JPH076329A

JPH076329A - 磁気抵抗効果素子並びにそれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置

Info

Publication number: JPH076329A
Application number: JP5146357A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Nakatani; 亮一中谷; Yoshihiro Hamakawa; 佳弘濱川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】多層膜を用いることによって、初めて可能に
なる狭トラック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１５
に反強磁性層１６からの交換バイアス磁界を印加し、他
の磁性層１３には直接的には、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、反強磁性層１６
からの交換バイアス磁界を印加しない磁性層１３のトラ
ック幅方向の長さ１９を短くした。【効果】オフトラック特性に優れ、高いトラック密度
の磁気記録再生が可能になる。また、多層膜を用いてい
るため、従来のパーマロイ単層膜を用いた磁気抵抗効果
素子よりも約３倍高い出力が得られる。

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素子並びにこれを用いた磁気ヘッ
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、Baibichらによる、フィジカル・レ
ビュ−・レタ−ズ、第６１巻、第２１号、第２４７２〜
２４７５頁（Physical Review Letters, 61(21), pp.24
72-2475.）の報告「（００１）Ｆｅ／（００１）Ｃｒ磁
性超格子の巨大磁気抵抗効果」に記載されているよう
に、多層構造を持つ磁性膜（Ｆｅ／Ｃｒ多層膜）におい
て、約５０％の磁気抵抗変化率（４．２Ｋにおいて）が
観測されている。しかし、上記Ｆｅ／Ｃｒ多層膜に十分
な磁気抵抗変化を生じさせるためには、８００ｋＡ／ｍ
もの高い磁界が必要であり、低い磁界で動作する必要が
ある磁気抵抗効果素子や磁気ヘッドには用いることがで
きないという問題がある。

【０００４】そこで、Dienyらによる、フィジカル・レ
ビュ−・Ｂ、第４３巻、第１号、第１２９７〜１３００
頁（Physical Review B, 43(1), PP.1297-1300.）の論
文「軟磁性多層膜における巨大磁気抵抗効果」に記載さ
れているように、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ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような高感度磁
気抵抗効果材料を再生用磁気ヘッドに用いる場合、現在
の再生用磁気抵抗効果型ヘッドよりもトラック幅の狭い
領域で使用されることになる。このため、狭いトラック
幅を有する磁気ヘッドの構造が重要である。本発明の目
的は、多層膜を用いた磁気抵抗効果素子のオフトラック
特性を改善し、狭い実効トラック幅を有する高感度な磁
気抵抗効果素子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、種々の構
造を有する磁気抵抗効果素子について鋭意研究を重ねた
結果、多層膜における磁性層の長さを磁性層により異な
る長さにすることにより、狭い実効トラック幅を有する
磁気抵抗効果素子が得られることを見出し、本発明を完
成するに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、非磁性層によって分
離された少なくとも２層の磁性層及び前記磁性層のいず
れかに隣接し該隣接する磁性層に交換バイアス磁界を印
加する少なくとも１層の反強磁性層を含む多層膜と、前
記多層膜に設けられた一対の電極とからなる多層磁気抵
抗効果素子において、反強磁性層に隣接していない磁性
層の電極の間隔方向の長さを、反強磁性層に隣接してい
る磁性層の電極間隔方向の長さよりも短くしたことを特
徴とする。

【０００８】反強磁性層に隣接していない磁性層の電極
間隔方向の長さは、電極間隔より短くすることができ、
典型的には２μｍ以下、より典型的には１μｍ以下であ
る。また、磁気抵抗効果素子の多層膜と基板との間には
Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ又はＺｎもしくはそれら
を主成分とする合金からなるバッファ層を形成するのが
好ましい。

【０００９】

【作用】反強磁性層からの交換バイアス磁界が直接には
印加されていない磁性層のトラック幅方向の長さを短く
したので、この磁性層は、その長さよりはずれた部分の
磁気記録媒体からの漏洩磁界の影響を受けにくい。一
方、反強磁性層からの交換バイアス磁界が印加されてい
る磁性層は、磁気記録媒体から漏洩磁界が印加されて
も、磁化の向きはほとんど変化しない。

【００１０】従って、本発明による磁気抵抗効果素子の
トラック幅は、反強磁性層からの交換バイアス磁界が直
接には印加されていない磁性層の長さで規定されるた
め、実効トラック幅が狭く、オフトラック特性の優れた
磁気抵抗効果素子が得られる。このような実効トラック
幅が狭い磁気抵抗効果素子は、高記録密度用の磁気ヘッ
ド及び磁気記録再生装置に最適である。

【００１１】また、本発明の磁気抵抗効果素子は、その
実効的なトラック幅が、電極間距離ではなく、反強磁性
層からの交換バイアス磁場が直接には印加されていない
磁性層のトラック幅方向の長さで決まるため、電極間距
離を実効的なトラック幅よりも長くすることができ、磁
気抵抗効果素子の製作上有利である。

【００１２】

【実施例】まず、多層磁気抵抗素子を構成する多層膜の
材料及び構造について検討を行った。多層膜は、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
０．０２Ｐａである。また、膜形成速度は、０．０１〜
０．０２ｎｍ／ｓである。

【００１３】形成した多層膜の断面構造を図２に示す。
基板２１にはＳｉ（１００）単結晶を用いた。バッファ
層２２としては、厚さ５ｎｍのＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃ
ｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕを用いた。バッフ
ァ層２２のない多層膜も形成した。磁性層２３及び２５
には、厚さ３ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金を用い
た。非磁性層２４には、厚さ２ｎｍのＣｕを用いた。反
強磁性層２６には、厚さ５ｎｍのＦｅ−４０ａｔ％Ｍｎ
合金を用いた。保護層２７には、バッファ層２２と同じ
材料、すなわち厚さ５ｎｍのＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒ，
Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕを用いた。但し、バッ
ファ層２２のない多層膜の保護層２７にはＮｂを用い
た。

【００１４】図３に、このようにして作成した前述の各
多層膜の磁化曲線を示す。各図において横軸は外部磁界
の強さであり、縦軸は磁化の強さである。図から明らか
なように、バッファ層のない多層膜の磁化曲線は単純な
単層膜の磁化曲線と同等であって、その２層の磁性層は
外部磁界に対して同様の磁化過程を示す。また、バッフ
ァ層２２として面心立方構造を有するＣｕ，Ａｇ又はＡ
ｕを用いた多層膜は、バッファ層を用いていない多層膜
と同様に、その２層の磁性層は外部磁界に対して同様の
磁化過程を示す。バッファ層２２として体心立方構造を
有するＣｒ，Ｎｂ，Ｔａを用いた多層膜では、磁化曲線
は若干分離している。

【００１５】これらのうち、バッファ層２２としてＮｂ
又はＴａを用いた多層膜では、一方の磁性層２５に反強
磁性層２６からの交換バイアス磁界が印加されており、
磁化曲線は正の印加磁界方向にシフトしている。また、
バッファ層２２として、稠密六方構造を有するＨｆ，Ｚ
ｒ又はＴｉを用いた多層膜では、磁化曲線は２つの部分
に明瞭に分離している。

【００１６】以上のことから、バッファ層２２として、
Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ又はＴｉからなる非磁性金属を
用いると、２層の磁性層間の交換相互作用が弱くなり、
かつ、一方の磁性層２５に反強磁性層２６からの交換バ
イアス磁界が強く印加されていることがわかる。特に、
バッファ層２２として稠密六方構造を有するＨｆ，Ｚｒ
又はＴｉを用いると、電気抵抗が高い領域が広く、外部
磁界の強さに対する磁気抵抗効果素子の特性の安定性が
よい優れた特性が得られる。

【００１７】この理由を明らかにするために、各多層膜
に対してＸ線回折分析を行ったところ、図５に示すよう
に、バッファ層２２として稠密六方構造を有するＴｉ，
Ｚｒ又はＨｆを用いた多層膜は、強い（１１１）配向を
示した。しかし、バッファ層２２として、面心立方構造
の金属を用いた多層膜、及びバッファ層を用いていない
多層膜は（１１１）配向を示さなかった。また、バッフ
ァ層２２として、体心立方構造のＣｒを用いた多層膜は
（１１１）配向を示さず、Ｎｂ又はＴａを用いた多層膜
は（１１１）配向を示した。しかし、Ｎｂ，Ｔａを用い
た多層膜の（１１１）面の回折ピーク強度は、稠密六方
構造を有するＨｆ，Ｚｒ，Ｔｉを用いた場合よりも若干
弱かった。

【００１８】前述の各多層膜の磁気抵抗効果曲線を図４
に示す。この図から分かるように、バッファ層を用いて
いない多層膜は、ほとんど磁気抵抗効果を示さない。こ
れは、図３の磁化曲線から明らかなように、多層膜中の
２層の磁性層が外部磁界に対して同様の磁化過程を示
し、２層の磁化の向きが常に平行であるためである。同
様に、バッファ層２２として、面心立方構造を有するＣ
ｕ，Ａｇ，Ａｕを用いた多層膜も磁気抵抗効果を示さな
い。バッファ層２２として、体心立方構造を有するＣ
ｒ，Ｎｂ，Ｔａを用いた多層膜は、比較的高い磁気抵抗
変化率を示す。しかし、図３に示されているように、明
瞭には磁化曲線が２つの部分に分離していないため、電
気抵抗が高い磁界領域が狭い。そして、この磁界領域を
超えた磁界を印加すると、多層膜は同じ磁化状態に戻ら
なくなる。これは、磁化曲線にヒステリシスがあるため
である。従って、上記磁界領域は広い方が好ましい。ま
た、バッファ層２２として、稠密六方構造を有するＨ
ｆ，Ｚｒ，Ｔｉを用いた多層膜は、比較的高い磁気抵抗
変化率を示すのみならず、電気抵抗が高い領域が広い。

【００１９】本発明者等は、バッファ層材料としてＺｎ
を用いた多層膜についても検討を行い、上記稠密六方構
造を有するバッファ層を用いた場合とほぼ同様の結果を
得た。しかし、バッファ層材料としてＺｎを用いた多層
膜は、（１１１）配向が、Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉを用いた多
層膜よりも弱い。このため、バッファ層材料としてＺｎ
を用いた多層膜は、Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉを用いた多層膜よ
りも、若干、特性が劣っていた。

【００２０】ここでは、磁性層としてＮｉ−Ｆｅ系合金
を使用したが、他の面心立方構造を有する磁性層を用い
ても、バッファ層材料による磁化曲線及び磁気抵抗効果
曲線の変化は同様である。しかし、反強磁性層から直接
交換バイアス磁界が印加されていない磁性層は、軟磁性
を示すことが必要であり、磁性層として、Ｎｉ−Ｆｅ系
合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金を用いることが好まし
い。

【００２１】また、ここでは、非磁性層としてＣｕを用
いたが、電気抵抗率の低いＡｕ，Ａｇ又は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。ただし、多層膜の耐熱性を向上させるためにはＣｕ
と磁性層との界面にＡｕ又はＡｇからなる薄い層を形成
するのが有効である。

【００２２】反強磁性層にはＦｅ−Ｍｎ系合金を用いた
が、他の反強磁性材料を用いることもできる。反強磁性
材料としてはＦｅ−Ｍｎ系合金、Ｆｅ−Ｍｎ系合金に耐
食性向上元素を添加した合金、ＮｉＯなどが好ましい。
Ｆｅ−Ｍｎ系合金に耐食性向上元素を添加した合金とし
ては、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｒｕ系合金が、耐食性の点、及びネ
−ル温度の高さの点から好ましい。

【００２３】バッファ層２２として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎを用い
た場合について比較したが、実質的にこれらを主成分と
する非磁性合金についても前述と同様の結果が得られ
る。また、Ｎｉ−Ｆｅ磁性層２３及び／又は２５とＣｕ
層２４との界面に厚さ１ｎｍのＣｏ層を形成した多層膜
は、５％の磁気抵抗変化率を示した。Ｃｏ層の代わりに
Ｃｏを主成分とするＣｏ−Ｆｅ等の合金を用いても同様
の結果が得られた。

【００２４】図２のバッファ層２２としてＨｆを用い、
スパッタリング条件を変え、透過電子顕微鏡による断面
観察を行なったところ、Ｈｆは非晶質になっていた。Ｈ
ｆが非晶質になる原因は明らかではないが、Ｓｉ基板上
に自然形成したＳｉＯと反応した可能性がある。従っ
て、上記バッファ層２２は、Ｈｆの酸化物である可能性
がある。また、多層膜に対してＸ線回折を行ったとこ
ろ、多層膜は強い（１１１）配向を示した。これは非晶
質金属上に多層膜を形成したために、面心立方構造を有
するＮｉ−Ｆｅ系合金等の最稠密面である（１１１）面
が基板と平行に配向しやすくなったためと考えられる。
バッファ層２２として、Ｔｉ，Ｚｒを用いた場合にもバ
ッファ層は非晶質になった。ここではバッファ層として
Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉを用いた場合について述べたが、実質
的にＨｆ，Ｚｒ，Ｔｉを主成分とした合金であれば同様
の効果が得られる。

【００２５】次に、図２の磁性層２３及び２５として膜
厚５ｎｍのＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金を用い、スパッタリ
ング条件をもとに戻して最初の方法と同様の方法で多層
膜を形成した。Ｎｉ及びＦｅの組成比は８０：２０と
し、Ｃｏの濃度を変化した。基板２１にはＳｉ（１０
０）単結晶を用いた。バッファ層２２には厚さ５ｎｍの
Ｈｆを用い、非磁性層２４には厚さ２ｎｍのＣｕを用い
た。反強磁性層２６には厚さ５ｎｍのＦｅ−４０ａｔ％
Ｍｎ合金を用い、保護層２７には厚さ５ｎｍのＨｆを用
いた。

【００２６】図６に、Ｃｏ濃度と多層膜の磁気抵抗変化
率との関係を示す。この図のように、Ｃｏ濃度の増加に
従い、磁気抵抗変化率が増加する。２．５％以上の磁気
抵抗変化率を得るためには、Ｃｏ濃度が１０ａｔ％以上
であることが必要である。図７に、Ｃｏ濃度と磁性層２
３の異方性磁界との関係を示す。この図のように、Ｃｏ
濃度を高くすると、磁性層２３の異方性磁界が高くな
る。磁性層２３の異方性磁界が高くなると、磁界に対す
る感度が低下するという問題がある。図７のように、異
方性磁界を２．４ｋＡ／ｍ（３０Ｏｅ）以下とするため
には、Ｃｏ濃度を２５ａｔ％以下にする必要がある。

【００２７】以上のように、高い磁気抵抗変化率及び低
い磁性層の異方性磁界を達成するためには、Ｃｏ濃度を
１０〜２５ａｔ％にすることが好ましい。なお、磁性層
の結晶磁気異方性定数を零に近くし、磁性層の保磁力を
低くするためには、ＮｉとＦｅの組成比を７５：２５〜
８５：１５にすることが好ましい。このように磁気抵抗
効果素子を形成する多層膜についての一般的な検討をふ
まえた上で、本発明の実施例について以下に説明する。

【００２８】〔実施例１〕図１に、本発明の磁気抵抗効
果素子の構造を示す。本実施例では、基板１１としてガ
ラスを、バッファ層１２として厚さ５ｎｍのＨｆを用い
た。磁性層１３及び磁性層１５には、厚さ５ｎｍのＮｉ
−１６ａｔ％Ｆｅ−１８ａｔ％Ｃｏ合金を用いた。非磁
性層１４には、厚さ２ｎｍのＣｕを用いた。反強磁性層
１６には、厚さ５ｎｍのＦｅ−４０ａｔ％Ｍｎ合金を用
いた。保護層１７には、厚さ３ｎｍのＨｆを用いた。電
極１８には、厚さ２００ｎｍのＣｕを用いた。下部磁性
層のトラック幅方向の長さ１９は１μｍである。また、
電極間距離２０も１μｍとした。本実施例の磁気抵抗効
果素子の特徴は、下部の磁性層１３のトラック幅方向の
長さを１μｍとしたことにある。

【００２９】また、比較例として、従来の一般的な磁気
抵抗効果素子の磁気抵抗効果材料を多層膜材料で置き換
えたタイプの磁気抵抗効果素子も作成した。比較例の素
子構造を図８に示す。基板３１にはガラスを、バッファ
層３２には厚さ５ｎｍのＨｆを用いた。磁性層３３及び
磁性層３５には、厚さ５ｎｍのＮｉ−１６ａｔ％Ｆｅ−
１８ａｔ％Ｃｏ合金を用いた。非磁性層３４には、厚さ
２ｎｍのＣｕを用いた。反強磁性層３６には、厚さ５ｎ
ｍのＦｅ−４０ａｔ％Ｍｎ合金を用いた。保護層３７に
は、厚さ３ｎｍのＨｆを用いた。電極３８には厚さ２０
０ｎｍのＣｕを用い、電極間距離３９は実施例１の磁気
抵抗効果素子と同じく１μｍとした。しかし、この比較
例の磁気抵抗効果素子の磁性層３３のトラック幅方向の
長さは、磁性層３５と同じ長さであり、電極間距離３９
よりも長い。

【００３０】上記２種類の磁気抵抗効果素子のオフトラ
ック特性を調べた。測定に際し、予め、トラック幅１μ
ｍの誘導型磁気ヘッドを用いて、磁気記録媒体に信号を
記録した。測定結果を図９に示す。図９は、横軸にトラ
ックの中心に磁気抵抗効果素子を乗せた場合を基準とし
た磁気抵抗素子の位置を、縦軸に信号強度をとり、各位
置での磁気抵抗効果素子の出力を示してある。この図の
ように、電極間距離は同じく１μｍであるのに、磁性層
１３の幅を１μｍとした本発明の実施例による磁気抵抗
効果素子の出力４１は、従来形状の磁気抵抗効果素子の
出力４２よりも、磁気抵抗効果素子の位置に対する出力
の変化が大きい。すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子
は、オフトラック特性が優れ、磁気記録媒体上のトラッ
ク間隔が狭まった場合でも、隣接するトラックの情報の
影響を受けず、本来読み取るべきトラックの情報を的確
に再生することができる。

【００３１】このように本発明の磁気抵抗効果素子のオ
フトラック特性が優れている理由は以下のように考えら
れる。すなわち、図１の磁性層１３のトラック幅方向の
長さは短く、磁性層１３は、長さ１９よりはずれた部分
の磁気記録媒体から発生される漏洩磁界の影響を受けに
くい。また、磁性層１５には、反強磁性層１６からの交
換バイアス磁界が印加されており、磁気記録媒体から漏
洩磁界が印加されても、磁化の向きはほとんど変化しな
い。従って、本発明の磁気抵抗効果素子のトラック幅
は、反強磁性層からの交換バイアス磁場が直接には印加
されていない下部の磁性層１３の長さ１９で規定され
る。このような現象は、１層の磁性層１５に反強磁性層
１６からの交換バイアス磁界が印加され、もう１層の磁
性層１３には、直接的には反強磁性層１６からの交換バ
イアス磁界が印加されていない型の多層膜において初め
て生じるものである。

【００３２】これに対して、図８に示した比較例の磁気
抵抗効果素子では、トラック幅は電極間距離３９で規定
される。これは、２層の電極で挾まれた部分の電気抵抗
の変化のみ出力として得られるという原理に基づいてい
る。しかし、図８に示した磁気抵抗効果素子では、磁性
層３３が、トラック幅以外の部分でも、磁気記録媒体か
らの漏洩磁界によって磁化回転し、磁性層３３のトラッ
ク幅の部分に影響を与える。この現象は、トラック幅が
１０μｍ程度の磁気抵抗効果素子では、大きな問題には
ならなかった。しかし、パ−マロイに代わる磁気抵抗効
果材料としての多層膜は、従来よりも高い記録密度の磁
気記録再生装置に用いられ、必然的にトラック幅の狭い
磁気抵抗効果素子に用いられるため、そのオフトラック
特性が重要な問題となるのである。

【００３３】図９において、本発明の磁気抵抗効果素子
の信号強度−３０ｄＢ以上を示す磁気抵抗効果素子位置
の範囲４３と比較例の磁気抵抗効果素子の同範囲４４と
の差は０．５３μｍである。従って、この差のトラック
幅に対する割合は５３％である。図１０に、範囲４３及
び４４の差のトラック幅に対する割合と、トラック幅と
の関係を示す。この図のように、トラック幅が狭くなる
と、オフトラック特性の影響が大きくなる。範囲４３及
び４４の差のトラック幅に対する割合が２５％以上にな
るのは、トラック幅が２μｍ以下の領域である。すなわ
ち、本発明の磁気抵抗効果素子は、トラック幅が２μｍ
以下の領域で特に有効になる。また、範囲４３及び４４
の差のトラック幅に対する割合が５０％以上になる、ト
ラック幅１μｍ以下の領域では特に威力を発揮する。

【００３４】なお、本実施例では、磁性層１３の端部に
若干のテーパを付けた。これは、非磁性層１４が不連続
になるのを防ぐためである。また、本実施例では、磁性
層１３のトラック幅方向の長さ１９と電極間距離２０を
同じにした。しかし、多層膜と電極１８は、形状が異な
るため同時には形成されない。つまり、多層膜を形成
し、パタ−ニングを行った後、電極を形成し、さらに、
電極のパタ−ニングを行うことになる。従って、上記２
つの長さを同じにし、その位置を正確に合わせるのは困
難である。しかし、本発明の磁気抵抗効果素子の実効的
なトラック幅は、電極間距離２０ではなく磁性層１３の
トラック幅方向の長さ１９で決まる。従って、電極間距
離２０を磁性層１３のトラック幅方向の長さ１９よりも
長くし、図１１のような構造にすることが、磁気抵抗効
果素子の製作上有利である。このように電極間距離２０
をトラック幅よりも広くすることは、磁性層１３のトラ
ック幅方向の長さによってトラック幅が規定される本発
明の磁気抵抗効果素子の構造を採用して初めて可能にな
ることである。

【００３５】〔実施例２〕本発明の磁気抵抗効果素子の
他の実施例として、３層の磁性層を有する磁気抵抗効果
素子を形成した。図１２に本実施例の磁気抵抗効果素子
の構造を示す。本実施例では、基板６１としてガラス
を、バッファ層６２として厚さ５ｎｍのＨｆを用いた。
結晶系制御層６３としては、厚さ５ｎｍのＣｕを用い
た。結晶形制御層６３は、Ｆｅ−Ｍｎ系合金からなる反
強磁性層６４を面心立方構造にするために用いた。Ｆｅ
−Ｍｎ系合金は、面心立方構造の時、室温で反強磁性を
示す。Ｆｅ−Ｍｎ系合金をＨｆ層上、あるいはガラス基
板上などに形成すると、Ｆｅ−Ｍｎ系合金は面心立方構
造にはならない。面心立方構造ではないＦｅ−Ｍｎ系合
金は、室温では常磁性である。なお、反強磁性層６４と
してＮｉＯなどの他の材料を使用する時は、結晶形制御
層６３を使用する必要はない。磁性層６５、磁性層６７
及び磁性層６９には、厚さ５ｎｍのＮｉ−１６ａｔ％Ｆ
ｅ−１８ａｔ％Ｃｏ合金を用いた。非磁性層６６及び非
磁性層６８には、厚さ２ｎｍのＣｕを用いた。反強磁性
層７０には、厚さ５ｎｍのＦｅ−４０ａｔ％Ｍｎ合金を
用いた。保護層７１には、厚さ３ｎｍのＨｆを用いた。
電極７２には、厚さ２００ｎｍのＣｕを用いた。磁性層
６７のトラック幅方向の長さ１９は１μｍである。電極
間距離２０も１μｍとした。本実施例の磁気抵抗効果素
子の特徴は、前記実施例１の場合と同様に磁性層６７の
トラック幅方向の長さを１μｍに制限した点にある。

【００３６】上記磁気抵抗効果素子のオフトラック特性
を調べた結果、実施例１で述べた２層の磁性層を有する
磁気抵抗効果素子と同様の優れたオフトラック特性が観
測された。また、本実施例による磁気抵抗効果素子の出
力は、磁性層が３層存在するため、磁性層が２層である
実施例１の磁気抵抗効果素子よりも１．３倍高かった。

【００３７】〔実施例３〕実施例１で述べた本発明の磁
気抵抗効果素子を用いて、図１３に示す構造を有する磁
気ヘッドを作製した。図１３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。多層
磁気抵抗効果膜５１をシ−ルド層５２、５３で挾んだ部
分が再生ヘッドとして働き、コイル５４を挾む下部磁極
５５、上部磁極５６の部分が記録ヘッドとして働く。

【００３８】以下に、このヘッドの作製方法を示す。Ａ
ｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣを主成分とする焼結体をスライダ用の基
板５７とした。シ−ルド層、記録磁極にはスパッタリン
グ法で形成したＮｉ−Ｆｅ合金を用いた。上下のシ−ル
ド層５２、５３の膜厚は１．０μｍとし、下部磁極５５
及び上部磁極５６の膜厚は３．０μｍとした。各層間の
ギャップ材としてはスパッタリングで形成した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０．１μｍ、記録磁極間では０．２μｍと
した。さらに再生ヘッドと記録ヘッドの間隔は約３μｍ
とし、このギャップもＡｌ₂Ｏ₃で形成した。コイル５４
には、膜厚３μｍのＣｕを使用した。電極５８には、多
層構造の材料Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒを用いた。

【００３９】本実施例の磁気ヘッドで記録再生を行った
ところ、Ｎｉ−Ｆｅ単層膜を用いた磁気ヘッドと比較し
て、２．７倍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。

【００４０】本発明の磁気ヘッドを磁気記録再生装置に
用いることにより、高性能磁気記録再生装置が得られ
る。本発明による磁気抵抗効果を用いた磁気ヘッドは１
Ｇｂ／ｉｎ²以上の記録密度を有する磁気記録再生装置
に特に有効であり、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。また、本発明
の磁気抵抗効果素子は、その感度及び空間分解能の高さ
を生かして磁気ヘッド以外の磁界検出器としても用いる
ことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、反強磁性層からの
交換バイアス磁界が印加されている磁性層と、反強磁性
層からの交換バイアス磁界が直接には印加されていない
磁性層とを有する多層磁気抵抗効果素子において、交換
バイアス磁界が直接には印加されておらず磁気記録媒体
からの漏洩磁界により比較的磁化回転しやすい方の磁性
層のトラック幅方向の長さを短くしたので、オフトラッ
ク特性の優れた磁気抵抗効果素子を得ることができる。
そして、本発明の磁気抵抗効果素子は、その実効的なト
ラック幅が反強磁性層からの交換バイアス磁場が直接に
は印加されていない磁性層のトラック幅方向の長さで決
まるため、電極間距離を実効的なトラック幅よりも長く
することができ、磁気抵抗効果素子の製作上有利であ
る。

【００４２】また、このようなオフトラック特性の優れ
た磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに組み込むことによ
り、高記録密度を有する磁気記録再生装置に最適な磁気
ヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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２】多層磁気抵抗効果膜の構造を示す断面図。

【図３】バッファ層材料が異なる多層膜の磁化曲線を示
す図。

【図４】バッファ層材料が異なる多層膜の磁気抵抗効果
曲線を示す図。

【図５】多層膜のＸ線回折プロファイルを示す図。

【図６】多層磁気抵抗効果膜のＣｏ濃度と磁気抵抗変化
率との関係を示すグラフ。

【図７】多層磁気抵抗効果膜のＣｏ濃度と磁性層の異方
性磁界との関係を示すグラフ。

【図８】従来の磁気抵抗効果素子に多層膜を適用した磁
気抵抗効果素子の構造を示す断面図。

【図９】本発明の磁気抵抗効果素子と比較例の磁気抵抗
効果素子のオフトラック特性を示す図。

【図１０】本発明の磁気抵抗効果素子と比較例の磁気抵
抗効果素子の−３０ｄＢ以上の出力を示す範囲の差とト
ラック幅との関係を示すグラフ。

【図１１】電極間距離がトラック幅よりも長い磁気抵抗
効果素子の構造を示す断面図。

【図１２】本発明の第２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１３】本発明の磁気ヘッドの構造を示す斜視図。

【符号の説明】

１１，２１，３１，６１…基板１２，２２，３２，６２…バッファ層１３，１５，２３，２５，３３，３５，６５，６７，６
９…磁性層１４，２４，３４，６６，６８…非磁性層１６，２６，３６，６４，７０…反強磁性層１７，２７，３７，７１…保護層１８，３８，７２…電極１９…磁性層１３のトラック幅方向の長さ２０，３９…電極間距離４１…本発明の磁気抵抗効果素子の出力４２…比較例の磁気抵抗効果素子の出力４３…本発明の磁気抵抗効果素子の信号強度−３０ｄＢ
以上を示す磁気抵抗効果素子位置の範囲４４…比較例の磁気抵抗効果素子の信号強度−３０ｄＢ
以上を示す磁気抵抗効果素子位置の範囲５１…多層磁気抵抗効果膜５２，５３…シ−ルド層５４…コイル５５…下部磁極５６…上部磁極５７…基体５８…電極６３…結晶形制御層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性層によって分離された少なくとも
２層の磁性層及び前記磁性層のいずれかに隣接し該隣接
する磁性層に交換バイアス磁界を印加する少なくとも１
層の反強磁性層を含む多層膜と、前記多層膜に設けられ
た一対の電極とからなる多層磁気抵抗効果素子におい
て、反強磁性層に隣接していない磁性層の前記電極の間隔方
向の長さが、反強磁性層に隣接している磁性層の前記方
向の長さよりも短いことを特徴とする多層磁気抵抗効果
素子。
【請求項２】反強磁性層に隣接していない磁性層の前
記電極の間隔方向の長さが電極間隔より短いことを特徴
とする請求項１記載の多層磁気抵抗効果素子。
【請求項３】反強磁性層に隣接していない磁性層の前
記電極の間隔方向の長さが２μｍ以下であることを特徴
とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】反強磁性層に隣接していない磁性層の前
記電極の間隔方向の長さが１μｍ以下であることを特徴
とする請求項３記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】反強磁性層に隣接していない磁性層の前
記電極の間隔方向の端部形状がテーパ状であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気抵抗効
果素子。
【請求項６】多層膜と基板との間に金属バッファ層が
形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か１項記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】バッファ層がＴａ又はＮｂもしくはＴａ
又はＮｂを主成分とする合金からなることを特徴とする
請求項６記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】バッファ層がＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒ又はＺｎ
もしくはＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒ又はＺｎを主成分とする合金
からなることを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果
素子。
【請求項９】Ｔｉ，Ｈｆ又はＺｒもしくはＴｉ，Ｈｆ
又はＺｒを主成分とする合金からなるバッファ層が非晶
質状態であることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗
効果素子。
【請求項１０】磁性層が面心立方構造を有し、（１１
１）配向していることを特徴とする請求項６〜９のいず
れか１項記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】磁性層の少なくとも一部がＮｉ−Ｆｅ
系合金又はＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金であることを特徴と
する請求項１〜１０のいずれか１項記載の磁気抵抗効果
素子。
【請求項１２】Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金のＣｏ濃度が
１０〜２５ａｔ％であることを特徴とする請求項１１記
載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】磁性層の少なくとも一部がＣｏ又はＣ
ｏを主成分とする合金であることを特徴とする請求項１
〜１２のいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】非磁性層との界面部分がＣｏ層である
ことを特徴とする請求項１３記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】非磁性層の少なくとも一部がＣｕであ
ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載
の磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】請求項１〜１５のいずれか１項記載の
磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッド。
【請求項１７】請求項１６に記載の磁気ヘッドと誘導
型磁気ヘッドを組み合わせた複合型磁気ヘッド。
【請求項１８】請求項１６又は請求項１７に記載の磁
気ヘッドを含む磁気記録再生装置。