JPH07129928A - 磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents
磁気抵抗効果ヘッドInfo
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- JPH07129928A JPH07129928A JP20995494A JP20995494A JPH07129928A JP H07129928 A JPH07129928 A JP H07129928A JP 20995494 A JP20995494 A JP 20995494A JP 20995494 A JP20995494 A JP 20995494A JP H07129928 A JPH07129928 A JP H07129928A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大きな磁気抵抗変化率を再現性よく得ること
を可能にした磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【構成】 Co基磁性合金からなる一対の磁性層１、２間
に非磁性中間層３を配置した 3層積層構造のスピンバル
ブ膜４を具備する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、一対の
磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1 ≧
ｄ2 ））を 3≦ｄ1 ≦ 7、 3≦ｄ2 ≦ 7および 0≦（ｄ
1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満足させる。さらに、一対の
磁性層のうち、外部磁界により磁化方向が変化する磁性
層に接して高抵抗の軟磁性層を設け、この軟磁性層とそ
れに接する磁性層との膜厚の合計（ｄf ）を 5〜40nmの
範囲とする。 5層積層構造のスピンバルブ膜を具備する
磁気抵抗効果ヘッドにおいても、同様に外側の 2つの磁
性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 (nm)）を上記条件を満足させ
る。
を可能にした磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【構成】 Co基磁性合金からなる一対の磁性層１、２間
に非磁性中間層３を配置した 3層積層構造のスピンバル
ブ膜４を具備する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、一対の
磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1 ≧
ｄ2 ））を 3≦ｄ1 ≦ 7、 3≦ｄ2 ≦ 7および 0≦（ｄ
1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満足させる。さらに、一対の
磁性層のうち、外部磁界により磁化方向が変化する磁性
層に接して高抵抗の軟磁性層を設け、この軟磁性層とそ
れに接する磁性層との膜厚の合計（ｄf ）を 5〜40nmの
範囲とする。 5層積層構造のスピンバルブ膜を具備する
磁気抵抗効果ヘッドにおいても、同様に外側の 2つの磁
性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 (nm)）を上記条件を満足させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スピンバルブ膜を有す
る磁気抵抗効果ヘッドに関する。
る磁気抵抗効果ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、磁気記録媒体に記録された情報
の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録
媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電
磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法によっ
て行われている。また、情報を読み出す場合に、磁気抵
抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）を用いること
も知られている(IEEE MAG-7,150(1971) 等参照）。
の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録
媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電
磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法によっ
て行われている。また、情報を読み出す場合に、磁気抵
抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）を用いること
も知られている(IEEE MAG-7,150(1971) 等参照）。
【０００３】ＭＲヘッドは、ある種の強磁性体の電気抵
抗が外部磁界の強さに応じて変化するという現象を利用
したものであり、磁気記録媒体用の高感度ヘッドとして
知られている。近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が
進められ、情報読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記
録媒体との相対速度が小さくなってきている。このた
め、小さい相対速度であっても大きな出力が取り出せる
ＭＲヘッドへの期待が高まっている。
抗が外部磁界の強さに応じて変化するという現象を利用
したものであり、磁気記録媒体用の高感度ヘッドとして
知られている。近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が
進められ、情報読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記
録媒体との相対速度が小さくなってきている。このた
め、小さい相対速度であっても大きな出力が取り出せる
ＭＲヘッドへの期待が高まっている。
【０００４】従来、ＭＲヘッドの外部磁界を感知して抵
抗が変化する部分（以下、ＭＲエレメントと呼ぶ）に
は、 Ni-Fe合金いわゆるパーマロイ系合金が使用されて
きた。しかし、パーマロイ系合金は、良好な軟磁気特性
を有するものでも、磁気抵抗変化率が最大で3%程度であ
り、小型・大容量化された磁気記録媒体用のＭＲエレメ
ントとしては、パーマロイ系合金は磁気抵抗変化率が不
十分である。このため、ＭＲエレメント材料として、よ
り高感度な磁気抵抗効果を示すものが望まれている。
抗が変化する部分（以下、ＭＲエレメントと呼ぶ）に
は、 Ni-Fe合金いわゆるパーマロイ系合金が使用されて
きた。しかし、パーマロイ系合金は、良好な軟磁気特性
を有するものでも、磁気抵抗変化率が最大で3%程度であ
り、小型・大容量化された磁気記録媒体用のＭＲエレメ
ントとしては、パーマロイ系合金は磁気抵抗変化率が不
十分である。このため、ＭＲエレメント材料として、よ
り高感度な磁気抵抗効果を示すものが望まれている。
【０００５】このような要望に対して、 Fe/Crや Co/Cu
のように、強磁性金属膜と非磁性金属膜とをある条件で
交互に積層して、近接する強磁性金属膜間を反強磁性結
合せしめた多層膜、いわゆる人工格子膜においては、巨
大な磁気抵抗効果が現れることが確認されている。人工
格子膜によれば、最大で100%を超える大きな磁気抵抗変
化率を示すことが報告されている（Phys.Rev.Lett.,Vo
l.61,2474(1988)、Phys．Rev.Lett.,Vol.64,2304(1990)
等参照）。しかし、人工格子膜は、その飽和磁界が高
いために、ＭＲエレメントには不向きである。
のように、強磁性金属膜と非磁性金属膜とをある条件で
交互に積層して、近接する強磁性金属膜間を反強磁性結
合せしめた多層膜、いわゆる人工格子膜においては、巨
大な磁気抵抗効果が現れることが確認されている。人工
格子膜によれば、最大で100%を超える大きな磁気抵抗変
化率を示すことが報告されている（Phys.Rev.Lett.,Vo
l.61,2474(1988)、Phys．Rev.Lett.,Vol.64,2304(1990)
等参照）。しかし、人工格子膜は、その飽和磁界が高
いために、ＭＲエレメントには不向きである。
【０００６】一方、強磁性膜／非磁性膜／強磁性膜のサ
ンドイッチ構造の多層膜で、強磁性膜が反強磁性結合し
ない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告
されている。すなわち、非磁性膜を挟んだ 2つの強磁性
膜の一方に、交換バイアスを及ぼして磁化を固定してお
き、他方の強磁性膜を外部磁界により磁化反転させる。
これにより、非磁性膜を挟んで配置された 2つの強磁性
膜の磁化方向の相対的な角度を変化させることによっ
て、大きな磁気抵抗効果が得られる。このようなタイプ
の多層膜は、スピンバルブ膜と呼ばれている(Phys.Rev.
B.,Vol.45,806(1992）、J.Appl.Phys.,Vol.69, 4774(19
91) 等参照）。スピンバルブ膜の磁気抵抗変化率は、人
工格子膜に比べて小さいものの、低磁場で磁化を飽和さ
せることができるため、ＭＲエレメントに適している。
スピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドには、実用上大きな
期待が寄せられている。
ンドイッチ構造の多層膜で、強磁性膜が反強磁性結合し
ない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告
されている。すなわち、非磁性膜を挟んだ 2つの強磁性
膜の一方に、交換バイアスを及ぼして磁化を固定してお
き、他方の強磁性膜を外部磁界により磁化反転させる。
これにより、非磁性膜を挟んで配置された 2つの強磁性
膜の磁化方向の相対的な角度を変化させることによっ
て、大きな磁気抵抗効果が得られる。このようなタイプ
の多層膜は、スピンバルブ膜と呼ばれている(Phys.Rev.
B.,Vol.45,806(1992）、J.Appl.Phys.,Vol.69, 4774(19
91) 等参照）。スピンバルブ膜の磁気抵抗変化率は、人
工格子膜に比べて小さいものの、低磁場で磁化を飽和さ
せることができるため、ＭＲエレメントに適している。
スピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドには、実用上大きな
期待が寄せられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、サンドイッ
チ構造を有するスピンバルブ膜では、磁気抵抗効果を起
こす部分の総膜厚が薄く、ＭＲエレメント表面での電子
の散乱の寄与が大きいため、特に強磁性膜からなる磁性
層の膜厚に対する磁気抵抗変化率の依存性が大きい。従
って、スピンバルブ膜を用いて磁気抵抗効果ヘッドを作
製する際には、磁性層における材料の選択と膜厚設定が
重要となる。しかし、これまでのところ、磁性層の材料
と膜厚に対する具体的な指針は見出されていない。この
ため、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜構造は開発されておらず、スピンバルブ膜を
用いたＭＲヘッドは現在まで実用化に至っていない。
チ構造を有するスピンバルブ膜では、磁気抵抗効果を起
こす部分の総膜厚が薄く、ＭＲエレメント表面での電子
の散乱の寄与が大きいため、特に強磁性膜からなる磁性
層の膜厚に対する磁気抵抗変化率の依存性が大きい。従
って、スピンバルブ膜を用いて磁気抵抗効果ヘッドを作
製する際には、磁性層における材料の選択と膜厚設定が
重要となる。しかし、これまでのところ、磁性層の材料
と膜厚に対する具体的な指針は見出されていない。この
ため、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜構造は開発されておらず、スピンバルブ膜を
用いたＭＲヘッドは現在まで実用化に至っていない。
【０００８】一方、磁気記録媒体の記録密度は急速に向
上しており、それに伴って線記録密度も向上している。
このような信号磁界を読み取るためには、ＭＲヘッドの
線分解能を上げる必要がある。一般的なシールドタイプ
のＭＲヘッドにおいては、シールド層とＭＲエレメント
との間隔（ギャップ幅）を小さくすることにより、線分
解能を高めることができる。しかし、単にギャップ幅を
小さくしたのでは、スピンバルブ膜による磁気抵抗変化
率が低下してしまう。そこで、線分解能の向上を図った
上で、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜を用いたＭＲエレメントの開発が望まれてい
る。
上しており、それに伴って線記録密度も向上している。
このような信号磁界を読み取るためには、ＭＲヘッドの
線分解能を上げる必要がある。一般的なシールドタイプ
のＭＲヘッドにおいては、シールド層とＭＲエレメント
との間隔（ギャップ幅）を小さくすることにより、線分
解能を高めることができる。しかし、単にギャップ幅を
小さくしたのでは、スピンバルブ膜による磁気抵抗変化
率が低下してしまう。そこで、線分解能の向上を図った
上で、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜を用いたＭＲエレメントの開発が望まれてい
る。
【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、スピンバルブ膜を用いて、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得ることを可能にした磁気抵
抗効果ヘッドを提供することを目的としている。本発明
の他の目的は、線分解能の向上を図った上で、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得ることを可能にしたスピン
バルブ膜を用いた磁気抵抗効果ヘッドを提供することに
ある。
になされたもので、スピンバルブ膜を用いて、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得ることを可能にした磁気抵
抗効果ヘッドを提供することを目的としている。本発明
の他の目的は、線分解能の向上を図った上で、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得ることを可能にしたスピン
バルブ膜を用いた磁気抵抗効果ヘッドを提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果ヘ
ッドにおいて、請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドは、
少なくともCoを含む磁性合金からなる一対の磁性層と、
一対の磁性層間に配置された非磁性中間層とを有する 3
層積層構造のスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘ
ッドであって、一対の磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)
（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3≦ｄ1 ≦ 7、 3
≦ｄ2 ≦ 7、および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を
満足することを特徴としている。
ッドにおいて、請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドは、
少なくともCoを含む磁性合金からなる一対の磁性層と、
一対の磁性層間に配置された非磁性中間層とを有する 3
層積層構造のスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘ
ッドであって、一対の磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)
（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3≦ｄ1 ≦ 7、 3
≦ｄ2 ≦ 7、および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を
満足することを特徴としている。
【００１１】請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドは、少
なくともCoを含む磁性合金からなる一対の磁性層と、前
記一対の磁性層間に配置された非磁性中間層とを有する
3層積層構造のスピンバルブ膜と、一対の磁性層のう
ち、外部磁界により磁化方向が変化する磁性層に接して
設けられ、この磁性層より高い抵抗を有する軟磁性層と
を具備する磁気抵抗効果ヘッドであって、一対の磁性層
の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）、軟磁
性層とこの軟磁性層に接する磁性層との膜厚の合計をｄ
f (nm)としたとき、 1≦ｄ1 ≦ 7、 1≦ｄ2 ≦ 7、 0≦
（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40、および 5≦ｄf ≦40を満
足することを特徴としている。
なくともCoを含む磁性合金からなる一対の磁性層と、前
記一対の磁性層間に配置された非磁性中間層とを有する
3層積層構造のスピンバルブ膜と、一対の磁性層のう
ち、外部磁界により磁化方向が変化する磁性層に接して
設けられ、この磁性層より高い抵抗を有する軟磁性層と
を具備する磁気抵抗効果ヘッドであって、一対の磁性層
の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）、軟磁
性層とこの軟磁性層に接する磁性層との膜厚の合計をｄ
f (nm)としたとき、 1≦ｄ1 ≦ 7、 1≦ｄ2 ≦ 7、 0≦
（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40、および 5≦ｄf ≦40を満
足することを特徴としている。
【００１２】請求項８記載の磁気抵抗効果ヘッドは、少
なくともCoを含む磁性合金からなる3つの磁性層と、 3
つの磁性層間にそれぞれ配置された 2つの非磁性中間層
とを有する 5層積層構造のスピンバルブ膜を具備する磁
気抵抗効果ヘッドであって、3つの磁性層のうち、外側
の 2つの磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1
≧ｄ2 ）としたとき、 3≦ｄ1 ≦ 7、 3≦ｄ2 ≦ 7、お
よび 0≦（ｄ1 −ｄ2）／ｄ1 ≦0.40を満足することを
特徴としている。さらに、上記請求項８記載の磁気抵抗
効果ヘッドにおいて、 3つの磁性層のうち、中央の磁性
層の膜厚をｄ3(nm)としたとき、 1≦ｄ3 ≦ 2/3ｄ1 を
満足することを特徴としている。
なくともCoを含む磁性合金からなる3つの磁性層と、 3
つの磁性層間にそれぞれ配置された 2つの非磁性中間層
とを有する 5層積層構造のスピンバルブ膜を具備する磁
気抵抗効果ヘッドであって、3つの磁性層のうち、外側
の 2つの磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1
≧ｄ2 ）としたとき、 3≦ｄ1 ≦ 7、 3≦ｄ2 ≦ 7、お
よび 0≦（ｄ1 −ｄ2）／ｄ1 ≦0.40を満足することを
特徴としている。さらに、上記請求項８記載の磁気抵抗
効果ヘッドにおいて、 3つの磁性層のうち、中央の磁性
層の膜厚をｄ3(nm)としたとき、 1≦ｄ3 ≦ 2/3ｄ1 を
満足することを特徴としている。
【００１３】
【作用】請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて
は、まず一対の磁性層をCoを含む磁性合金により構成し
ているため、磁気抵抗効果に影響を及ぼすバルク効果と
界面効果の両方を大きくすることができる。また、一対
の磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 (nm)）を 3≦ｄ1 ≦ 7、 3
≦ｄ2 ≦ 7および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満
足させているため、膜厚的に大きな磁気抵抗変化率（以
下、ＭＲ変化率と呼ぶ）が得られると共に、磁性層と非
磁性中間層との界面が中央付近に位置するため、これに
よってもＭＲ変化率を増大させることができる。これら
により、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることが可能
となる。
は、まず一対の磁性層をCoを含む磁性合金により構成し
ているため、磁気抵抗効果に影響を及ぼすバルク効果と
界面効果の両方を大きくすることができる。また、一対
の磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 (nm)）を 3≦ｄ1 ≦ 7、 3
≦ｄ2 ≦ 7および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満
足させているため、膜厚的に大きな磁気抵抗変化率（以
下、ＭＲ変化率と呼ぶ）が得られると共に、磁性層と非
磁性中間層との界面が中央付近に位置するため、これに
よってもＭＲ変化率を増大させることができる。これら
により、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることが可能
となる。
【００１４】請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにおい
ては、外部磁界により磁化方向が変化する磁性層に接し
て高抵抗の軟磁性層を形成し、かつこの軟磁性層とそれ
に接する磁性層との膜厚の合計（ｄf (nm)）を 5≦ｄf
≦40を満足させているため、一対の磁性層の膜厚の差等
を増大させることなく、磁束の侵入する磁性層の厚さを
厚くすることができる。これにより、請求項１記載の磁
気抵抗効果ヘッドと同様に大きなＭＲ変化率を再現性よ
く得ることができると共に、再生ヘッドとしての線分解
能の向上を図ることができ、さらに感度を向上させるこ
とができる。この場合、一対の磁性層の膜厚は 1〜 7nm
の範囲とすることができる。
ては、外部磁界により磁化方向が変化する磁性層に接し
て高抵抗の軟磁性層を形成し、かつこの軟磁性層とそれ
に接する磁性層との膜厚の合計（ｄf (nm)）を 5≦ｄf
≦40を満足させているため、一対の磁性層の膜厚の差等
を増大させることなく、磁束の侵入する磁性層の厚さを
厚くすることができる。これにより、請求項１記載の磁
気抵抗効果ヘッドと同様に大きなＭＲ変化率を再現性よ
く得ることができると共に、再生ヘッドとしての線分解
能の向上を図ることができ、さらに感度を向上させるこ
とができる。この場合、一対の磁性層の膜厚は 1〜 7nm
の範囲とすることができる。
【００１５】請求項８記載の磁気抵抗効果ヘッドにおい
ては、請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドと同様な理由
から、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることができ
る。さらに、中央の磁性層の膜厚（ｄ3 (nm)）を 1≦ｄ
3 ≦ 2/3ｄ1 を満足させ、磁性層と非磁性中間層との界
面を中央付近に位置させることによって、より大きなＭ
Ｒ変化率を再現性よく得ることが可能となる。
ては、請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドと同様な理由
から、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることができ
る。さらに、中央の磁性層の膜厚（ｄ3 (nm)）を 1≦ｄ
3 ≦ 2/3ｄ1 を満足させ、磁性層と非磁性中間層との界
面を中央付近に位置させることによって、より大きなＭ
Ｒ変化率を再現性よく得ることが可能となる。
【００１６】
【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明する。
説明する。
【００１７】図１は、本発明の第１の実施例による磁気
抵抗効果ヘッド（ＭＲヘッド）の要部を示す断面図であ
る。同図において、１、２は一対の磁性層であり、これ
ら磁性層１、２間に非磁性中間層３が配置されて 3層積
層構造のスピンバルブ膜４が構成されている。
抵抗効果ヘッド（ＭＲヘッド）の要部を示す断面図であ
る。同図において、１、２は一対の磁性層であり、これ
ら磁性層１、２間に非磁性中間層３が配置されて 3層積
層構造のスピンバルブ膜４が構成されている。
【００１８】一対の磁性層１、２のうち、一方の磁性層
はバイアス磁界が付与されて磁化固着されている。他方
の磁性層は、外部磁界により磁化反転するため、非磁性
中間層３を挟んで配置された 2つの磁性層１、２の磁化
方向の相対的な角度が変化して磁気抵抗効果が得られ
る。一方の磁性層へのバイアス磁界は、例えばFeMn膜や
NiO膜等からなる反強磁性層やCoPt膜等からなる硬質強
磁性層を近接配置もしくは積層することにより付与する
ことができる。
はバイアス磁界が付与されて磁化固着されている。他方
の磁性層は、外部磁界により磁化反転するため、非磁性
中間層３を挟んで配置された 2つの磁性層１、２の磁化
方向の相対的な角度が変化して磁気抵抗効果が得られ
る。一方の磁性層へのバイアス磁界は、例えばFeMn膜や
NiO膜等からなる反強磁性層やCoPt膜等からなる硬質強
磁性層を近接配置もしくは積層することにより付与する
ことができる。
【００１９】上述した磁性層１、２は、少なくともCoを
含む磁性合金からなり、かつこれら磁性層１、２の膜厚
ｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）は、 3≦ｄ1 ≦
7、3≦ｄ2 ≦ 7および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.4
0を満足するものである。
含む磁性合金からなり、かつこれら磁性層１、２の膜厚
ｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）は、 3≦ｄ1 ≦
7、3≦ｄ2 ≦ 7および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.4
0を満足するものである。
【００２０】ここで、一般にスピンバルブ膜における磁
気抵抗効果は、磁性層内でのスピン依存散乱に基くバル
ク効果と多層膜の界面でのスピン依存散乱に基く界面効
果に起因することが知られている（Physical Review B
42, pp8110-8120(1990) ）。ここで、界面効果の大きさ
は、アップスピン電子とダウンスピン電子が界面を非弾
性散乱を受けずに透過する確率の比で表される。バルク
効果は、磁性層内でのアップスピン電子とダウンスピン
電子の平均自由行程の比で表される。
気抵抗効果は、磁性層内でのスピン依存散乱に基くバル
ク効果と多層膜の界面でのスピン依存散乱に基く界面効
果に起因することが知られている（Physical Review B
42, pp8110-8120(1990) ）。ここで、界面効果の大きさ
は、アップスピン電子とダウンスピン電子が界面を非弾
性散乱を受けずに透過する確率の比で表される。バルク
効果は、磁性層内でのアップスピン電子とダウンスピン
電子の平均自由行程の比で表される。
【００２１】第１の実施例におけるＭＲヘッドにおいて
は、これらバルク効果と界面効果の影響を考慮して、磁
性層１、２を少なくともCoを含む磁性合金により構成し
ている。すなわち、バルク効果と界面効果は磁気抵抗効
果に対し相乗効果があり、両者が増加するほど大きなＭ
Ｒ変化率が得られる。
は、これらバルク効果と界面効果の影響を考慮して、磁
性層１、２を少なくともCoを含む磁性合金により構成し
ている。すなわち、バルク効果と界面効果は磁気抵抗効
果に対し相乗効果があり、両者が増加するほど大きなＭ
Ｒ変化率が得られる。
【００２２】図２は、バルク効果と界面効果の大きさを
パラメータとし、磁性層材料の組成と膜厚を適宜調整し
て得られるＭＲ変化率の最大値を等高線図として示した
特性図である。なお、ここでは、 3層積層構造のスピン
バルブ膜における一対の磁性層の膜厚を 1:1とし、磁性
層材料として用いたCoFe合金の組成により、バルク効果
と界面効果の大きさを制御しながら磁性層の膜厚を変え
て、ＭＲ変化率の最大値を求めた。
パラメータとし、磁性層材料の組成と膜厚を適宜調整し
て得られるＭＲ変化率の最大値を等高線図として示した
特性図である。なお、ここでは、 3層積層構造のスピン
バルブ膜における一対の磁性層の膜厚を 1:1とし、磁性
層材料として用いたCoFe合金の組成により、バルク効果
と界面効果の大きさを制御しながら磁性層の膜厚を変え
て、ＭＲ変化率の最大値を求めた。
【００２３】図２から分かるように、バルク効果と界面
効果の両方がある程度大きいとき、初めて十分なＭＲ変
化率が得られる。バルク効果と界面効果のいずれか一方
のみが大きくても満足な磁気抵抗効果は得られない。従
って、 3層積層構造または 5層積層構造のスピンバルブ
膜において、金属単体としてFeやNiよりも大きなＭＲ変
化率が得られるCoを単独で磁性層に用いても、このとき
界面効果が支配的となるため、さほど大きなＭＲ変化率
は期待できない。これに対し、CoにFe、Ni、その他の元
素を添加すれば、バルク効果を増加させることができ、
ＭＲ変化率が著しく増大する。このようなことから、磁
性層１、２は、Fe、Ni、その他の元素を添加したCo基磁
性合金により構成している。
効果の両方がある程度大きいとき、初めて十分なＭＲ変
化率が得られる。バルク効果と界面効果のいずれか一方
のみが大きくても満足な磁気抵抗効果は得られない。従
って、 3層積層構造または 5層積層構造のスピンバルブ
膜において、金属単体としてFeやNiよりも大きなＭＲ変
化率が得られるCoを単独で磁性層に用いても、このとき
界面効果が支配的となるため、さほど大きなＭＲ変化率
は期待できない。これに対し、CoにFe、Ni、その他の元
素を添加すれば、バルク効果を増加させることができ、
ＭＲ変化率が著しく増大する。このようなことから、磁
性層１、２は、Fe、Ni、その他の元素を添加したCo基磁
性合金により構成している。
【００２４】磁性層１、２の構成材料は、上述したよう
にCo基磁性合金であればよいが、バルク効果の増加を図
り、大きなＭＲ変化率を得る上で、添加元素としてはFe
を用いることが好ましい。添加元素としてはFe以外に、
Ni、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Ir、Rh、Ru、Os、Hf等の 1種
または 2種以上を用いることもできる。添加元素量は5
〜50原子% とすることが好ましく、さらには 8〜20原子
% の範囲とすることが望ましい。これは、添加元素量が
少なすぎると、バルク効果が十分に増加せず、逆に添加
元素量が多すぎると、今度は界面効果が大きく減少する
おそれがあるからである。
にCo基磁性合金であればよいが、バルク効果の増加を図
り、大きなＭＲ変化率を得る上で、添加元素としてはFe
を用いることが好ましい。添加元素としてはFe以外に、
Ni、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Ir、Rh、Ru、Os、Hf等の 1種
または 2種以上を用いることもできる。添加元素量は5
〜50原子% とすることが好ましく、さらには 8〜20原子
% の範囲とすることが望ましい。これは、添加元素量が
少なすぎると、バルク効果が十分に増加せず、逆に添加
元素量が多すぎると、今度は界面効果が大きく減少する
おそれがあるからである。
【００２５】さらに、上述した 2つの磁性層１、２の膜
厚は、独立して設定することができるが、ＭＲ変化率を
最大にするためには、それぞれの膜厚を最適化すること
が重要である。本発明者らは、このような 2つの磁性層
１、２の膜厚の最適値についてさらに研究を進めたとこ
ろ、スピンバルブ膜では両磁性層の膜厚比が 1:1に近い
ときに大きなＭＲ変化率を示すことが明らかとなった。
図３に、両磁性層１、２の膜厚を変えた場合のＭＲ変化
率の変化を解析した結果の一例を等高線図として示す。
ただし、ここでは非磁性中間層（Cu層）３の膜厚を 2nm
とし、非磁性中間層３を挟んで配置されたCo90Fe10から
なる 2つの磁性層１、２の膜厚ｄ1 、ｄ2 をそれぞれ変
化させた。
厚は、独立して設定することができるが、ＭＲ変化率を
最大にするためには、それぞれの膜厚を最適化すること
が重要である。本発明者らは、このような 2つの磁性層
１、２の膜厚の最適値についてさらに研究を進めたとこ
ろ、スピンバルブ膜では両磁性層の膜厚比が 1:1に近い
ときに大きなＭＲ変化率を示すことが明らかとなった。
図３に、両磁性層１、２の膜厚を変えた場合のＭＲ変化
率の変化を解析した結果の一例を等高線図として示す。
ただし、ここでは非磁性中間層（Cu層）３の膜厚を 2nm
とし、非磁性中間層３を挟んで配置されたCo90Fe10から
なる 2つの磁性層１、２の膜厚ｄ1 、ｄ2 をそれぞれ変
化させた。
【００２６】図３から分かるように、両磁性層１、２の
膜厚が 1:1のところに峰があり、大きなＭＲ変化率（△
ρ／ρ0 ）が得られている。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として電子散乱
の様子が変化するため、界面がスピンバルブ膜の中央に
あるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるためであ
る。ただし、ヘッド構造によっては、両磁性層の膜厚比
を変える必要があるが、このような場合でも両磁性層の
膜厚の差を 40%以下とすることにより、大きなＭＲ変化
率を得ることができる。すなわち、磁性層１、２の膜厚
ｄ1 、ｄ2 (nm)を 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40の条
件を満足させることにより、大きなＭＲ変化率を得るこ
とができる。磁性層１、２の膜厚の差は 20%以下とする
ことがより好ましく、最も望ましくは磁性層１、２の膜
厚比を 1:1とすることである。
膜厚が 1:1のところに峰があり、大きなＭＲ変化率（△
ρ／ρ0 ）が得られている。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として電子散乱
の様子が変化するため、界面がスピンバルブ膜の中央に
あるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるためであ
る。ただし、ヘッド構造によっては、両磁性層の膜厚比
を変える必要があるが、このような場合でも両磁性層の
膜厚の差を 40%以下とすることにより、大きなＭＲ変化
率を得ることができる。すなわち、磁性層１、２の膜厚
ｄ1 、ｄ2 (nm)を 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40の条
件を満足させることにより、大きなＭＲ変化率を得るこ
とができる。磁性層１、２の膜厚の差は 20%以下とする
ことがより好ましく、最も望ましくは磁性層１、２の膜
厚比を 1:1とすることである。
【００２７】またさらに、図３に示されるように、磁性
層１、２の膜厚が 3〜 7nmのときに大きなＭＲ変化率を
得ることができる。しかも、磁性層１、２の膜厚がこの
範囲を外れると、種々の問題が生じる。例えば、 3nm未
満では成膜が困難となり、7nmを超えると磁性層１、２
間の反磁界の影響により、バルクハウゼンノイズが生じ
るおそれがある。磁性層１、２の膜厚は 3nm以上 5nm未
満とすることがより好ましく、この範囲においてより大
きなＭＲ変化率が得られる。なお、図３には磁性層材料
としてCo90Fe10を用いた場合のＭＲ変化率を示したが、
これ以外のCo基磁性合金を磁性層材料として用いるとき
も磁性層の最適値は同程度である。
層１、２の膜厚が 3〜 7nmのときに大きなＭＲ変化率を
得ることができる。しかも、磁性層１、２の膜厚がこの
範囲を外れると、種々の問題が生じる。例えば、 3nm未
満では成膜が困難となり、7nmを超えると磁性層１、２
間の反磁界の影響により、バルクハウゼンノイズが生じ
るおそれがある。磁性層１、２の膜厚は 3nm以上 5nm未
満とすることがより好ましく、この範囲においてより大
きなＭＲ変化率が得られる。なお、図３には磁性層材料
としてCo90Fe10を用いた場合のＭＲ変化率を示したが、
これ以外のCo基磁性合金を磁性層材料として用いるとき
も磁性層の最適値は同程度である。
【００２８】上述したような理由に基いて、第１の実施
例によるＭＲヘッドは、Co基磁性合金により磁性層１、
２を形成し、かつ磁性層１、２の膜厚を 3〜 7nmの範囲
とすると共に、両磁性層の膜厚の差を 40%以下とした 3
層積層構造のスピンバルブ膜４を用いている。これらに
より、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることが可能と
なる。
例によるＭＲヘッドは、Co基磁性合金により磁性層１、
２を形成し、かつ磁性層１、２の膜厚を 3〜 7nmの範囲
とすると共に、両磁性層の膜厚の差を 40%以下とした 3
層積層構造のスピンバルブ膜４を用いている。これらに
より、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることが可能と
なる。
【００２９】2つの磁性層１、２間に配置される非磁性
中間層３は、常磁性材料、反磁性材料、反強磁性材料、
スピングラス等により構成されるものである。具体的に
は、Cu、Au、Ag、あるいはこれらと磁性元素とを含む常
磁性合金、FeMn、NiMn、CoMn、PtMn、PdMn等の反強磁性
合金、Pd、Pt、およびこれらを主成分とする合金等が例
示される。ここで、非磁性中間層３の膜厚は 1〜 4nmに
設定することが好ましく、さらには 2〜 3nmに設定する
ことが望ましい。非磁性中間層３の膜厚が 4nmを超える
と、抵抗変化感度を十分に得ることができず、また 1nm
未満であると、磁性層１、２間の交換結合を十分に小さ
くすることが困難となる。
中間層３は、常磁性材料、反磁性材料、反強磁性材料、
スピングラス等により構成されるものである。具体的に
は、Cu、Au、Ag、あるいはこれらと磁性元素とを含む常
磁性合金、FeMn、NiMn、CoMn、PtMn、PdMn等の反強磁性
合金、Pd、Pt、およびこれらを主成分とする合金等が例
示される。ここで、非磁性中間層３の膜厚は 1〜 4nmに
設定することが好ましく、さらには 2〜 3nmに設定する
ことが望ましい。非磁性中間層３の膜厚が 4nmを超える
と、抵抗変化感度を十分に得ることができず、また 1nm
未満であると、磁性層１、２間の交換結合を十分に小さ
くすることが困難となる。
【００３０】上述した第１の実施例におけるＭＲヘッド
においては、スピンバルブ膜４での電子の膜面に垂直な
方向の運動が重要である。膜厚方向に結晶粒界が多数存
在すると、そこで電子の散乱が起こり、磁気抵抗効果は
小さくなってしまう。このため、スピンバルブ膜４部分
の結晶粒径は、スピンバルブ膜４の総厚よりも大きくす
ることが好ましい。一方、逆に結晶粒径が大粒径化しす
ぎると、Co基強磁性合金では磁気異方性が大きくなるた
め、極端な結晶粒径の大粒径化は避ける必要がある。そ
こで、結晶粒径は30nm以下とすることが好ましい。
においては、スピンバルブ膜４での電子の膜面に垂直な
方向の運動が重要である。膜厚方向に結晶粒界が多数存
在すると、そこで電子の散乱が起こり、磁気抵抗効果は
小さくなってしまう。このため、スピンバルブ膜４部分
の結晶粒径は、スピンバルブ膜４の総厚よりも大きくす
ることが好ましい。一方、逆に結晶粒径が大粒径化しす
ぎると、Co基強磁性合金では磁気異方性が大きくなるた
め、極端な結晶粒径の大粒径化は避ける必要がある。そ
こで、結晶粒径は30nm以下とすることが好ましい。
【００３１】上記したようにスピンバルブ膜４の結晶粒
径を制御するためには、例えばスピンバルブ膜４の下地
層として膜厚がスピンバルブ膜４の総厚以上で、かつ30
nm以下のバッファ層を形成すればよい。すなわち、一般
に薄膜の初期成長過程では、その結晶粒径はその膜厚程
度になることが知られており、上記したような膜厚のバ
ッファ層（下地層）を形成したとき、結晶粒径はこの後
形成されるスピンバルブ膜の総厚以上となる。従って、
このバッファ層の上にスピンバルブ膜４を形成すること
により、その結晶粒径をスピンバルブ膜４の総厚以上に
制御することができる。
径を制御するためには、例えばスピンバルブ膜４の下地
層として膜厚がスピンバルブ膜４の総厚以上で、かつ30
nm以下のバッファ層を形成すればよい。すなわち、一般
に薄膜の初期成長過程では、その結晶粒径はその膜厚程
度になることが知られており、上記したような膜厚のバ
ッファ層（下地層）を形成したとき、結晶粒径はこの後
形成されるスピンバルブ膜の総厚以上となる。従って、
このバッファ層の上にスピンバルブ膜４を形成すること
により、その結晶粒径をスピンバルブ膜４の総厚以上に
制御することができる。
【００３２】次に、本発明の第２の実施例について、図
４を参照して説明する。
４を参照して説明する。
【００３３】図４に要部を示すＭＲヘッドは、第１の実
施例と同様に、Co基磁性合金からなる磁性層１、２間
に、非磁性中間層３が配置されて構成された 3層積層構
造のスピンバルブ膜４を有している。一対の磁性層１、
２のうち、一方の磁性層２は磁化固着するために、反強
磁性層５に接して設けられている。さらに、他方の磁性
層１、すなわち外部磁界（信号磁界）により磁化方向が
変化する磁性層（以下、信号磁界検出用磁性層と記す）
１は、高抵抗の軟磁性層６に接して設けられている。
施例と同様に、Co基磁性合金からなる磁性層１、２間
に、非磁性中間層３が配置されて構成された 3層積層構
造のスピンバルブ膜４を有している。一対の磁性層１、
２のうち、一方の磁性層２は磁化固着するために、反強
磁性層５に接して設けられている。さらに、他方の磁性
層１、すなわち外部磁界（信号磁界）により磁化方向が
変化する磁性層（以下、信号磁界検出用磁性層と記す）
１は、高抵抗の軟磁性層６に接して設けられている。
【００３４】なお、磁性層１、２や非磁性中間層３の構
成材料、さらに非磁性中間層３の膜厚等は、前述した第
１の実施例と同様である。また、一方の磁性層２へのバ
イアス磁界の付与方法についても、反強磁性層５に接し
て磁性層２を形成する方法以外に、前述した第１の実施
例と同様な方法を適用することができる。
成材料、さらに非磁性中間層３の膜厚等は、前述した第
１の実施例と同様である。また、一方の磁性層２へのバ
イアス磁界の付与方法についても、反強磁性層５に接し
て磁性層２を形成する方法以外に、前述した第１の実施
例と同様な方法を適用することができる。
【００３５】ここで、スピンバルブ膜をＭＲヘッドに用
いる場合には、磁気記録媒体に書き込まれたトラック長
さ方向の線分解能を向上させるために、図５に示すよう
に、スピンバルブ膜からなるＭＲエレメント（ＭＲスト
リップ）１１をシールド膜１２、１３間に配置すること
が一般的である。この場合、スピンバルブ膜における一
方もしくは両方の磁性層に、磁気記録媒体１４から磁束
が侵入する。その信号磁束量が多ければ多いほど、大き
な抵抗変化率が得られるが、その大きさは次のような式
で表すことができることが知られている。
いる場合には、磁気記録媒体に書き込まれたトラック長
さ方向の線分解能を向上させるために、図５に示すよう
に、スピンバルブ膜からなるＭＲエレメント（ＭＲスト
リップ）１１をシールド膜１２、１３間に配置すること
が一般的である。この場合、スピンバルブ膜における一
方もしくは両方の磁性層に、磁気記録媒体１４から磁束
が侵入する。その信号磁束量が多ければ多いほど、大き
な抵抗変化率が得られるが、その大きさは次のような式
で表すことができることが知られている。
【００３６】 φ(x) ＝｛φ0 ／（sinhｗ／λ）・sinh｛（ｗ−ｘ）／λ｝……(1) ここで、図示されるように、ｘはスピンバルブ膜のスト
ライプについて磁束侵入方向の座標であり、磁気記録媒
体１４に対向した方のストライプ端面を原点としてい
る。ｗはスピンバルブ膜のストライプの磁束侵入方向の
長さ（デプス）、φ0 はｘ=0における信号磁束侵入量で
ある。φ0 は磁気記録媒体１４とＭＲエレメント１１と
の位置関係により決まる値であり、ｗには依存しない。
λは特性長と呼ばれ、次式のように表される。
ライプについて磁束侵入方向の座標であり、磁気記録媒
体１４に対向した方のストライプ端面を原点としてい
る。ｗはスピンバルブ膜のストライプの磁束侵入方向の
長さ（デプス）、φ0 はｘ=0における信号磁束侵入量で
ある。φ0 は磁気記録媒体１４とＭＲエレメント１１と
の位置関係により決まる値であり、ｗには依存しない。
λは特性長と呼ばれ、次式のように表される。
【００３７】λ＝（μr ｔｇ/2）1/2 ……(2) ここで、μr は磁性層の比透磁率、ｔは磁束が侵入する
磁性層の厚さ、ｇはギャップ幅である。
磁性層の厚さ、ｇはギャップ幅である。
【００３８】式(1) を用いると、スピンバルブ膜のスト
ライプデプスｗを特性長λに対して変えた場合のφ(x)
の様子を計算することができる。ｗ／λを 0.5倍、 1
倍、 2倍、 3倍とした場合の計算結果を図６に示す。横
軸はスピンバルブ膜のストライプデプスｗで規格化して
あり、縦軸はφ0 で規格化してある。
ライプデプスｗを特性長λに対して変えた場合のφ(x)
の様子を計算することができる。ｗ／λを 0.5倍、 1
倍、 2倍、 3倍とした場合の計算結果を図６に示す。横
軸はスピンバルブ膜のストライプデプスｗで規格化して
あり、縦軸はφ0 で規格化してある。
【００３９】図６を見ると、ｗ／λが大きくなればなる
ほど、信号磁束量φの減衰は急速に進み、下に凸になっ
ていることが分かる。特に、スピンバルブ膜のストライ
プデプスｗが特性長λより長いとき、すなわちｗ／λ＞
1の場合には、ＭＲエレメント全体としての平均信号磁
束侵入量φmeenが小さくなり、抵抗変化量が小さくなっ
てしまうため、感度が低下してしまうことが明らかであ
る。このため、ストライプデプスｗは特性長λよりも短
くすることが好ましい。
ほど、信号磁束量φの減衰は急速に進み、下に凸になっ
ていることが分かる。特に、スピンバルブ膜のストライ
プデプスｗが特性長λより長いとき、すなわちｗ／λ＞
1の場合には、ＭＲエレメント全体としての平均信号磁
束侵入量φmeenが小さくなり、抵抗変化量が小さくなっ
てしまうため、感度が低下してしまうことが明らかであ
る。このため、ストライプデプスｗは特性長λよりも短
くすることが好ましい。
【００４０】しかしながら、磁気記録媒体の記録密度は
急速に向上しており、それに伴って線記録密度も向上し
ている。このような信号を読み取るためには、線分解能
を上げる必要がある。そして、再生ヘッドの線分解能を
上げるために、シールド層１２、１３とＭＲエレメント
１１間のギャップ幅ｇを小さくする必要性が高まってい
る。そのため、特性長λはますます短くなる傾向にあ
る。一方、スピンバルブ膜のストライプデプスｗは、加
工技術、信頼性等の点から 0.5μm 以上とすることが好
ましく、 1μm 以上とすることが望ましい。従って、特
性長λも 0.5μm以上とすることが好ましく、さらには
1μm 以上とすることが望ましい。
急速に向上しており、それに伴って線記録密度も向上し
ている。このような信号を読み取るためには、線分解能
を上げる必要がある。そして、再生ヘッドの線分解能を
上げるために、シールド層１２、１３とＭＲエレメント
１１間のギャップ幅ｇを小さくする必要性が高まってい
る。そのため、特性長λはますます短くなる傾向にあ
る。一方、スピンバルブ膜のストライプデプスｗは、加
工技術、信頼性等の点から 0.5μm 以上とすることが好
ましく、 1μm 以上とすることが望ましい。従って、特
性長λも 0.5μm以上とすることが好ましく、さらには
1μm 以上とすることが望ましい。
【００４１】ギャップ幅ｇを小さくした上で特性長λを
大きくするためには、式(2) から分かるように、 2つの
方法が考えられる。第１の方法は、磁性層の比透磁率μ
r を大きくすることである。しかし、比透磁率の大きさ
は材料に固有の値であり、この大きさには限界がある。
今後のギャップ幅ｇの減少に対応するためには、比透磁
率μr を上げるだけでは限界がある。
大きくするためには、式(2) から分かるように、 2つの
方法が考えられる。第１の方法は、磁性層の比透磁率μ
r を大きくすることである。しかし、比透磁率の大きさ
は材料に固有の値であり、この大きさには限界がある。
今後のギャップ幅ｇの減少に対応するためには、比透磁
率μr を上げるだけでは限界がある。
【００４２】第２の方法は、磁束が侵入する磁性層の厚
さｔを厚くすることである。このために、信号磁束の侵
入する磁性層の厚さは 5nm以上とすることが望ましく、
さらに望ましくは10nm以上とすることである。しかしな
がら、大きなＭＲ変化率を得るためには、前述したよう
にスピンバルブ膜の両磁性層の膜厚を最適化し、かつ両
磁性層の膜厚の差を小さくする（具体的には 40%以下）
必要がある。
さｔを厚くすることである。このために、信号磁束の侵
入する磁性層の厚さは 5nm以上とすることが望ましく、
さらに望ましくは10nm以上とすることである。しかしな
がら、大きなＭＲ変化率を得るためには、前述したよう
にスピンバルブ膜の両磁性層の膜厚を最適化し、かつ両
磁性層の膜厚の差を小さくする（具体的には 40%以下）
必要がある。
【００４３】そこで、この実施例のＭＲヘッドにおいて
は、上記した 2つの条件を満足させるために、図４に示
したように 3層積層構造のスピンバルブ膜４の磁性層
１、２のうち、信号磁界検出用磁性層１を高抵抗の軟磁
性層６に接して設けている。このように、信号磁界検出
用磁性層１を軟磁性層６に接して設けることで、これら
が磁気的に交換結合して外部磁界（信号磁界）により磁
化方向が協働して変化するので、Co基磁性合金からなる
両磁性層１、２の膜厚の差や信号磁界検出用磁性層１の
膜厚を増大させることなく、磁束が侵入する磁性層の厚
さｔを厚くすることができる。従って、ギャップ幅ｇを
小さくした上で特性長λを大きくすることができ、加工
技術や信頼性等を考慮して設定したストライプデプスｗ
を特性長λより短くすることができる。しかも、軟磁性
層６は高抵抗であるため、磁性層１の膜厚を単に増大さ
せて最適膜厚を外れたときとは異なり、磁束が侵入する
磁性層の厚さｔが厚くなってもＭＲ変化率が大きく低下
することはない。
は、上記した 2つの条件を満足させるために、図４に示
したように 3層積層構造のスピンバルブ膜４の磁性層
１、２のうち、信号磁界検出用磁性層１を高抵抗の軟磁
性層６に接して設けている。このように、信号磁界検出
用磁性層１を軟磁性層６に接して設けることで、これら
が磁気的に交換結合して外部磁界（信号磁界）により磁
化方向が協働して変化するので、Co基磁性合金からなる
両磁性層１、２の膜厚の差や信号磁界検出用磁性層１の
膜厚を増大させることなく、磁束が侵入する磁性層の厚
さｔを厚くすることができる。従って、ギャップ幅ｇを
小さくした上で特性長λを大きくすることができ、加工
技術や信頼性等を考慮して設定したストライプデプスｗ
を特性長λより短くすることができる。しかも、軟磁性
層６は高抵抗であるため、磁性層１の膜厚を単に増大さ
せて最適膜厚を外れたときとは異なり、磁束が侵入する
磁性層の厚さｔが厚くなってもＭＲ変化率が大きく低下
することはない。
【００４４】ただし、軟磁性層６の膜厚があまり厚い
と、高抵抗ではあっても軟磁性層６に電流の分流が起こ
るため、軟磁性層６とそれに接する信号磁界検出用磁性
層１との膜厚の合計ｄf を40nm以下とする。また、合計
膜厚ｄf は、上述したように、特性長λを大きくするた
めに 5nm以上とする。合計膜厚ｄf は10nm以上とするこ
とがより好ましい。さらにここでは、軟磁性層６のみを
磁気記録媒体対向面に突出形成して、信号磁界検出用磁
性層１を磁気記録媒体対向面からリセスさせることも可
能であるが、この場合は軟磁性層６の膜厚を 5nm以上と
することが好ましい。
と、高抵抗ではあっても軟磁性層６に電流の分流が起こ
るため、軟磁性層６とそれに接する信号磁界検出用磁性
層１との膜厚の合計ｄf を40nm以下とする。また、合計
膜厚ｄf は、上述したように、特性長λを大きくするた
めに 5nm以上とする。合計膜厚ｄf は10nm以上とするこ
とがより好ましい。さらにここでは、軟磁性層６のみを
磁気記録媒体対向面に突出形成して、信号磁界検出用磁
性層１を磁気記録媒体対向面からリセスさせることも可
能であるが、この場合は軟磁性層６の膜厚を 5nm以上と
することが好ましい。
【００４５】さらに、軟磁性層６はバッファ層としても
機能するため、スピンバルブ膜４全体の結晶性が向上す
る。これにより、磁性層１、２の膜厚の下限値を 1nmと
することが可能となる。従って、信号磁界検出用磁性層
１に接して軟磁性層６を設けた場合には、両磁性層１、
２の膜厚ｄ1 、ｄ2 は 1〜 7nmの範囲とすることができ
る。磁性層の膜厚は、 3nm以上 5nm未満とすることがよ
り好ましい。両磁性層１、２の膜厚の差に関しては、前
述した第１の実施例と同様な理由から、 0≦（ｄ1 −ｄ
2 ）／ｄ1 ≦0.40（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）を満足させ
る。両磁性層１、２の膜厚の差は 20%以下とすることが
より好ましく、最も望ましくは両磁性層１、２の膜厚比
を 1:1とすることである。なお、図４においては、便宜
的に信号磁界検出用磁性層１の膜厚をｄ1 としたが、当
然ながら磁化固着された磁性層２の膜厚がｄ1 であって
もよい。
機能するため、スピンバルブ膜４全体の結晶性が向上す
る。これにより、磁性層１、２の膜厚の下限値を 1nmと
することが可能となる。従って、信号磁界検出用磁性層
１に接して軟磁性層６を設けた場合には、両磁性層１、
２の膜厚ｄ1 、ｄ2 は 1〜 7nmの範囲とすることができ
る。磁性層の膜厚は、 3nm以上 5nm未満とすることがよ
り好ましい。両磁性層１、２の膜厚の差に関しては、前
述した第１の実施例と同様な理由から、 0≦（ｄ1 −ｄ
2 ）／ｄ1 ≦0.40（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）を満足させ
る。両磁性層１、２の膜厚の差は 20%以下とすることが
より好ましく、最も望ましくは両磁性層１、２の膜厚比
を 1:1とすることである。なお、図４においては、便宜
的に信号磁界検出用磁性層１の膜厚をｄ1 としたが、当
然ながら磁化固着された磁性層２の膜厚がｄ1 であって
もよい。
【００４６】軟磁性層６の構成材料としては、膜の結晶
性を高めるために、特に fcc結晶構造の軟磁性体を用い
ることが好ましい。また、 fcc以外の結晶構造の軟磁性
体を用いる場合には、軟磁性層６を fcc結晶構造の軟磁
性体との積層膜として、信号磁界検出用磁性層１を fcc
結晶構造の軟磁性体膜に接して設けることが好ましい。
なお、このように軟磁性層６を積層膜とする場合、信号
磁界検出用磁性層１側の膜は、バルクでは軟磁性を示さ
ない材料であっても膜厚を極めて薄くすることで、軟磁
性層６と信号磁界検出用磁性層１とが協働して磁化方向
が変化できる程度に軟磁性化されていれば特に問題はな
い。さらに、軟磁性層６は 100μΩcm以上の比抵抗を有
することが好ましく、これにより軟磁性層６への電流の
分流を抑制することができる。従って、具体的な軟磁性
層６の構成材料としては、NiFe合金、NiFeCo合金、これ
ら磁性合金のような fcc結晶構造の軟磁性体にTi、 V、
Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、 W、Re等の添加元素
を添加して高抵抗化した合金、Coに同様な添加元素を添
加してアモルファス化した合金等が好ましい。ここで、
このようにアモルファス化されたアモルファス磁性合金
や微結晶磁性合金は、一般に高い抵抗を有する。
性を高めるために、特に fcc結晶構造の軟磁性体を用い
ることが好ましい。また、 fcc以外の結晶構造の軟磁性
体を用いる場合には、軟磁性層６を fcc結晶構造の軟磁
性体との積層膜として、信号磁界検出用磁性層１を fcc
結晶構造の軟磁性体膜に接して設けることが好ましい。
なお、このように軟磁性層６を積層膜とする場合、信号
磁界検出用磁性層１側の膜は、バルクでは軟磁性を示さ
ない材料であっても膜厚を極めて薄くすることで、軟磁
性層６と信号磁界検出用磁性層１とが協働して磁化方向
が変化できる程度に軟磁性化されていれば特に問題はな
い。さらに、軟磁性層６は 100μΩcm以上の比抵抗を有
することが好ましく、これにより軟磁性層６への電流の
分流を抑制することができる。従って、具体的な軟磁性
層６の構成材料としては、NiFe合金、NiFeCo合金、これ
ら磁性合金のような fcc結晶構造の軟磁性体にTi、 V、
Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、 W、Re等の添加元素
を添加して高抵抗化した合金、Coに同様な添加元素を添
加してアモルファス化した合金等が好ましい。ここで、
このようにアモルファス化されたアモルファス磁性合金
や微結晶磁性合金は、一般に高い抵抗を有する。
【００４７】上述したような理由に基いて、第２の実施
例のＭＲヘッドは、Co基磁性合金により磁性層１、２を
形成し、かつ磁性層１、２の膜厚を 1〜 7nmの範囲とす
ると共に、両磁性層１、２の膜厚の差を 40%以下とした
3層積層構造のスピンバルブ膜４を用いている。さらに
は、磁性層１に接して高抵抗の軟磁性層６を形成して、
磁性層１と軟磁性層６との合計膜厚が 5〜40nmの範囲に
設定されている。そして、第２の実施例のＭＲヘッドに
よれば、両磁性層１、２の膜厚の最適化とその差が小さ
いことに基く大きなＭＲ変化率と、軟磁性層６を形成し
て磁束が侵入する磁性層の厚さｔを厚くすることでスト
ライプデプスｗを特性長λより短くしたことによる感度
の向上を共に得ることができ、さらに磁気記録媒体の記
録密度の向上に対応し得る線分解能を得ることができ
る。
例のＭＲヘッドは、Co基磁性合金により磁性層１、２を
形成し、かつ磁性層１、２の膜厚を 1〜 7nmの範囲とす
ると共に、両磁性層１、２の膜厚の差を 40%以下とした
3層積層構造のスピンバルブ膜４を用いている。さらに
は、磁性層１に接して高抵抗の軟磁性層６を形成して、
磁性層１と軟磁性層６との合計膜厚が 5〜40nmの範囲に
設定されている。そして、第２の実施例のＭＲヘッドに
よれば、両磁性層１、２の膜厚の最適化とその差が小さ
いことに基く大きなＭＲ変化率と、軟磁性層６を形成し
て磁束が侵入する磁性層の厚さｔを厚くすることでスト
ライプデプスｗを特性長λより短くしたことによる感度
の向上を共に得ることができ、さらに磁気記録媒体の記
録密度の向上に対応し得る線分解能を得ることができ
る。
【００４８】なお、上述した第２の実施例においても、
第１の実施例と同様に、スピンバルブ膜４の結晶粒径
を、スピンバルブ膜４の総厚より大きく、かつ30nm以下
とすることが好ましい。
第１の実施例と同様に、スピンバルブ膜４の結晶粒径
を、スピンバルブ膜４の総厚より大きく、かつ30nm以下
とすることが好ましい。
【００４９】次に、本発明のさらに他の実施例につい
て、図７を参照して説明する。図７に示すＭＲヘッド
は、 3つの磁性層２１、２２、２３の間に、それぞれ非
磁性中間層２４、２５が配置されて構成された 5層積層
構造のスピンバルブ膜２６を有している。外側の 2つの
磁性層２１、２３は、例えば図示を省略した反強磁性層
や硬質強磁性層と近接配置もしくは積層することによ
り、磁化が固着されている。中央の磁性層２２は、外部
磁界により磁化反転するため、非磁性中間層２４、２５
を挟んで配置された中央の磁性層２２と外側の 2つの磁
性層２１、２３の磁化方向の相対的な角度が変化して磁
気抵抗効果が得られる。
て、図７を参照して説明する。図７に示すＭＲヘッド
は、 3つの磁性層２１、２２、２３の間に、それぞれ非
磁性中間層２４、２５が配置されて構成された 5層積層
構造のスピンバルブ膜２６を有している。外側の 2つの
磁性層２１、２３は、例えば図示を省略した反強磁性層
や硬質強磁性層と近接配置もしくは積層することによ
り、磁化が固着されている。中央の磁性層２２は、外部
磁界により磁化反転するため、非磁性中間層２４、２５
を挟んで配置された中央の磁性層２２と外側の 2つの磁
性層２１、２３の磁化方向の相対的な角度が変化して磁
気抵抗効果が得られる。
【００５０】このとき、前述した第１の実施例のＭＲヘ
ッドと同様な理由から、外側の 2つの磁性層２１、２３
の膜厚ｄ1 、ｄ2 を 3〜 7nmの範囲とし、かつこれら両
磁性層の膜厚の差を 40%以下とすることによって、大き
なＭＲ変化率を再現性よく得ることができる。両磁性層
２１、２３の膜厚は、 3nm以上 5nm未満とすることがよ
り好ましい。両磁性層２１、２３の膜厚の差は 20%以下
とすることがより好ましく、最も望ましくは両磁性層２
１、２３の膜厚比を 1:1とすることである。また、磁性
層材料、非磁性中間層材料や膜厚は、上述した第１の実
施例と同様とすることが好ましい。他の条件についても
同様である。
ッドと同様な理由から、外側の 2つの磁性層２１、２３
の膜厚ｄ1 、ｄ2 を 3〜 7nmの範囲とし、かつこれら両
磁性層の膜厚の差を 40%以下とすることによって、大き
なＭＲ変化率を再現性よく得ることができる。両磁性層
２１、２３の膜厚は、 3nm以上 5nm未満とすることがよ
り好ましい。両磁性層２１、２３の膜厚の差は 20%以下
とすることがより好ましく、最も望ましくは両磁性層２
１、２３の膜厚比を 1:1とすることである。また、磁性
層材料、非磁性中間層材料や膜厚は、上述した第１の実
施例と同様とすることが好ましい。他の条件についても
同様である。
【００５１】さらに、 5層積層構造のスピンバルブ膜２
６の中央の磁性層２２の膜厚ｄ3 は、外側の磁性層２
１、２３の膜厚の 2/3以下とすることが好ましく、外側
の磁性層２１、２３の膜厚ｄ1 、ｄ2 が異なる場合、例
えばｄ1 ＞ｄ2 である場合には、少なくとも 2/3ｄ1 以
下とすることが好ましい。これにより、一層大きなＭＲ
変化率を得ることができる。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として、電子の
散乱の様子が変化するため、界面はスピンバルブ膜の中
央にあるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるため
である。
６の中央の磁性層２２の膜厚ｄ3 は、外側の磁性層２
１、２３の膜厚の 2/3以下とすることが好ましく、外側
の磁性層２１、２３の膜厚ｄ1 、ｄ2 が異なる場合、例
えばｄ1 ＞ｄ2 である場合には、少なくとも 2/3ｄ1 以
下とすることが好ましい。これにより、一層大きなＭＲ
変化率を得ることができる。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として、電子の
散乱の様子が変化するため、界面はスピンバルブ膜の中
央にあるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるため
である。
【００５２】すなわち、中央の磁性層２２を外側の磁性
層２１、２３よりも薄くすることにより、磁性層２１、
２２、２３と非磁性中間層２４、２５との界面をスピン
バルブ膜２６の中央付近に配置することができ、より大
きなＭＲ変化率を得ることができる。具体的には、中央
の磁性層２２の膜厚を外側の磁性層２１、２３の膜厚の
2/3以下としたとき、大きなＭＲ変化率が得られる。た
だし、中央の磁性層２２の膜厚をあまり薄くすると、界
面拡散等により中央の磁性層２２の磁気特性が劣化する
上に、マグノンが発生しやすくなってＭＲ変化率が低下
するため、中央の磁性層２２の厚さは 1nm以上とする。
層２１、２３よりも薄くすることにより、磁性層２１、
２２、２３と非磁性中間層２４、２５との界面をスピン
バルブ膜２６の中央付近に配置することができ、より大
きなＭＲ変化率を得ることができる。具体的には、中央
の磁性層２２の膜厚を外側の磁性層２１、２３の膜厚の
2/3以下としたとき、大きなＭＲ変化率が得られる。た
だし、中央の磁性層２２の膜厚をあまり薄くすると、界
面拡散等により中央の磁性層２２の磁気特性が劣化する
上に、マグノンが発生しやすくなってＭＲ変化率が低下
するため、中央の磁性層２２の厚さは 1nm以上とする。
【００５３】上述した第１、第２および第３の実施例の
ＭＲヘッドにおいて、 3層積層構造または 5層積層構造
のスピンバルブ膜の両面は、反強磁性体、フェリ磁性
体、酸化物、半導体、Cu合金、Au合金、Cr合金、Mn合
金、Ti合金、Ta合金、アモルファス金属、微結晶金属、
もしくは磁性合金にTi、 V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、
Hf、Ta、 W、Re等を添加した合金のいずれかからなる
膜、またはそれらの積層膜に接しているか、あるいは空
間に露出していることが好ましい。
ＭＲヘッドにおいて、 3層積層構造または 5層積層構造
のスピンバルブ膜の両面は、反強磁性体、フェリ磁性
体、酸化物、半導体、Cu合金、Au合金、Cr合金、Mn合
金、Ti合金、Ta合金、アモルファス金属、微結晶金属、
もしくは磁性合金にTi、 V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、
Hf、Ta、 W、Re等を添加した合金のいずれかからなる
膜、またはそれらの積層膜に接しているか、あるいは空
間に露出していることが好ましい。
【００５４】このとき、特に抵抗の高い金属、合金、半
導体、酸化物、絶縁体、アモルファス金属、微結晶金属
等からなる膜のみを、スピンバルブ膜と平行に積層する
ことが好ましい。これにより、電流の大部分がスピンバ
ルブ膜部分を流れるので、抵抗変化率を効率よく読み出
すことが可能となる。ただし、電極層やシャント層とし
て上記以外の材料を積層することは可能である。また、
この際の積層構造膜全体の面電気伝導度は、電流が効率
よくスピンバルブ膜部分を流れるようにするために、20
×10-2Ω-1□以下とすることが好ましい。何となれば、
面電気伝導度が上記値より大きい場合には、スピンバル
ブ膜以外の層に電流がとられていることを意味し、磁気
抵抗効果が減少してしまうためである。
導体、酸化物、絶縁体、アモルファス金属、微結晶金属
等からなる膜のみを、スピンバルブ膜と平行に積層する
ことが好ましい。これにより、電流の大部分がスピンバ
ルブ膜部分を流れるので、抵抗変化率を効率よく読み出
すことが可能となる。ただし、電極層やシャント層とし
て上記以外の材料を積層することは可能である。また、
この際の積層構造膜全体の面電気伝導度は、電流が効率
よくスピンバルブ膜部分を流れるようにするために、20
×10-2Ω-1□以下とすることが好ましい。何となれば、
面電気伝導度が上記値より大きい場合には、スピンバル
ブ膜以外の層に電流がとられていることを意味し、磁気
抵抗効果が減少してしまうためである。
【００５５】次に、前述した各実施例によるＭＲヘッド
の具体例とその評価結果について述べる。
の具体例とその評価結果について述べる。
【００５６】実施例１ サファイア基板上に、スパッタ法により適宜磁性層の膜
厚を変えながら、Co90Fe10(dCoFenm)/Cu(2.2nm)/Co90Fe
10(dCoFenm)/Fe50Mn50(15nm)を順次積層して、3層積層
構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメントを形成し
た。そして、ＭＲ変化率の磁性層厚に対する依存性を測
定した。その結果を図８に示す。なお、Fe50Mn50層は、
隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気異方性を与え
るために積層したものである。
厚を変えながら、Co90Fe10(dCoFenm)/Cu(2.2nm)/Co90Fe
10(dCoFenm)/Fe50Mn50(15nm)を順次積層して、3層積層
構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメントを形成し
た。そして、ＭＲ変化率の磁性層厚に対する依存性を測
定した。その結果を図８に示す。なお、Fe50Mn50層は、
隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気異方性を与え
るために積層したものである。
【００５７】図８から明らかなように、この実施例にお
いては、磁性層厚（=dCoFe）が 4nmのときに最大ＭＲ変
化率 11%が得られた。また、磁性層厚が 3〜 7nmの範囲
内で十分なＭＲ変化率を有していることが確認された。
このように、Co基磁性合金を用いたスピンバルブ膜で
は、最適磁性層厚が 3〜 7nmの間にあり、ＭＲヘッドと
しては、そのような膜厚の磁性層を有するスピンバルブ
膜を用いることが有利である。
いては、磁性層厚（=dCoFe）が 4nmのときに最大ＭＲ変
化率 11%が得られた。また、磁性層厚が 3〜 7nmの範囲
内で十分なＭＲ変化率を有していることが確認された。
このように、Co基磁性合金を用いたスピンバルブ膜で
は、最適磁性層厚が 3〜 7nmの間にあり、ＭＲヘッドと
しては、そのような膜厚の磁性層を有するスピンバルブ
膜を用いることが有利である。
【００５８】実施例２ 熱酸化Si基板上に、スパッタ法により適宜磁性層の膜厚
を変えながら、Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次
積層して、 3層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲ
エレメントを形成した。この後、スピンバルブ膜にパタ
ーニングを施して、ＭＲヘッドを作製した。ここで、Fe
50Mn50層は、隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気
異方性を与えるために積層したものであり、その膜厚は
5〜20nmの範囲とすることが好ましい。Cu層の膜厚は
1.5〜 3.5nmの範囲内で適宜設定できる。
を変えながら、Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次
積層して、 3層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲ
エレメントを形成した。この後、スピンバルブ膜にパタ
ーニングを施して、ＭＲヘッドを作製した。ここで、Fe
50Mn50層は、隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気
異方性を与えるために積層したものであり、その膜厚は
5〜20nmの範囲とすることが好ましい。Cu層の膜厚は
1.5〜 3.5nmの範囲内で適宜設定できる。
【００５９】上記構成のＭＲヘッドにおいては、両Co90
Fe10磁性層の膜厚を 5nm、Cu層（非磁性中間層）の膜厚
を 2.2nmとしたとき、 10%のＭＲ変化率が得られた。こ
れに対して、本発明との比較のために、Cu層の膜厚は同
じく 2.2nmとし、両磁性層の膜厚を15nmと厚くした場合
には、ＭＲ変化率は5%と小さな値しか得られなかった。
これは、最適磁性層厚に対して実際の磁性層厚が厚すぎ
たためである。また、両磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nm
と非対称とした場合にも、ＭＲ変化率は6%と小さな値し
か得られなかった。これは、両磁性層の膜厚が非対称と
なることにより、磁性層と非磁性中間層の界面がスピン
バルブ膜の中央からずれてしまい、磁気抵抗効果を有効
に利用できなくなったためである。
Fe10磁性層の膜厚を 5nm、Cu層（非磁性中間層）の膜厚
を 2.2nmとしたとき、 10%のＭＲ変化率が得られた。こ
れに対して、本発明との比較のために、Cu層の膜厚は同
じく 2.2nmとし、両磁性層の膜厚を15nmと厚くした場合
には、ＭＲ変化率は5%と小さな値しか得られなかった。
これは、最適磁性層厚に対して実際の磁性層厚が厚すぎ
たためである。また、両磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nm
と非対称とした場合にも、ＭＲ変化率は6%と小さな値し
か得られなかった。これは、両磁性層の膜厚が非対称と
なることにより、磁性層と非磁性中間層の界面がスピン
バルブ膜の中央からずれてしまい、磁気抵抗効果を有効
に利用できなくなったためである。
【００６０】実施例３ まず、Si基板上に厚さ 1.5μm のCoNbZrからなるシール
ド層を形成し、その上にギャップ層として厚さ 0.1μm
のアルミナ膜を設けた。次いで、その上に適宜磁性層の
膜厚を変えながら、CoNbZr(df'nm)/NiFe(2nm)/Co90Fe10
(d1 nm)/Cu(2.5nm） /Co90Fe10(d2 nm)/Fe50Mn50(8nm)
を順次積層して、 3層積層構造のスピンバルブ膜を有す
るＭＲエレメントを作製した。次いで、スピンバルブ膜
をパターニングにより 1μm のストライプデプスに加工
し、ストライプ上に 2μm の間隔を開けてCu電極を形成
した。さらにその上に、ギャップ層として厚さ 0.1μm
のアルミナ膜と、厚さ 1.5μm のCoNbZrからなるシール
ド層を順に形成した。
ド層を形成し、その上にギャップ層として厚さ 0.1μm
のアルミナ膜を設けた。次いで、その上に適宜磁性層の
膜厚を変えながら、CoNbZr(df'nm)/NiFe(2nm)/Co90Fe10
(d1 nm)/Cu(2.5nm） /Co90Fe10(d2 nm)/Fe50Mn50(8nm)
を順次積層して、 3層積層構造のスピンバルブ膜を有す
るＭＲエレメントを作製した。次いで、スピンバルブ膜
をパターニングにより 1μm のストライプデプスに加工
し、ストライプ上に 2μm の間隔を開けてCu電極を形成
した。さらにその上に、ギャップ層として厚さ 0.1μm
のアルミナ膜と、厚さ 1.5μm のCoNbZrからなるシール
ド層を順に形成した。
【００６１】ここで、Fe50Mn50層は、隣接するCo90Fe10
磁性層に一方向磁気異方性を与えるために積層したもの
である。また、ＭＲエレメントにおけるCoNbZr層とCo90
Fe10層との間のNiFe層は、スピンバルブ膜全体の結晶性
を向上させるために形成したものである。
磁性層に一方向磁気異方性を与えるために積層したもの
である。また、ＭＲエレメントにおけるCoNbZr層とCo90
Fe10層との間のNiFe層は、スピンバルブ膜全体の結晶性
を向上させるために形成したものである。
【００６２】上記構成のＭＲヘッドにおいて、両Co90Fe
10磁性層の膜厚ｄ1 、ｄ2 を 4nm、CoNbZr層の膜厚ｄf'
を10nmとしたとき、外部から電磁石により大きな磁界を
かけて測定したスピンバルブ膜としてのＭＲ変化率は9%
であった。この値は、軟磁性層であるCoNbZr層およびNi
Fe層がなく、かつパターニングを行っていないスピンバ
ルブ膜によるＭＲ変化率 11%に対してやや小さい。その
原因としては、CoNbZr層およびNiFe層による電流の分流
効果とパターニングによる膜の劣化が考えられる。しか
し、CoNbZr層およびNiFe層を設けたことにより、特性長
は 1.2μm となっており、スピンバルブ膜のストライプ
デプスより特性長を長くすることに成功している。
10磁性層の膜厚ｄ1 、ｄ2 を 4nm、CoNbZr層の膜厚ｄf'
を10nmとしたとき、外部から電磁石により大きな磁界を
かけて測定したスピンバルブ膜としてのＭＲ変化率は9%
であった。この値は、軟磁性層であるCoNbZr層およびNi
Fe層がなく、かつパターニングを行っていないスピンバ
ルブ膜によるＭＲ変化率 11%に対してやや小さい。その
原因としては、CoNbZr層およびNiFe層による電流の分流
効果とパターニングによる膜の劣化が考えられる。しか
し、CoNbZr層およびNiFe層を設けたことにより、特性長
は 1.2μm となっており、スピンバルブ膜のストライプ
デプスより特性長を長くすることに成功している。
【００６３】上述した構成のＭＲヘッドをハードディス
ク装置に組み込み、実際の出力電圧を測定したところ、
磁束の侵入が良好に起こるために、トラック幅当りに換
算した規格化出力は、10mAのセンス電流で、1500（μV
pp／μm)を得ることができ、従来のＭＲヘッドを大きく
上回った。
ク装置に組み込み、実際の出力電圧を測定したところ、
磁束の侵入が良好に起こるために、トラック幅当りに換
算した規格化出力は、10mAのセンス電流で、1500（μV
pp／μm)を得ることができ、従来のＭＲヘッドを大きく
上回った。
【００６４】一方、本発明との比較例として、CoNbZr層
の厚さｄf'は10nmとしたまま、両Co90Fe10磁性層の膜厚
ｄ1 、ｄ2 を15nmと厚くする以外は、上記実施例と同一
構成のＭＲヘッドを作製した。この比較例のＭＲヘッド
においては、外部から電磁石により大きな磁界をかけて
測定したスピンバルブ膜としてのＭＲ変化率は4%と小さ
い値しか得られなかった。これは、最適磁性層厚に対し
て実際の磁性層の厚さが厚すぎたためである。このＭＲ
ヘッドをハードディスク装置に組み込み、実際の出力電
圧を測定したところ、トラック幅当りに換算した規格化
出力は、10mAのセンス電流で、 700（μV pp／μm)しか
得ることができなかった。これは、磁束の侵入は良好に
起こっているが、もともとのＭＲ変化率が小さいためで
ある。
の厚さｄf'は10nmとしたまま、両Co90Fe10磁性層の膜厚
ｄ1 、ｄ2 を15nmと厚くする以外は、上記実施例と同一
構成のＭＲヘッドを作製した。この比較例のＭＲヘッド
においては、外部から電磁石により大きな磁界をかけて
測定したスピンバルブ膜としてのＭＲ変化率は4%と小さ
い値しか得られなかった。これは、最適磁性層厚に対し
て実際の磁性層の厚さが厚すぎたためである。このＭＲ
ヘッドをハードディスク装置に組み込み、実際の出力電
圧を測定したところ、トラック幅当りに換算した規格化
出力は、10mAのセンス電流で、 700（μV pp／μm)しか
得ることができなかった。これは、磁束の侵入は良好に
起こっているが、もともとのＭＲ変化率が小さいためで
ある。
【００６５】さらに、第２の比較例として、CoNbZr層の
厚さｄf'は10nmとしたまま、両Co90Fe10磁性層のうち、
CoNbZr層側のCo90Fe10磁性層の膜厚ｄ1 を 5nm、Fe50Mn
50層側のCo90Fe10磁性層の膜厚ｄ2 を10nmと非対称とす
る以外は、上記実施例と同一構成のＭＲヘッドを作製し
た。この比較例のＭＲヘッドにおいては、外部から電磁
石により大きな磁界をかけて測定したスピンバルブ膜と
してのＭＲ変化率は5%と小さい値しか得られなかった。
これは、両磁性層の厚さが非対称となることにより、磁
性層と非磁性中間層との界面がスピンバルブ膜の中央か
らずれてしまい、ＭＲ効果を有効に利用できなくなった
ためである。このＭＲヘッドをハードディスク装置に組
み込み、実際の出力電圧を測定したところ、トラック幅
当りに換算した規格化出力は、10mAのセンス電流で、 7
00（μV pp／μm)しか得ることができなかった。これ
は、磁束の侵入は良好に起こっているが、もともとのＭ
Ｒ変化率が小さいためである。
厚さｄf'は10nmとしたまま、両Co90Fe10磁性層のうち、
CoNbZr層側のCo90Fe10磁性層の膜厚ｄ1 を 5nm、Fe50Mn
50層側のCo90Fe10磁性層の膜厚ｄ2 を10nmと非対称とす
る以外は、上記実施例と同一構成のＭＲヘッドを作製し
た。この比較例のＭＲヘッドにおいては、外部から電磁
石により大きな磁界をかけて測定したスピンバルブ膜と
してのＭＲ変化率は5%と小さい値しか得られなかった。
これは、両磁性層の厚さが非対称となることにより、磁
性層と非磁性中間層との界面がスピンバルブ膜の中央か
らずれてしまい、ＭＲ効果を有効に利用できなくなった
ためである。このＭＲヘッドをハードディスク装置に組
み込み、実際の出力電圧を測定したところ、トラック幅
当りに換算した規格化出力は、10mAのセンス電流で、 7
00（μV pp／μm)しか得ることができなかった。これ
は、磁束の侵入は良好に起こっているが、もともとのＭ
Ｒ変化率が小さいためである。
【００６６】なお、参考例として、CoNbZr層およびNiFe
層を設けない以外は、上記実施例と同一構成のＭＲヘッ
ドを作製した。このＭＲヘッドにおいては、外部から電
磁石により大きな磁界をかけて測定したスピンバルブ膜
としてのＭＲ変化率は 10%と大きな値が得られた。しか
し、磁束が侵入する磁性層の厚さが 4nmと小さく、かつ
Co90Fe10磁性層の透磁率がCoNbZr層のそれに比べて小さ
いため、特性長は 0.4μm と短くなってしまった。この
ＭＲヘッドをハードディスク装置に組み込み、実際の出
力電圧を測定したところ、トラック幅当りに換算した規
格化出力は、10mAのセンス電流で、1000（μV pp／μm)
であった。これは、磁束の侵入が良好に起こらなくなっ
たためである。
層を設けない以外は、上記実施例と同一構成のＭＲヘッ
ドを作製した。このＭＲヘッドにおいては、外部から電
磁石により大きな磁界をかけて測定したスピンバルブ膜
としてのＭＲ変化率は 10%と大きな値が得られた。しか
し、磁束が侵入する磁性層の厚さが 4nmと小さく、かつ
Co90Fe10磁性層の透磁率がCoNbZr層のそれに比べて小さ
いため、特性長は 0.4μm と短くなってしまった。この
ＭＲヘッドをハードディスク装置に組み込み、実際の出
力電圧を測定したところ、トラック幅当りに換算した規
格化出力は、10mAのセンス電流で、1000（μV pp／μm)
であった。これは、磁束の侵入が良好に起こらなくなっ
たためである。
【００６７】さらに、軟磁性層を (Ni80Fe20）90Cr5 Nb
5 (10nm)とした以外は、上記実施例と同一構成のＭＲヘ
ッドを作製した。このＭＲヘッドにおいては、ＭＲ変化
率10%、特性長 1.5μm 、ハードディスク装置に組み込
んだときの規格化出力2000（μV pp／μm)を得ることが
できた。
5 (10nm)とした以外は、上記実施例と同一構成のＭＲヘ
ッドを作製した。このＭＲヘッドにおいては、ＭＲ変化
率10%、特性長 1.5μm 、ハードディスク装置に組み込
んだときの規格化出力2000（μV pp／μm)を得ることが
できた。
【００６８】実施例４ 熱酸化Si基板上に、スパッタ法により適宜磁性層の膜厚
を変えながら、 (Ni80Fe20）90Nb10/ Fe50Mn50/ Co90Fe
10/Cu/Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次積層し
て、 5層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメ
ントを作製した。この後、ＭＲエレメントにパターニン
グを施してＭＲヘッドとした。
を変えながら、 (Ni80Fe20）90Nb10/ Fe50Mn50/ Co90Fe
10/Cu/Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次積層し
て、 5層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメ
ントを作製した。この後、ＭＲエレメントにパターニン
グを施してＭＲヘッドとした。
【００６９】ここで、Fe50Mn50層は、隣接するCo90Fe10
磁性層にそれぞれ所定方向の磁気異方性を与えるために
積層したものであり、その膜厚は 5〜20nmの範囲とする
ことが好ましい。また、熱酸化Si基板上の (Ni80Fe20）
90Nb10層は、隣接するFe50Mn50層の結晶構造を fcc構造
とし、反強磁性層とするためのバッファ層である。な
お、このバッファ層としては、 fcc構造の強磁性材料が
適しており、電気抵抗を高くするためにNb等の添加元素
が加えてあることが好ましい。また、上述したバッファ
層の膜厚は 5〜20nmの範囲とすることが好ましい。
磁性層にそれぞれ所定方向の磁気異方性を与えるために
積層したものであり、その膜厚は 5〜20nmの範囲とする
ことが好ましい。また、熱酸化Si基板上の (Ni80Fe20）
90Nb10層は、隣接するFe50Mn50層の結晶構造を fcc構造
とし、反強磁性層とするためのバッファ層である。な
お、このバッファ層としては、 fcc構造の強磁性材料が
適しており、電気抵抗を高くするためにNb等の添加元素
が加えてあることが好ましい。また、上述したバッファ
層の膜厚は 5〜20nmの範囲とすることが好ましい。
【００７０】この 5層積層構造のスピンバルブ膜では、
外側の 2つのCo90Fe10磁性層に、同一方向の磁気異方性
を与えている。このため、低磁場中では中央の磁性層だ
けが外部磁場の方向に磁化方向を変えることとなり、外
部磁場により外側の磁性層および中央の磁性層の磁化方
向の相対的な角度が変化し、それに伴って磁気抵抗効果
が得られる。
外側の 2つのCo90Fe10磁性層に、同一方向の磁気異方性
を与えている。このため、低磁場中では中央の磁性層だ
けが外部磁場の方向に磁化方向を変えることとなり、外
部磁場により外側の磁性層および中央の磁性層の磁化方
向の相対的な角度が変化し、それに伴って磁気抵抗効果
が得られる。
【００７１】上記構成のＭＲヘッドにおいては、外側の
2つの磁性層厚を 5nmとし、中央の磁性層厚を 2nmと
し、かつ 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたとき、 25%のＭ
Ｒ変化率が得られた。これに対して、中央の磁性層厚を
5nmと厚くした場合には、 18%のＭＲ変化率しか得られ
なかった。これは、中央の磁性層厚を厚くすることによ
り、磁性層と非磁性中間層との界面がスピンバルブ膜の
中央からずれてしまったためである。また、中央の磁性
層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたまま、外側
の 2つの磁性層厚を20nmと厚くした場合には、 14%のＭ
Ｒ変化率しか得られなかった。これは、外側の磁性層厚
が最適磁性層厚に比べて厚すぎたためである。さらに、
中央の磁性層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとした
まま、外側の 2つの磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nmと非
対称とした場合には、 16%のＭＲ変化率しか得られなか
った。これは、外側の磁性層の膜厚が非対称となること
により、磁性層と非磁性中間層の界面の位置がスピンバ
ルブ膜の中央からずれてしまったためである。
2つの磁性層厚を 5nmとし、中央の磁性層厚を 2nmと
し、かつ 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたとき、 25%のＭ
Ｒ変化率が得られた。これに対して、中央の磁性層厚を
5nmと厚くした場合には、 18%のＭＲ変化率しか得られ
なかった。これは、中央の磁性層厚を厚くすることによ
り、磁性層と非磁性中間層との界面がスピンバルブ膜の
中央からずれてしまったためである。また、中央の磁性
層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたまま、外側
の 2つの磁性層厚を20nmと厚くした場合には、 14%のＭ
Ｒ変化率しか得られなかった。これは、外側の磁性層厚
が最適磁性層厚に比べて厚すぎたためである。さらに、
中央の磁性層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとした
まま、外側の 2つの磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nmと非
対称とした場合には、 16%のＭＲ変化率しか得られなか
った。これは、外側の磁性層の膜厚が非対称となること
により、磁性層と非磁性中間層の界面の位置がスピンバ
ルブ膜の中央からずれてしまったためである。
【００７２】上記したような 5層積層構造のスピンバル
ブ膜をＭＲヘッドに用いる場合には、外側の 2つの磁性
層と中央の磁性層の間に、非磁性中間層を介した弱い交
換結合を生じさせ、中央の磁性層の単磁区化を図ること
も可能である。また、交換結合を小さくしたまま外部か
らのバイアス磁界によって、単磁区化を図ることも可能
である。さらに、外側の磁性層材料と中央の磁性層材料
は必ずしも同一とする必要はなく、場合によっては変え
ることもできる。
ブ膜をＭＲヘッドに用いる場合には、外側の 2つの磁性
層と中央の磁性層の間に、非磁性中間層を介した弱い交
換結合を生じさせ、中央の磁性層の単磁区化を図ること
も可能である。また、交換結合を小さくしたまま外部か
らのバイアス磁界によって、単磁区化を図ることも可能
である。さらに、外側の磁性層材料と中央の磁性層材料
は必ずしも同一とする必要はなく、場合によっては変え
ることもできる。
【００７３】なお、上述した各実施例のＭＲヘッドにお
いて、Fe50Mn50等により磁性層に付与する磁気異方性の
方向は、信号磁界に対して平行方向であっても直角方向
であってもよく、特に限定されるものではない。
いて、Fe50Mn50等により磁性層に付与する磁気異方性の
方向は、信号磁界に対して平行方向であっても直角方向
であってもよく、特に限定されるものではない。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１および請
求項８記載の磁気抵抗効果ヘッドによれば、大きな磁気
抵抗変化率を再現性よく得ることが可能となる。また、
請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドによれば、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得た上で、線分解能および感
度の向上を図ることができる。
求項８記載の磁気抵抗効果ヘッドによれば、大きな磁気
抵抗変化率を再現性よく得ることが可能となる。また、
請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドによれば、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得た上で、線分解能および感
度の向上を図ることができる。
【図１】 本発明の第１の実施例によるＭＲヘッドの要
部構造を示す断面図である。
部構造を示す断面図である。
【図２】 ＭＲ変化率のバルク効果および界面効果に対
する依存性を示す等高線図である。
する依存性を示す等高線図である。
【図３】 ＭＲ変化率の磁性層厚に対する依存性を示す
等高線図である。
等高線図である。
【図４】 本発明の第２の実施例によるＭＲヘッドの要
部構造を示す断面図である。
部構造を示す断面図である。
【図５】 シールドタイプのＭＲヘッドの構造を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図６】 シールドタイプのＭＲヘッドにおける信号磁
束の侵入状態のストライプ幅ｗ／特性長λに対する依存
性を示す図である。
束の侵入状態のストライプ幅ｗ／特性長λに対する依存
性を示す図である。
【図７】 本発明の第３の実施例によるＭＲヘッドの要
部構造を示す断面図である。
部構造を示す断面図である。
【図８】 本発明の一実施例によるスピンバルブ膜のＭ
Ｒ変化率の磁性層厚依存性を示す特性図である。
Ｒ変化率の磁性層厚依存性を示す特性図である。
１、２、２１、２２、２３……磁性層 ３、２４、２５……非磁性中間層 ４…… 3層積層構造のスピンバルブ膜 ６……高抵抗の軟磁性層 ２６… 5層積層構造のスピンバルブ膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沢 裕一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくともCoを含む磁性合金からなる一
対の磁性層と、前記一対の磁性層間に配置された非磁性
中間層とを有する 3層積層構造のスピンバルブ膜を具備
する磁気抵抗効果ヘッドであって、 前記一対の磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ
1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3≦ｄ1 ≦ 7、 3≦ｄ2 ≦ 7、
および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満足すること
を特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項２】 請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記一対の磁性層は、 3≦ｄ1 ＜ 5、 3≦ｄ2 ＜ 5を満
足することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項３】 少なくともCoを含む磁性合金からなる一
対の磁性層と、前記一対の磁性層間に配置された非磁性
中間層とを有する 3層積層構造のスピンバルブ膜と、前
記一対の磁性層のうち、外部磁界により磁化方向が変化
する磁性層に接して設けられ、この磁性層より高い抵抗
を有する軟磁性層とを具備する磁気抵抗効果ヘッドであ
って、 前記一対の磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ
1 ≧ｄ2 ）、前記軟磁性層と前記軟磁性層に接する前記
磁性層との膜厚の合計をｄf (nm)としたとき、1≦ｄ1
≦ 7、 1≦ｄ2 ≦ 7、 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.4
0、および 5≦ｄf ≦40を満足することを特徴とする磁
気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項４】 請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記外部磁界により磁化方向が変化する磁性層と前記軟
磁性層とは磁気的に交換結合していることを特徴とする
磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項５】 請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記スピンバルブ膜は、そのストライプデプスより長い
特性長を有することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項６】 請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記軟磁性層は、 100μΩcm以上の比抵抗を有すること
を特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項７】 請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記一対の磁性層は、 3≦ｄ1 ＜ 5、 3≦ｄ2 ＜ 5を満
足することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項８】 少なくともCoを含む磁性合金からなる 3
つの磁性層と、前記3つの磁性層間にそれぞれ配置され
た 2つの非磁性中間層とを有する 5層積層構造のスピン
バルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッドであって、 前記 3つの磁性層のうち、外側の 2つの磁性層の膜厚を
ｄ1 、ｄ2 (nm)（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3
≦ｄ1 ≦ 7、 3≦ｄ2 ≦ 7、および 0≦（ｄ1−ｄ2 ）
／ｄ1 ≦0.40を満足することを特徴とする磁気抵抗効果
ヘッド。 - 【請求項９】 請求項８記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記 3つの磁性層のうち、中央の磁性層の膜厚をｄ3 (n
m)としたとき、 1≦ｄ3 ≦ 2/3ｄ1 を満足することを特
徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項１０】 請求項８記載の磁気抵抗効果ヘッドに
おいて、 前記外側の 2つの磁性層は、 3≦ｄ1 ＜ 5、 3≦ｄ2 ＜
5を満足することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20995494A JP2656449B2 (ja) | 1993-09-09 | 1994-09-02 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22478693 | 1993-09-09 | ||
| JP5-224786 | 1993-09-09 | ||
| JP20995494A JP2656449B2 (ja) | 1993-09-09 | 1994-09-02 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18965196A Division JPH09115113A (ja) | 1993-09-09 | 1996-07-18 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07129928A true JPH07129928A (ja) | 1995-05-19 |
| JP2656449B2 JP2656449B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=26517775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20995494A Expired - Fee Related JP2656449B2 (ja) | 1993-09-09 | 1994-09-02 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2656449B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6051304A (en) * | 1995-07-28 | 2000-04-18 | Takahashi; Migaku | Magnetoresistance element and its manufacture |
| KR100284779B1 (ko) * | 1995-08-11 | 2001-03-15 | 아끼구사 나오유끼 | 스핀밸브 자기저항효과형 자기헤드 및 자기 디스크 장치 |
| US6661624B1 (en) | 1999-09-28 | 2003-12-09 | Fujitsu Limited | Spin-valve magnetoresistive device having a layer for canceling a leakage magnetic field |
-
1994
- 1994-09-02 JP JP20995494A patent/JP2656449B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6051304A (en) * | 1995-07-28 | 2000-04-18 | Takahashi; Migaku | Magnetoresistance element and its manufacture |
| KR100284779B1 (ko) * | 1995-08-11 | 2001-03-15 | 아끼구사 나오유끼 | 스핀밸브 자기저항효과형 자기헤드 및 자기 디스크 장치 |
| US6661624B1 (en) | 1999-09-28 | 2003-12-09 | Fujitsu Limited | Spin-valve magnetoresistive device having a layer for canceling a leakage magnetic field |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2656449B2 (ja) | 1997-09-24 |
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|---|---|---|---|
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