JPH07220246A - 磁気抵抗効果膜、磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気抵抗効果膜、磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置

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JPH07220246A
JPH07220246A JP6012881A JP1288194A JPH07220246A JP H07220246 A JPH07220246 A JP H07220246A JP 6012881 A JP6012881 A JP 6012881A JP 1288194 A JP1288194 A JP 1288194A JP H07220246 A JPH07220246 A JP H07220246A
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magnetic
layer
substrate
antiferromagnetic layer
multilayer film
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JP6012881A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Nakatani
亮一 中谷
Katsumi Hoshino
勝美 星野
Hiroyuki Hoshiya
裕之 星屋
Yoshihiro Hamakawa
佳弘 濱川
Yoshio Suzuki
良夫 鈴木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/3218—Exchange coupling of magnetic films via an antiferromagnetic interface

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物系反強磁性材料を用いた多層膜磁気抵
抗効果素子の構造を提供する。 【構成】 磁気抵抗効果材料として、１層の磁性層に反
強磁性層からの交換バイアス磁界を印加し、１層の磁性
層には直接には反強磁性層からの交換バイアス磁界を印
加しない多層膜を用いた磁気抵抗効果型ヘッドにおい
て、酸化物を主成分とする高耐食性の反強磁性層１６
を、多層膜を形成した基板１１から見て上記２層の磁性
層１３，１５よりも遠い側に形成する。さらに、電極を
形成する部分の反強磁性層を除去した後、電極１７，１
７を形成する。 【効果】 本発明の磁気抵抗効果素子は、高感度及び優
れた軟磁気特性を示す。また、誘導型磁気ヘッドと組み
合わせることにより、高密度磁気記録再生装置に有利な
高性能磁気ヘッドを得ることができる。

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
する多層磁気抵抗効果膜、その多層磁気抵抗効果膜を用
いた磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置に関す
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、高い感度を示
す材料が求められている。最近、Ｄｉｅｎｙらによるフ
ィジカル・レビュ−・Ｂ（Physical Review B ）、第４
３巻、第１号、１２９７〜１３００ペ−ジに記載の「軟
磁性多層膜における巨大磁気抵抗効果」（Giant Magnet
oresistance in Soft Ferromagnetic Multilayers ）の
ように２層の磁性層を非磁性層で分離し、一方の磁性層
に反強磁性層からの交換バイアス磁界を印加する方法が
考案された。この多層膜は一層の磁性層の厚さが薄いた
め、磁気抵抗効果素子を形成した時の反磁界係数が小さ
く、このため、低い磁界で磁気抵抗効果を示す。また、
磁気抵抗変化量も大きい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記フィジカル・レビ
ュ−・Ｂ（Physical Review B ）に記載の多層膜には、
Ｆｅ−Ｍｎ系合金からなる反強磁性層が用いられてい
る。しかし、Ｆｅ−Ｍｎ系合金は耐食性が悪く、それを
用いた磁気抵抗効果素子の信頼性を低下させる。そこ
で、反強磁性材料としてＦｅ−Ｍｎ系合金に代わって耐
食性の優れたＮｉ−Ｏ系酸化物等の酸化物系反強磁性材
料を用いることが考えられる。しかし、酸化物系反強磁
性層の上に形成した磁性層は軟磁気特性が劣化し、磁気
抵抗効果素子の感度を低下させる。そこで、磁性層上に
酸化物系反強磁性層を形成すると、磁性層の軟磁気特性
は向上するが、酸化物系反強磁性層は電気抵抗率が高
く、多層膜上に電極を形成してもセンス電流を流すこと
ができない。
【０００４】本発明の目的は、耐食性に優れた高感度な
多層磁気抵抗効果膜、その多層磁気抵抗効果膜を用いた
高感度な磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、多層磁気
抵抗効果膜について鋭意研究を重ねた結果、基板上に設
けられた２層の磁性層と、２層の磁性層の間に設けられ
た非磁性層と、２層の磁性層のうちの一方の磁性層に接
触して設けられた反強磁性層とを含む多層膜からなり、
反強磁性層は酸化物を主成分とし基板に対して２層の磁
性層よりも遠い側に設けられており、反強磁性層に接触
していない磁性層と基板との間には反強磁性層が設けら
れていないことを特徴とすることによって、耐食性に優
れ、かつ軟磁気特性の良好な多層磁気抵抗効果膜が得ら
れることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】また、本発明者らは、多層膜を用いた種々
の構造を有する磁気抵抗効果型ヘッドについて鋭意研究
を重ねた結果、基板と、非磁性層で分離された２層の磁
性層とそのうちの一方の磁性層に接触して設けられた反
強磁性層とを含む多層膜と、一対の電極とを備える磁気
抵抗効果型ヘッドにおいて、反強磁性層は酸化物を主成
分とし基板に対して２層の磁性層よりも遠い側に設けら
れており、反強磁性層に接触していない磁性層と基板と
の間には反強磁性層が設けられておらず、一対の電極は
少なくとも反強磁性層以外の層に接触していることを特
徴とすることによって前記目的を達成できることを見出
し、本発明を完成するに至った。
【０００７】一対の電極を反強磁性層以外の層に接触し
て設けるには、酸化物系反強磁性層の一部を除去して電
極を形成すればよい。すなわち、２層の磁性層及びそれ
らを分離する非磁性層を有し、一方の磁性層が反強磁性
層に接触している多層膜を用いた磁気抵抗効果型ヘッド
において、酸化物を主成分とする高耐食性の反強磁性層
を、多層膜を形成した基板から見て上記２層の磁性層よ
りも遠い側に形成する。さらに、電極を形成する部分の
反強磁性層を除去した後、電極を形成する。このような
プロセスにより形成することにより、高感度、優れた軟
磁気特性を示す磁気抵抗効果型ヘッドが得られる。
【０００８】さらに、基板と電極の間にＣｏ系合金、例
えばＣｏ−１７ａｔ％Ｐｔ合金などのＣｏ−Ｐｔ系合
金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ系合金
等からなる高保磁力層を形成することにより、バルクハ
ウゼンノイズの少ない磁気抵抗効果型ヘッドを得ること
ができる。また、上記磁気抵抗効果型ヘッドを磁気記録
再生装置に用いるには、誘導型磁気ヘッドを組み合わせ
ることが好ましい。
【０００９】
【作用】酸化物を主成分とする反強磁性層を用いること
により耐食性を高めることができる。また、反強磁性層
を多層膜を形成した基板から見て２層の磁性層よりも遠
い側に形成することにより、磁性層の軟磁気特性が向上
する。電極を形成する部分の反強磁性層を除去した後、
電極を形成することにより、多層膜にセンス電流を流す
ことが可能になる。
【００１０】また、基板と電極の間にＣｏ系合金からな
る高保磁力層を形成することにより、多層膜を構成する
磁性層にバイアス磁界を印加することが可能になり、こ
の結果、磁気抵抗効果型ヘッドに生じやすいバルクハウ
ゼンノイズを抑制することができる。また、上記磁気抵
抗効果型ヘッドと誘導型磁気ヘッドを組み合わせること
により、高密度磁気記録に好ましい高性能磁気ヘッドを
得ることができ、この結果、磁気記録再生装置の性能が
著しく向上する。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を参照し
ながらさらに具体的に説明する。 〔実施例１〕図２に断面構造を示す多層膜をイオンビ−
ムスパッタリング法を用いて形成した。到達真空度は、
３×１０-5Ｐａ、スパッタリング時のＡｒ圧力は０．０
２Ｐａとした。また、膜形成速度は、０．０１〜０．０
２ｎｍ／ｓとした。
【００１２】まず、比較例として、図２（ａ）に示すよ
うに、Ｓｉ（１００）からなる基板２１上に、厚さ５０
ｎｍのＮｉ−Ｏ系酸化物からなる反強磁性層２２を形成
し、さらにその上に、厚さ５．０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ
％Ｆｅからなる磁性層２３、厚さ２．５ｎｍのＣｕから
なる非磁性層２４及び厚さ５．０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ
％Ｆｅからなる磁性層２５を順次積層した多層膜を形成
した。反強磁性層２２は、ＮｉＯからなるターゲットを
用いて形成した。Ｎｉと酸素の組成比はスパッタリング
によって変化しているものと考えられるが、組成比が変
化してもＮｉ−Ｏ系酸化物の層が室温で反強磁性を示せ
ば多層膜における反強磁性材料として使用できるので問
題はない。
【００１３】次に、本実施例による多層膜として、図２
（ｂ）に示すように、Ｓｉ（１００）からなる基板２６
上に、厚さ５．０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅからなる
磁性層２７、厚さ２．５ｎｍのＣｕからなる非磁性層２
８を形成した後、厚さ５．０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆ
ｅからなる磁性層２９及び厚さ５０ｎｍのＮｉ−Ｏ系か
らなる反強磁性層３０を順次積層した多層膜を形成し
た。反強磁性層２２は、前記比較例と同様にＮｉＯから
なるターゲットを用いて形成した。
【００１４】すなわち、図２（ａ）に示す比較例におい
ては、反強磁性層２２は多層膜を形成した基板２１から
見て２層の磁性層２３，２５よりも近い側に形成されて
いる。これに対し、図２（ｂ）に示す本実施例の多層膜
では、反強磁性層３０は多層膜を形成した基板２６から
見て２層の磁性層２７，２９よりも遠い側に形成されて
いる。
【００１５】図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す多層膜の
磁化曲線を、それぞれ図３（ａ）及び図３（ｂ）に示
す。前記フィジカル・レビュ−・Ｂ（Physical Review
B ）にも記載されているように、反強磁性層に接してい
ない磁性層の磁化反転により、零磁界付近で磁化の急激
な変化が生じる。これに対し、反強磁性層に接している
磁性層は、反強磁性層からの交換バイアス磁界を受けて
いるため、磁化反転する磁界が８ｋＡ／ｍ程度、零磁界
よりシフトしている。磁気抵抗効果型磁気ヘッドでは、
反強磁性層に接していない磁性層の磁化反転により外部
磁界を検出する。このため、反強磁性層に接していない
磁性層の磁気特性が重要である。
【００１６】図３（ａ）に示すように、比較例の多層膜
では、反強磁性層に接していない磁性層の保磁力は３２
０Ａ／ｍである。これに対し、図３（ｂ）に示すよう
に、本実施例の多層膜では、反強磁性層に接していない
磁性層の保磁力は１６０Ａ／ｍと、比較例の多層膜での
値の１／２になる。比較例の多層膜において、反強磁性
層に接していない磁性層の保磁力が高くなる原因は以下
のように推察される。すなわち、２層の磁性層の下部に
は、あらかじめ反強磁性層を形成する。この反強磁性層
は厚さが厚いため、上部の表面に凹凸が生じる。このた
め、反強磁性層上に形成した磁性層の平坦性が低下し、
磁性層の保磁力が高くなるものと思われる。これに対
し、本実施例の多層膜では、平坦な基板上に磁性層を形
成するため、磁性層の平坦性が向上し、優れた軟磁気特
性を示すものと考えられる。ちなみに、比較例の多層膜
の磁気抵抗変化率は３．５％であり、本実施例の多層膜
の磁気抵抗変化率は３．３％であった。
【００１７】上述の多層膜の構造による磁性層の保磁力
の違いは、磁性層として厚さ５．０ｎｍのＮｉ−１６ａ
ｔ％Ｆｅ−１８ａｔ％Ｃｏ合金を用いた場合には、さら
に大きかった。すなわち、反強磁性層に接していない磁
性層の保磁力は、図２（ａ）に示す構造の多層膜では８
００Ａ／ｍであり、図２（ｂ）に示す構造の多層膜では
１６０Ａ／ｍであった。このように、上述の多層膜の構
造による磁性層の保磁力の違いは、Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｎｉ
−Ｆｅ−Ｃｏ系の磁性材料に広く観測される。
【００１８】また、上述の多層膜の構造による磁性層の
保磁力の違いは、反強磁性層として他の酸化物系を用い
ても同様である。他の酸化物系反強磁性材料としては、
Ｃｏ−Ｏ系、Ｆｅ−Ｏ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｏ系などが使用
できる。しかし、ネール温度の高いＮｉ−Ｏ系酸化物が
最も好ましい反強磁性材料である。
【００１９】〔実施例２〕前述のように、図２（ｂ）に
示す構造の多層膜は、軟磁気特性が優れている。そこ
で、図２（ｂ）に示す構造の多層膜を用いて磁気抵抗効
果素子を作製した。作製した磁気抵抗効果素子の断面構
造を図１に示す。基板１１には、ガラスを用いた。バッ
ファ層１２には、厚さ５．０ｎｍのＨｆを用いた。この
バッファ層１２は、多層膜の軟磁気特性をさらに向上さ
せる働きがある。また、厚さ５．０ｎｍのＮｉ−２０ａ
ｔ％Ｆｅを磁性層１３及び１５とし、厚さ２．５ｎｍの
Ｃｕを非磁性層１４とし、厚さ５０ｎｍのＮｉ−Ｏを反
強磁性層１６とした。電極１７にはＣｕを用いた。
【００２０】本実施例の磁気抵抗効果素子の作製プロセ
スを以下に述べる。まず、図４（ａ）のように、基板４
１上にバッファ層４２、磁性層４３、非磁性層４４、磁
性層４５、及び反強磁性層４６を順次積層して多層膜を
形成する。成膜はイオンビームスパッタリング法によ
り、実施例１と同様の条件で行った。ここで、反強磁性
層４６は酸化物を主成分とするため、電気抵抗率が高
い。このため、単純に反強磁性層４６の上に電極を形成
しても、センス電流を流すことができない。そこで、本
実施例では次のようなプロセスによって電極を形成す
る。
【００２１】まず、図４（ｂ）に示すように、反強磁性
層４６上にレジスト層４７を形成する。次に、図４
（ｃ）のように、イオンミリングにより、レジスト層４
７のない部分を除去する。さらに、図４（ｄ）のよう
に、電極材料４８を基板４１上に真空蒸着で形成する。
その後、図４（ｅ）のように、レジスト４７を除去する
ことによってレジスト上の電極材料のみ除去し、電極４
９を残す。
【００２２】このようにして作製した磁気抵抗効果素子
の磁気特性を測定したところ、保磁力は磁化容易磁区方
向で１８０Ａ／ｍ、磁化困難方向で６０Ａ／ｍであり、
磁気抵抗変化率は３．２％であった。なお、本実施例で
は非磁性層としてＣｕを用いたが、Ｃｕに代えて電気抵
抗率の低いＡｕ，Ａｇ，Ａｌを用いても同様の結果が得
られる。しかし、磁性層として３ｄ遷移金属を用いる場
合には、磁性層とのフェルミ面のマッチングの観点か
ら、非磁性層はＣｕであることが好ましい。
【００２３】また、本実施例では、バッファ層１２とし
て、Ｈｆを用いたが、実質的にＨｆを主成分とする非磁
性合金であれば、上記実施例と同様の効果が得られる。
また、バッファ層材料としては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎ
ｂ、あるいは、これらを主成分とする合金が好ましい。
具体的には、全ての組成範囲のＨｆ−Ｚｒ，Ｈｆ−Ｔ
ｉ、５０ａｔ％以上のＨｆを含むＨｆ−Ｎｂ，Ｈｆ−Ｔ
ａ、７０ａｔ％以上のＨｆを含むＨｆ−Ｃｒ，Ｈｆ−
Ｖ，Ｈｆ−Ｍｏ，Ｈｆ−Ｗ，Ｈｆ−Ｃｕ等の合金を使用
することができる。これは、Ｈｆ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，
Ｎｂ、あるいは、これらを主成分とする合金をバッファ
層材料とすると、その上に形成される磁性層が強い（１
１１）配向となり、磁性層が薄くても優れた軟磁気特性
が得られるためである。
【００２４】また、図１の断面構造の多層膜として、Ｎ
ｉ−Ｏ（５０ｎｍ）／Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ（３．０ｎ
ｍ）／Ｃｏ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｎｉ
−２０ａｔ％Ｆｅ（５．０ｎｍ）を用いると、磁気抵抗
変化率が４．８％と高くなり、磁気抵抗効果素子の感度
が向上した。同様に、図１の断面構造の多層膜としてＮ
ｉ−Ｏ（５０ｎｍ）／Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ（３．０ｎ
ｍ）／Ｃｏ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ
（０．５ｎｍ）／Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ（４．５ｎｍ）
を用いると、磁気抵抗変化率が６．０％と更に高くなっ
た。これは、磁性層をＮｉ−Ｆｅ／ＣｏとしてＣｕ層と
の界面にＣｏ層を設けることにより、Ｎｉ−Ｆｅの優れ
た軟磁気特性とＣｏ層による高い磁気抵抗変化率を同時
に利用できるためと考えられる。
【００２５】〔実施例３〕図５に断面構造を示す磁気抵
抗効果素子を作製した。基板５１には、ガラスを用い
た。バッファ層５２には、厚さ５．０ｎｍのＨｆを用い
た。また、厚さ５．０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅを磁
性層５３及び５５とし、厚さ２．５ｎｍのＣｕを非磁性
層５４とし、厚さ５０ｎｍのＮｉ−Ｏを反強磁性層５６
とした。電極５７にはＣｕを用いた。
【００２６】本実施例の磁気抵抗効果素子は、実施例１
と同様のプロセスにより形成できる。すなわち、図４
（ａ）のように基板５１上に多層膜を形成し、図４
（ｂ）のようにその上にレジスト層を形成する。そし
て、レジスト層のない部分の多層膜を除去するとき、多
層膜を完全に除去せず一部を残す。その後、図４（ｄ）
及び図４（ｅ）に示すプロセスと同様のプロセスで電極
５７を形成すると、本実施例の磁気抵抗効果素子が得ら
れる。
【００２７】本発明の多層膜は、基本的には、多層膜と
電極が電気的に接触すればセンス電流を流すことができ
る。すなわち、レジストのない部分の反強磁性層（絶縁
層）のみ除去して、露出した磁性層（導電層）上に電極
を形成すればよい。しかし、反強磁性層のみを除去する
ことは、ミリングにおける終点判定が困難であるため現
実的ではなく、実際には反強磁性層以外の多層膜の一部
も除去することになる。また、多層膜だけでなく基板の
一部も除去しても本発明の有効性を損なうことはない。
本実施例の磁気抵抗効果素子の磁気特性を測定したとこ
ろ、保磁力は磁化容易方向で１７０Ａ／ｍ、磁化困難方
向で７０Ａ／ｍであり、磁気抵抗変化率は３．１％であ
った。
【００２８】〔実施例４〕図６に断面構造を示す磁気抵
抗効果素子を形成した。基板６１には、ガラスを用い
た。バッファ層６２には、厚さ５．０ｎｍのＨｆを用い
た。また、厚さ５．０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅを磁
性層６３及び６５、厚さ２．５ｎｍのＣｕを非磁性層６
４、厚さ５０ｎｍのＮｉ−Ｏを反強磁性層６６とした。
電極６７にはＣｕを用い、さらに、電極６７と基板６１
との間に、厚さ５．０ｎｍのＣｏ−１７ａｔ％Ｐｔから
なる磁性層６８を形成した。膜形成は前述の実施例と同
様の方法で行った。
【００２９】Ｃｏ−１７ａｔ％Ｐｔからなる磁性層６８
は、８０ｋＡ／ｍ程度の保磁力を示す高保磁力材料であ
る。この高保磁力層は、磁性層６３のトラック幅方向、
すなわち一対の電極６７，６７を結ぶ方向にバイアス磁
界を印加するために設けた。本実施例の磁気抵抗効果素
子と、高保磁力の磁性層６８がない以外は本実施例の磁
気抵抗効果素子と同一の構造を有する比較用の磁気抵抗
効果素子を各々３０個ずつ作製し、再生特性を調べた。
その結果、高保磁力の磁性層６８を有しない比較用の素
子は、３０個全ての再生信号にバルクハウゼンノイズが
認められたのに対し、本実施例の素子でバルクハウゼン
ノイズが発生したのは５個のみであった。このように、
磁性層６３に対するバイアス磁界の印加により、磁気抵
抗効果素子のバルクハウゼンノイズを抑制することがで
きた。
【００３０】本実施例では、ガラス基板６１はミリング
されていないが、ガラス基板６１がミリングされても本
発明の有効性を損なうことはない。また、磁性層６８と
して、他の高保磁力材料を用いることもできる。薄い層
厚で高い保磁力を示す材料が好ましく、Ｃｏ系合金にこ
のような材料が多い。Ｃｏ系合金としては、Ｃｏ−Ｔａ
−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒなどが好まし
い。
【００３１】〔実施例５〕ＮｉＯ（５０ｎｍ）／Ｎｉ−
Ｆｅ（３０ｎｍ）及びＦｅ−４０ａｔ％Ｍｎ（５０ｎ
ｍ）／Ｎｉ−Ｆｅ（３０ｎｍ）の２種類の２層膜を形成
した。それぞれの２層膜では、Ｎｉ−Ｆｅ系合金に反強
磁性層からの交換バイアス磁界が印加される。
【００３２】これらの２層膜を温度６０℃、湿度９０％
の環境におく耐食性試験を行った。耐食性試験により反
強磁性層が完全に腐食されると、Ｎｉ−Ｆｅ系合金に交
換バイアス磁界が印加されなくなる。従って、耐食性試
験前の交換バイアス磁界と試験後の交換バイアス磁界と
を比較することにより、反強磁性層の腐食された割合を
測定することができる。
【００３３】図７に耐食性試験の結果を示す。この図に
おいて、試験前後の交換バイアス磁界の比が１．０の
時、反強磁性層は全く腐食されないことを示す。また、
試験前後の交換バイアス磁界の比が０の時、反強磁性層
が完全に腐食されたことを示す。図７のように、反強磁
性層としてＦｅ−Ｍｎ系合金を用いると、１２５０時間
の試験時間で反強磁性層が腐食し、交換バイアス磁界が
零になる。これに対し、反強磁性層としてＮｉＯを用い
ると、１５００時間後においても反強磁性層は腐食され
ず、交換バイアス磁界は変化しない。この試験結果から
明らかなように、ＮｉＯは耐食性に優れ、多層膜磁気抵
抗効果素子に用いる反強磁性層材料として好ましい。
【００３４】〔実施例６〕本発明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。図８は、本実施例による記録再生分離型ヘッド
の一部分を切断した斜視図である。Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣを
主成分とする焼結体をスライダ用の基板７７とした。基
板７７の上に、スパッタリング法でＮｉ−２０ａｔ％Ｆ
ｅ合金からなるシ−ルド層７２を形成した。シ−ルド層
７２の膜厚は１．０μｍとした。シ−ルド層７２の上に
スパッタリング法により層厚０．１μｍのＡｌ2Ｏ3 か
らなるギャップ層を形成した後、図４に示したプロセス
により多層磁気抵抗効果膜７１及び電極７８からなる磁
気抵抗効果素子を形成した。多層磁気抵抗効果膜７１と
しては、Ｎｉ−Ｏ（５０ｎｍ）／Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ
（３．０ｎｍ）／Ｃｏ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎ
ｍ）／Ｃｏ（０．５ｎｍ）／Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ
（４．５ｎｍ）／Ｈｆ（５．０ｎｍ）を用いた。また、
電極７８には、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ／Ｃｏ−１７ａｔ％Ｐ
ｔという多層構造の材料を用いた。電極の一部にＣｏ系
合金を用いたのは、前記実施例４で述べたように、磁性
層のトラック幅方向にバイアス磁界を印加し、バルクハ
ウゼンノイズを抑制するためである。本実施例では、電
極間隔は２．０μｍである。また、多層磁気抵抗効果膜
７１の幅（磁気記録媒体面の法線方向の長さ）は、１．
０μｍである。さらに、上述のギャップ層と同様のギャ
ップ層を形成した後、スパッタリング法で、１．０μｍ
の膜厚を有するＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金からなるシ−
ルド層７３を形成した。以上、述べた部分が再生ヘッド
として働く。
【００３５】次に、厚さ約３μｍのＡｌ2Ｏ3 からなる
ギャップ層を形成した後、下部磁極７５、上部磁極７６
及びコイル７４からなる記録ヘッドを形成した。下部磁
極７５、上部磁極７６には、スパッタリング法で形成し
た膜厚３．０μｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金を用い
た。下部磁極７５及び上部磁極７６の間のギャップ層に
は、スパッタリング法で形成した膜厚０．２μｍのＡｌ
2Ｏ3 を用いた。コイル７４には膜厚３μｍのＣｕを使
用した。
【００３６】また、磁気ヘッド作製プロセスの研磨など
の工程を全て行った後、磁気ヘッドに４００ｋＡ／ｍの
磁界中で、２３０℃、１０分間の熱処理を行い、Ｎｉ−
Ｏ系反強磁性層の交換バイアス磁界の向きを、磁気記録
媒体面の法線方向とした。また、Ｎｉ−Ｏ系反強磁性層
に接していない磁性層の磁化容易方向は、反強磁性層の
交換バイアス磁界の向きとは直交する方向である。
【００３７】以上述べた構造の磁気ヘッドで記録再生実
験を行った。磁気抵抗効果素子に流すセンス電流は２×
１０7 Ａ／ｃｍ2 とした。ほぼ同様の構造のＮｉ−Ｆｅ
単層膜を用いた磁気ヘッド作製し、本発明の磁気ヘッド
と出力を比較したところ、本発明の磁気ヘッドは、３．
２倍高い再生出力を示した。これは、本発明の再生ヘッ
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。
【００３８】また、図２（ａ）に示す比較用の多層膜を
用い、電極下部にＣｏ系の高保磁力材料層を設けた磁気
ヘッドも作製したところ、本発明の磁気抵抗効果型ヘッ
ドと同様出力は高いが、バルクハウゼンノイズが非常に
頻繁に観測された。また、出力波形に歪が観測された。
これは、図２（ａ）に示す比較用の多層膜の保磁力が高
いためと考えられる。これに対し、本発明の磁気抵抗効
果型ヘッドでは、バルクハウゼンノイズは頻繁には観測
されず、また、出力波形には歪が観測されなかった。こ
れは、本発明の磁気ヘッドでは、多層膜の上部にＮｉ−
Ｏ系反強磁性層を形成しているため、磁性層の保磁力が
低いためと考えられる。
【００３９】図２（ａ）に示す比較用の多層膜を使用し
た磁気ヘッドと、図２（ｂ）に示す多層構造を有する本
発明の磁気ヘッドの特性の違いを更に明瞭に観察するた
め、各構造の多層膜にＣｏ系合金層を下部に設けた一対
の電極を設けて磁気ヘッドを作製し、それぞれの磁気ヘ
ッドにヘルムホルツコイルからの磁界を印加して出力電
圧変化を測定した。この方法は、実際の磁気記録媒体の
信号を検出するよりもバルクハウゼンノイズが発生しや
すく、その点で厳しい実験であるといえる。
【００４０】図９（ａ）に、図２（ａ）に示す比較用の
多層膜を使用した磁気ヘッドについての結果を示す。図
のように、磁界に対して急激に電圧が変化している部分
が観測される。これは、バルクハウゼンノイズによるも
のと考えられる。図２（ａ）に示す比較用の多層膜は保
磁力が高い。このため、電極材料の最下部にＣｏ系の高
保磁力材料を設け、磁性層のトラック幅方向にバイアス
磁界を印加しても、バルクハウゼンノイズを抑止できな
かったものと思われる。但し、電気抵抗の変化する領域
が全体に負の磁界方向に変化している原因は不明であ
る。
【００４１】図９（ｂ）に、図２（ｂ）に示す多層膜を
使用した磁気ヘッドについての結果を示す。図から明ら
かなように、磁界を変化させても電圧の変化はスムーズ
であり、バルクハウゼンノイズは認められない。これ
は、図２（ｂ）に示す構造の多層膜が低い保磁力を有
し、さらに、磁性層のトラック幅方向にバイアス磁界を
印加したためと考えられる。
【００４２】〔実施例７〕実施例６で述べた本発明の磁
気ヘッドを用い、磁気ディスク装置を作製した。図１０
に、磁気ディスク装置の構造の概略図を示す。磁気記録
媒体８１には、残留磁束密度０．７５ＴのＣｏ−Ｎｉ−
Ｐｔ−Ｔａ系合金からなる材料を用いた。磁気記録媒体
８１は駆動部８２によって回転駆動される。磁気ヘッド
８３の記録ヘッドのトラック幅は３μｍ、再生ヘッドの
トラック幅は２μｍとした。磁気ヘッド８３は、駆動部
８４によって回動駆動されて磁気記録媒体８１上のトラ
ックを選択できる。磁気ヘッド８３による記録再生信号
は記録再生信号処理系８５で処理される。
【００４３】磁気ヘッド８３に用いた磁気抵抗効果素子
は、従来のパーマロイ単層膜を用いた磁気抵抗効果素子
の約３倍の出力を示すため、さらに、トラック幅が狭
く、記録密度の高い磁気ディスク装置を作製することも
できる。本発明の磁気ヘッドは、特に、１Ｇｂ／ｉｎ2
以上の記録密度を有する磁気記録再生装置に有効であ
る。また、１０Ｇｂ／ｉｎ2 以上の記録密度を有する磁
気記録再生装置には必須であると考えられる。
【００４４】
【発明の効果】本発明によると、高感度かつ優れた軟磁
気特性を示す磁気抵抗効果型ヘッドが得られる。さら
に、基板と電極の間にＣｏ系合金からなる高保磁力層を
形成することにより、バルクハウゼンノイズの少ない磁
気抵抗効果型ヘッドを得ることができる。また、上記磁
気抵抗効果型ヘッドを誘導型磁気ヘッドと組み合わせる
ことにより、高密度磁気記録再生装置に有利な高性能磁
気ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による磁気抵抗効果素子の構
造を示す断面図。
【図２】本発明の多層膜及び比較用の多層膜の構造を示
す断面図。
【図３】図２に示す本発明の多層膜及び比較用の多層膜
のの磁化曲線を示すグラフ。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の作製プロセスを示
す図。
【図５】本発明の他の実施例による磁気抵抗効果素子の
構造を示す断面図。
【図６】本発明の他の実施例による磁気抵抗効果素子の
構造を示す断面図。
【図７】ＮｉＯ反強磁性層とＦｅ−Ｍｎ系合金反強磁性
層に対する耐食性試験の結果を示す図。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド
の構造を示す斜視図。
【図９】印加磁界に対する磁気ヘッドの電圧変化を示す
図。
【図１０】磁気記録再生装置の概略図。
【符号の説明】
１１，２１，２６，４１，５１，６１，７７…基板 １２，４２，５２，６２…バッファ層 １３，１５，２３，２５，２７，２９，４３，４５，５
３，５５，６３，６５，６８…磁性層 １４，２４，２８，４４，５４，６４…非磁性層 １６，２２，３０，４６，５６，６６…反強磁性層 １７，４９，５７，６７，７８…電極 ４７…レジスト層 ４８…電極材料 ７１…多層磁気抵抗効果膜 ７２，７３…シ−ルド層 ７４…コイル ７５…下部磁極 ７６…上部磁極 ８１…磁気記録媒体 ８２…磁気記録媒体駆動部 ８３…磁気ヘッド ８４…磁気ヘッド駆動部 ８５…記録再生信号処理系
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｚ (72)発明者 濱川 佳弘 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鈴木 良夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に設けられた２層の磁性層と、前
    記２層の磁性層の間に設けられた非磁性層と、前記２層
    の磁性層のうちの一方の磁性層に接触して設けられた反
    強磁性層とを含む多層膜からなり、前記反強磁性層は酸
    化物を主成分とし前記基板に対して前記２層の磁性層よ
    りも遠い側に設けられており、前記反強磁性層に接触し
    ていない磁性層と前記基板との間には反強磁性層が設け
    られていないことを特徴とする多層磁気抵抗効果膜。
  2. 【請求項２】 基板と、非磁性層で分離された２層の磁
    性層と該２層の磁性層のうちの一方の磁性層に接触して
    設けられた反強磁性層とを含む多層膜と、一対の電極と
    を備える磁気抵抗効果型ヘッドであって、 前記反強磁性層は酸化物を主成分とし前記基板に対して
    前記２層の磁性層よりも遠い側に設けられており、前記
    反強磁性層に接触していない磁性層と前記基板との間に
    は反強磁性層が設けられておらず、前記一対の電極は少
    なくとも反強磁性層以外の前記多層膜の層に接触してい
    ることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
  3. 【請求項３】 基板と、非磁性層で分離された２層の磁
    性層と該２層の磁性層のうちの一方の磁性層に接触して
    設けられた反強磁性層とを含む多層膜と、一対の電極と
    を備える磁気抵抗効果型ヘッドであって、 前記反強磁性層は酸化物を主成分とし前記基板に対して
    前記２層の磁性層よりも遠い側に設けられており、前記
    一対の電極の基板法線方向に前記反強磁性層が存在しな
    いことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
  4. 【請求項４】 基板と、非磁性層で分離された２層の磁
    性層と該２層の磁性層のうちの一方の磁性層に接触して
    設けられた反強磁性層とを含む多層膜と、一対の電極と
    を備える磁気抵抗効果型ヘッドであって、 前記反強磁性層は酸化物を主成分とし前記基板に対して
    前記２層の磁性層よりも遠い側に設けられており、前記
    一対の電極の基板法線方向に前記多層膜が存在しないこ
    とを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
  5. 【請求項５】 基板と、非磁性層で分離された２層の磁
    性層と該２層の磁性層のうちの一方の磁性層に接触して
    設けられた反強磁性層とを含む多層膜と、一対の電極と
    を備える磁気抵抗効果型ヘッドであって、 前記反強磁性層は酸化物を主成分とし前記基板に対して
    前記２層の磁性層よりも遠い側に設けられており、前記
    一対の電極は前記多層膜の積層端面において前記多層膜
    と接触していることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッ
    ド。
  6. 【請求項６】 前記一対の電極と基板との間にＣｏ系合
    金からなる磁性層が形成されていることを特徴とする請
    求項２〜５のいずれか１項記載の磁気抵抗効果型ヘッ
    ド。
  7. 【請求項７】 基板上にバッファ層、磁性層、非磁性
    層、磁性層及び酸化物を主成分とする反強磁性層をこの
    順序で積層して設けられた多層膜と、前記基板上に前記
    多層膜の積層端面と接触する部分を有するように設けら
    れた一対の電極とを含むことを特徴とする磁気抵抗効果
    型ヘッド。
  8. 【請求項８】 基板上にバッファ層、磁性層、非磁性
    層、磁性層及び酸化物を主成分とする反強磁性層をこの
    順序で積層して設けられた多層膜と、前記基板上に前記
    多層膜の積層端面と接触する部分を有するように設けら
    れた一対の電極とを含み、前記一対の電極と基板との間
    にＣｏ系合金からなる磁性層が形成されていることを特
    徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
  9. 【請求項９】 前記反強磁性層はＮｉ−Ｏ系反強磁性層
    であることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項記
    載の磁気抵抗効果型ヘッド。
  10. 【請求項１０】 前記多層膜は２層の磁気シールド層の
    間に挟まれて設けられていることを特徴とする請求項２
    〜９のいずれか１項記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の磁気抵抗効果型ヘ
    ッドと、磁気的に結合された一対の磁極及びコイルを備
    える誘導型磁気ヘッドとを組み合わせて設けたことを特
    徴とする複合型磁気ヘッド。
  12. 【請求項１２】 磁気記録媒体と、請求項２〜１０のい
    ずれか１項に記載の磁気ヘッドと、前記磁気記録媒体と
    前記磁気ヘッドとを相対的に駆動する駆動手段と、前記
    磁気ヘッドに接続された記録再生信号処理系とを含むこ
    とを特徴とする磁気記録再生装置。
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