効果を得ることができ
る。また、上記磁性層の一部にＣｏ系非晶質合金を用い
ると、低磁界印加で、磁気抵抗効果を示す多層磁気抵抗
効果膜が得られる。また、上記磁性層の一部に、永久磁
石を用いると、磁化過程が準可逆的になり、磁界センサ
として好ましい特性が得られる。また、上記永久磁石の
保磁力は、磁気ヘッドに印加される磁界を考えると、１
００Ｏｅ以上が好ましい。また、上記永久磁石は、磁気
抵抗効果素子の使用前に着磁しておくと、準可逆的磁化
過程の実現には好ましい。また、上記磁性層と非磁性層
の界面の少なくとも一部において、エピタキシャル成長
を生じさせることにより、さらに高い磁気抵抗効果が得
られる。また、上エピタキシャル成長を生じさせるため
には、磁性層と非磁性層の格子定数の差が、磁性層の格
子定数を基準として、５％以下であることが重要である
。また、上記非磁性層の膜厚が４〜１０ｎｍの時に高い
磁気抵抗効果が得られる。また、上記磁性層の膜厚が２
〜１０ｎｍの時に高い磁気抵抗効果が得られる。また、
上記磁性層の保磁力が異なるとき、比較的高保磁力の磁
性層の磁化容易方向と比較的低保磁力の磁性層の磁化容
易方向とのなす角度を７５〜９０度とすることにより、
高周波特性の優れた多層磁気抵抗効果膜が得られる。ま
た、上記磁性層の異方性磁界が異なるとき、比較的高異
方性磁界の磁性層の磁化容易方向と比較的低異方性磁界
の磁性層の磁化容易方向とのなす角度を７５〜９０度と
することにより、高周波特性の優れた多層磁気抵抗効果
膜が得られる。また、上記多層磁気抵抗効果膜を用いる
と、優れた特性の磁気抵抗効果素子が得られる。 また、上記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する
ことにより、感度の高い磁界領域で磁界方向の正負を判
断できる磁気抵抗効果素子が得られる。また、このバイ
アスに関する技術は、強磁性トンネル素子にも適用でき
る。また、上記磁気抵抗効果素子は、非可逆的磁化過程
を示す場合があり、このような場合には、磁気抵抗効果
素子に外部から磁界を印加する機構を加え、磁気抵抗効
果素子をイニシャライズすると良い。また、上記磁気抵
抗効果素子を磁気ヘッドに用いると、優れた特性の磁気
ヘッドが得られる。また、上記磁気ヘッドにおける、比
較的低保磁力、低異方性磁界の磁性層の磁化困難方向を
磁気記録媒体面の垂直方向に合わせることにより、高周
波特性の優れた磁気ヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層磁気抵抗効果膜の縦断面図。

【図２】多層磁気抵抗効果膜の磁気抵抗効果を示すグラ
フ図。

【図３】多層膜の磁化過程と磁気抵抗効果との関係を示
す模式図。

【図４】一部に永久磁石層を用いた多層磁気抵抗効果膜
の磁気抵抗効果を示すグラフ図。

【図５】本発明の多層磁気抵抗効果膜における磁性層と
非磁性層の格子不整合と磁気抵抗変化率との関係を示す
グラフ図。

【図６】本発明の多層磁気抵抗効果膜の非磁性層の膜厚
と磁気抵抗変化率との関係を示すグラフ図。

【図７】本発明の多層磁気抵抗効果膜の磁性層の膜厚と
磁気抵抗変化率との関係を示すグラフ図。

【図８】本発明の磁気ヘッドの構造を示す斜視図。

【符号の説明】

１１．磁性層 １２．磁性層 １３．非磁性層 ２１．従来例の多層膜の磁気抵抗効果 ２２．本発明の多層膜の磁気抵抗効果 ３１．磁性層１１の磁化 ３２．磁性層１２の磁化 ４１．磁気抵抗効果素子 ４２，４３．シ−ルド層 ４４．コイル ４５，４６．記録磁極 ４７．絶縁層 ４８．基体 ４９．永久磁石層

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＮｉあるいはＮｉ系合金よりなる磁性層と
   非磁性層を積層した多層膜において、上記磁性層は保磁
   力および異方性磁界から選ばれる少なくともひとつの磁
   気特性が異なる２種以上の磁性層を含むことを特徴とす
   る多層磁気抵抗効果膜。
2. 【請求項２】請求項１に記載の多層磁気抵抗効果膜にお
   いて、前記Ｎｉ系合金がＮｉ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ａｇ，Ｎｉ
   −Ａｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｇ，Ｎｉ−
   Ｆｅ−Ａｕ系合金からなる群から選ばれる少なくとも１
   種であることを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
3. 【請求項３】磁性層と非磁性層を積層した多層膜におい
   て、保磁力および異方性磁界から選ばれる少なくともひ
   とつの磁気特性が他と異なる磁性層を少なくとも一層含
   み、上記磁性層の少なくとも一部がＣｏ系非晶質合金で
   あることを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
4. 【請求項４】磁性層と非磁性層を積層した多層膜におい
   て、保磁力および異方性磁界から選ばれる少なくともひ
   とつの磁気特性が他と異なる磁性層を少なくとも一層含
   み、上記磁性層の少なくとも一部が永久磁石であること
   を特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
5. 【請求項５】請求項４に記載の多層磁気抵抗効果膜にお
   いて、前記永久磁石の保磁力が１００Ｏｅ以上であるこ
   とを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
6. 【請求項６】請求項４または５に記載の多層磁気抵抗効
   果膜において、多層磁気抵抗効果膜中の永久磁石に磁界
   を印加し、着磁したことを特徴とする多層磁気抵抗効果
   膜。
7. 【請求項７】請求項１〜６のうちいずれかに記載の多層
   磁気抵抗効果膜において、磁性層と非磁性層の界面の少
   なくとも一部において、エピタキシャル成長が生じてい
   ることを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
8. 【請求項８】請求項７に記載の多層磁気抵抗効果膜にお
   いて、磁性層の少なくとも一部と非磁性層の少なくとも
   一部の格子定数の差が５％以下であることを特徴とする
   多層磁気抵抗効果膜。
9. 【請求項９】請求項１〜８のうちいずれかに記載の多層
   磁気抵抗効果膜において、前記非磁性層の膜厚が４〜１
   ０ｎｍであることを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
10. 【請求項１０】請求項１〜９のうちいずれかに記載の多
    層磁気抵抗効果膜において、前記磁性層の膜厚が２〜１
    ０ｎｍであることを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０のうちいずれかに記載の
    多層磁気抵抗効果膜において、比較的低保磁力である磁
    性層と比較的高保磁力である磁性層の２種の磁性層を有
    し、該２種の磁性層の磁化容易方向のなす角度が７５〜
    ９０度であることを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
12. 【請求項１２】請求項１〜１０のうちいずれかに記載の
    多層磁気抵抗効果膜において、比較的低異方性磁界であ
    る磁性層と比較的高異方性磁界である磁性層の２種の磁
    性層を有し、該２種の磁性層の磁化容易方向のなす角度
    が７５〜９０度であることを特徴とする多層磁気抵抗効
    果膜。
13. 【請求項１３】請求項１〜１２のうちいずれかに記載の
    多層磁気抵抗効果膜を少なくとも一部に用いた磁気抵抗
    効果素子。
14. 【請求項１４】請求項１３に記載の磁気抵抗効果素子に
    バイアス磁界を印加したことを特徴とする磁気抵抗効果
    素子。
15. 【請求項１５】２層以上の磁性層と絶縁層を積層した強
    磁性トンネル素子において、保磁力および異方性磁界か
    ら選ばれる少なくともひとつの磁気特性が他の磁性層と
    異なる磁性層を少なくとも一層含み、強磁性トンネル素
    子にバイアス磁界を印加する手段を有することを特徴と
    する磁気抵抗効果素子。
16. 【請求項１６】請求項１３〜１５のうちいずれかに記載
    の磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗効果膜に外部磁
    界を印加する機構を持った磁気抵抗効果素子。
17. 【請求項１７】請求項１３〜１６のうちいずれかに記載
    の磁気抵抗効果素子を少なくとも一部に用いた磁気ヘッ
    ド。
18. 【請求項１８】請求項１７に記載の磁気ヘッドにおいて
    、比較的低保磁力あるいは比較的低異方性磁界である磁
    性層の磁化困難方向が磁気記録媒体面に垂直であること
    を特徴とする磁気ヘッド。