JPH0778313A

JPH0778313A - 磁気記録再生装置

Info

Publication number: JPH0778313A
Application number: JP22327793A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hoshiya; 裕之星屋; Matahiro Komuro; 又洋小室; Makoto Aihara; 誠相原; Moriaki Fuyama; 盛明府山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】高い出力と耐久性を有する磁気抵抗効果素子及
びこれを用いた高記録密度磁気記録再生装置を提供す
る。【構成】磁気抵抗効果素子多層膜の磁性膜をＣｏとＮｉ
Ｆｅの積層膜で構成、大きな磁気抵抗効果と磁界に対す
る良好な感度を両立させる。【効果】高記録密度の磁気記録再生装置，高出力，高耐
電流で、外部磁界に対して高感度である磁気抵抗効果型
ヘッドを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録再生装置およ
び磁気抵抗効果型記録再生分離ヘッドに関し、特に、高
記録密度磁気記録再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果素子に関して、ジャ−ナル
オブザフィジカルソサエティオブジャパン
第５９巻３０６１〜３０６４頁（Journal of The Phy
sicalSociety of Japan、vol.59，3061〜3064）には、
磁気特性の異なる金属磁性膜ＣｏおよびＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀を
非磁性膜Ｃｕを介して積層したものが記載されている。
更に、フィジカルレビュ− Ｂ４３号１２９７〜１
３００頁（Physcal Review，B43，1297〜1300）には、
ＦｅＭｎ反強磁性膜を強磁性/非磁性多層膜に積層した
ものが記載されている。同じく、アプライドフィジッ
クスレター第６１巻２１１１〜２１１３頁（Applie
d Physics Letters、Vol.61 (1992)2111−2113）にはＣ
ｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ積層膜の記載が、アプラ
イドフィジックスレター第６１巻１３５８〜１
３６０頁（Applied Physics Letters，Vol.61 (1992) 1
358−1360）には界面に薄いＣｏ層を挿入したＮ
ｉ₈₁Ｆｅ₁₉／Ｃｕ多層膜の記載がある。

【０００３】また、特開平2−61572号には中間層によっ
て分離した強磁性薄膜、およびその一方に隣接する反強
磁性薄膜を用いた磁場センサの記載がある。

【０００４】特願平4−59895号には反強磁性膜と強磁性
膜を積層する界面に飽和磁束密度の低い別の強磁性膜を
挿入した磁気抵抗効果素子の記載がある。

【０００５】EP 490608A2 ，特願平5−18430号には、そ
れぞれ、分離された磁性層の磁化の方向を反強磁性膜で
規定した磁気抵抗効果素子の記述がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、記録
密度の充分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外部
磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効果
素子を得ることが出来ず、記憶装置としての機能を実現
することが困難であった。

【０００７】近年、強磁性金属膜を非磁性金属膜を介し
て積層した多層膜の磁気抵抗効果が大きいことが知られ
ている。この場合、磁気抵抗効果は、非磁性導電膜で隔
てられた磁性膜の、磁化と磁化のなす角度によって電気
抵抗が変化する。

【０００８】本発明の目的は高密度記録に対応した磁気
記録装置および充分な出力と磁界感度を有する磁気抵抗
効果素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では磁気記録装置
の課題として、特に再生部の磁気抵抗効果素子の高記録
密度での再生性能の向上、すなわち再生出力，信号の一
義性，耐久性、の向上を目的としている。

【００１０】課題を解決するための手段として、本発明
では磁気記録再生装置の再生部分である、磁気抵抗効果
を有する薄膜を、反強磁性膜／第一の磁性膜／非磁性導
電膜／第二の磁性膜の構成を有する、即ち、巨大磁気抵
抗効果を有する積層膜からなるものとする。これは巨大
磁気抵抗効果が、従来の異方性磁気抵抗効果に比して、
その抵抗変化が大きいためである。また反強磁性膜を用
いるのは、第一の磁性膜に一方向異方性を印加するため
である。これは外部からの磁界に対して第二の磁性膜と
の間に互いの磁化のなす角度を、一義的に、再現性良く
変化せしめ、結果として出力信号を正確に媒体上の記録
情報と対応せしめるのである。

【００１１】ここで、磁性膜とは、これを構成する原子
が磁気モーメントを持っており、使用する温度でこの磁
気モーメントが秩序を持って配列し、自発的な磁化を有
している膜で、例えばＣｏ薄膜のような強磁性膜であ
る。あるいはＣｏ層とＮｉＦｅ層の積層膜のように複数
種の磁性層の積層膜であっても良い。

【００１２】反強磁性膜とは、隣接して形成した磁性層
に一方向の磁気的異方性を印加する機能を有する膜であ
って、例えばＮｉＯ，ＦｅＭｎ膜のような反強磁性体の
薄膜であり、あるいはＣｏＰｔ合金膜のような硬磁性膜
などでも同様な効果が得られる。

【００１３】また、非磁性導電膜とは、使用する温度で
巨視的な自発磁化を有さない電気伝導性のある膜、例え
ばＣｕ，Ｃｒ膜などである。あるいはＣｕ−Ａｕなどの
合金や、Ｃｕ層とＡｇ層の積層膜のように複数種の磁性
層の積層膜であっても良い。非磁性層は、磁性相関の磁
気的結合を生じないように、その材料の特定の厚さ、例
えば２ｎｍのＣｕ膜として形成する。

【００１４】さらに本発明の課題を解決する手段のより
詳細なものは以下に示される。

【００１５】第一に、上記第一の磁性膜の構成を、少な
くとも２層、上記反強磁性膜と隣接する第一の磁性層及
び上記非磁性導電膜と隣接する第二の磁性層からなるも
のとする。第一の磁性層は上記反強磁性膜との交換結合
を良好とする役割を、第二の磁性層は上記非磁性導電膜
を介して上記第二の磁性膜と相互作用し、大きな磁気抵
抗を生じる機能を有する。

【００１６】第二の手段として、上記第二の磁性膜の構
成を、少なくとも２層、上記非磁性膜と隣接する第一の
磁性層及び上記非磁性導電膜と隣接しない第二の磁性層
からなるものとする。第一の磁性層は上記非磁性導電膜
を介して上記第一の磁性膜と相互作用し、大きな磁気抵
抗を生じる機能を有する。第二の磁性層は良好な軟磁気
特性を有し、第二の磁性膜全体の磁気特性を良好にする
効果を有する。

【００１７】すなわち、磁気抵抗効果膜の構成を、例え
ば、反強磁性膜／第一の磁性層／第二の磁性層／非磁性
導電膜／第三の磁性層／第四の磁性層とし、磁気特性を
良好にする磁性層と、大きな磁気抵抗効果を得られる磁
性層とを長所良く組み合わせることに、本発明の意図が
あるのである。

【００１８】第三に、磁気抵抗効果膜の構成を、Ｃｏと
ＮｉＦｅ合金、もしくはＣｏ合金とＮｉＦｅ合金薄膜と
を非磁性層を介して組み合わせる。特に、巨大磁気抵抗
効果を実質的に発生させる部分にＣｏを、外部磁界に感
応して磁気抵抗をドライブする部分にＮｉＦｅ合金薄膜
を用いる。これにより、本発明の磁気抵抗効果素子を用
いた再生ヘッドは、磁界に対する高感度と高い出力を兼
ね備えることが可能になるのである。

【００１９】本発明の磁性層の具体的な組成例を以下に
示す。

【００２０】上記第一の磁性層としては良好な軟磁気特
性と、比較的小さな一軸異方性を有し、さらには反強磁
性膜との接合が良好で、かつある程度大きな磁化を有す
る必要がある。数値的には保磁力１０エルステッド以
下、異方性磁界１０エルステッド以下、飽和磁束密度
０.５テスラ以上で、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏが合計で５０％
以上の材料が好ましい。これは、反強磁性膜との接合界
面に発生する交換結合を大きくし、分散を抑制する効果
が強いためである。特に、Ｎｉ−Ｆｅ合金薄膜、特にＦ
ｅが１０から３０原子％の組成がこの目的に適してい
る。

【００２１】上記第二および第三の磁性層としてはＣｏ
が好ましい。これは、Ｃｏの磁性層がＣｕ，Ａｇ等の非
磁性導電層を介して大きな磁気抵抗効果を生じるためで
ある。あるいはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金薄膜、特にＣｏ５
０から９９原子％，残部Ｎｉ及びＦｅの組成が好まし
い。これは、この合金薄膜が良好な軟磁気特性を、磁気
抵抗をほとんど低減させずに示すためである。

【００２２】上記第四の磁性層としてはＮｉ−Ｆｅ合金
薄膜、特にＦｅが１０から３０原子％の組成が好まし
い。これは、この合金薄膜が良好な軟磁気特性と、比較
的小さな一軸異方性を有するためであり、強いては本発
明の磁気抵抗効果膜の磁気的な感度を良好にするからで
ある。あるいはこの合金に２０原子％以下のＣｏを添加
しても良い。この添加は重大な磁気特性の劣化を生じな
いだけでなく、巨大磁気抵抗効果の生因の一つである、
スピンに依存した散乱を増加させる効果があるからであ
る。

【００２３】また、本発明の別の意図は、同様の構成を
用いて、磁気抵抗効果膜の構造の安定性、特に熱的な安
定性の向上をはかることにある。すなわち、薄膜の形成
過程において、基板上に積層される膜の構造は、より基
板側に先んじて形成された膜の影響を、しばしば強く受
ける。したがって、磁気抵抗効果膜の構成例として、基
板／反強磁性膜／第一の磁性膜／非磁性導電膜／第二の
磁性膜の場合には、第一の磁性膜を、構造の安定した素
材からなる第一の磁性層と、大きな磁気抵抗を得られる
第二の磁性層とを積層して構成することで上記安定性を
向上できる。あるいは、反強磁性膜／第一の磁性膜／非
磁性導電膜／第二の磁性膜／基板の構成例の場合には、
第二の磁性膜を、構造の安定した素材からなる第三の磁
性層と、大きな磁気抵抗を得られる第四の磁性層とを積
層して構成することで上記安定性を向上できる。

【００２４】上記構造の安定した素材からなる層として
は、室温において０.２テスラ以上の飽和磁束密度と、
微結晶、あるいは非晶質の構造を有することが望まし
い。更に詳細には、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉと、拡散を生じに
くい組成、例えば融点が高い金属、Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｚｒ，Ｔｉなどとの合金薄膜が望ましい。あるいはＦｅ
を５０原子％以上含む素材が好ましい。これは、微結
晶，非晶質の層を磁性層を基板側の最下層に使用するこ
とで、柱状組織の成長に伴う凹凸の発生を抑制すること
ができ、この上に成長する他の層の結晶性を良好にする
ことができるからである。

【００２５】本発明の磁気抵抗効果素子に用いられる強
磁性膜は、５〜１０００Åの厚さ、特に１００Å以下の
厚さを有する。これは５Å以下では磁性膜がほぼ単原子
層の程度になってしまい、磁性体としての特性を損なう
ことが有るからである。また、１０００Å以上では、全
体の膜厚に対する、積層界面の数が少なくなり、界面で
生じる磁気抵抗効果が効果的に検出出来なくなるからで
ある。特に表面散乱による電気抵抗の増加が問題になら
なければ、１００Å以下と薄い方が形状効果が適度に小
さくなって良い。各磁性膜を隔離する非磁性導電層は５
〜１０００Åの厚さを有する。

【００２６】第一の強磁性膜を構成する第一の磁性層及
び、第二の磁性層の厚さは、２から１００Åが良い。第
一の磁性層は、第二の磁性層に比べて薄く、例えばそれ
ぞれ１０及び４０Åの厚さが好ましいが、特に限定する
ものではない。

【００２７】第二の磁性膜を構成する第三の磁性層およ
び第四の磁性層の厚さは、それぞれ、２から２０Å、お
よび１０から１００Åが良い。即ち、第三の磁性層が、
第四の磁性層に比べて半分以下に薄いことが望ましい。
これは、第二の強磁性膜の磁気特性が、概ね第四の磁性
層によって決定されるようにするためである。

【００２８】非磁性導電層の厚さは、電子の伝導を妨げ
ず、特に強磁性層間の反強磁性的あるいは強磁性的な結
合を十分に小さく保つべく、特定の厚さ、例えばＣｕで
あれば１０Åから２５Å程度であることが望ましい。す
なわち、磁性層間の磁気的結合は素子の感度を低下させ
る原因となるが、この結合は、非磁性層が厚いと小さい
が、さらに、その厚さによって反強磁性／強磁性の間で
振動することが知られている。一方、磁性層間で生じる
磁気抵抗効果は非磁性層が薄いほど大きい。感度が良
く、同じに出力の大きい素子を得るためには、非磁性層
の厚さをその材料の特定の値に精度良く作製する必要が
あるのである。

【００２９】本発明の磁気抵抗効果素子の具体的な構成
の一例は、基板上に、ＮｉＯ膜500Å，ＮｉＦｅ層１０
Å，Ｃｏ層４０Å，Ｃｕ膜２０Å，Ｃｏ層３Å，ＮｉＦ
ｅ層５０Å、を順次積層した膜に一対の電極を配してな
る。

【００３０】

【作用】本発明の磁気記録再生装置は、上記の手段によ
って一義性の高い、高い再生出力を実現し、特に高い記
録密度での記録を実現する。

【００３１】すなわち本発明の磁気抵抗効果素子は、反
強磁性膜に隣接した第一の磁性膜を多層化して、この膜
のヒステリシスを低減し、出力の一義性、即ち、再現性
を高める。さらに、反強磁性膜に直接隣接しない、第二
の強磁性膜を多層化し、巨大磁気抵抗効果を大きくし、
素子の再生出力を増大させるのである。

【００３２】また、磁気抵抗効果膜の、基板側の磁性層
を、特定の組成，構造を有するものとして、積層膜の構
造を安定化し、膜の耐熱性をも向上できる。

【００３３】以上のように、本発明の構成は、出力が高
く、信号の再現性に優れ、かつ、耐熱性、即ち耐電流性
の改善された磁気抵抗効果素子を提供するものであり、
しいては高記録密度の磁気記録再生装置を実現させるも
のである。

【００３４】

【実施例】本発明の具体的な実施例を図を追って説明す
る。図１は本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録
再生装置の概念図である。ヘッドスライダー９０を兼ね
る基体５０上に磁気抵抗膜１０および電極４０を形成
し、これを記録媒体９５を有するディスク９１上に位置
決めして再生を行う。ディスク９１は回転し、ヘッドス
ライダー９０はディスク９１の表面の記録媒体９５の上
を、０.２μｍ以下の高さ、あるいは接触状態で対向し
て相対運動する。この機構により、磁気抵抗膜１０はデ
ィスク９１表面の記録媒体９５に記録された磁気的信号
を、その漏れ磁界から読み取ることのできる位置に設定
されるのである。磁気抵抗膜１０は複数の磁性膜と非磁
性導電膜を交互に積層した膜とバイアス膜、特に反強磁
性膜３０、からなる。この積層膜の一部の磁性膜、望ま
しくは積層した磁性膜のうち一層おきの膜、は、記録媒
体に対向する面６３に対して垂直な矢印６１の方向に強
い異方性の誘導により、その磁化が、この方向におおよ
そ固定されている。また磁性膜の他の膜は、磁気抵抗効
果膜の膜面内で矢印６１と垂直な方向、つまり矢印６２
の方向に比較的弱く異方性を印加により、その磁化がこ
の方向に誘導されている。このような構成により、記録
媒体上に磁気的に記録された信号は、媒体上に漏れ磁界
６４として磁気抵抗膜１０に達し、その成分、特に磁気
抵抗効果膜の膜面内の成分に従って矢印６２の方向から
磁化が回転し、非磁性導電膜を介して隣あった二つの磁
性膜の互いの磁化の方向のなす角度が変化して磁気抵抗
効果が生じ、再生出力を得る。磁気抵抗効果素子の信号
を感知する部分は、磁気抵抗膜１０の電流の流れる部
分、即ち図１で電極４０で挟まれる部分である。

【００３５】図２は本発明の磁気記録再生装置の構成図
である。記録媒体９５を両面に有するディスク９１をス
ピンドルモーター９３にて回転させ、アクチュエーター
９２によってヘッドスライダー９０を記録媒体９５のト
ラック上に誘導する。ただし記録媒体９５は必ずしもデ
ィスクの両面にある必要はない。

【００３６】即ち磁気ディスク装置においてはヘッドス
ライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッド
がこの機構に依って記録媒体９５上の所定の記録位置に
近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取
るのである。記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘ
ッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を信号処理
系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望
の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッ
ドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出
し、アクチュエーター９２を制御して、ヘッドスライダ
ーの位置決めを行うことができる。

【００３７】図３は上記素子に加えて記録用ヘッドを形
成した、記録再生分離型ヘッドの概念図である。記録再
生分離型ヘッドは、本発明の素子を用いた再生ヘッド
と、インダクティブ型の記録ヘッド、及び、漏れ磁界に
よる再生ヘッドの混乱を防止するためのシールド部から
なる。ここでは水平磁気記録用の記録ヘッドとの搭載を
示したが、本発明の磁気抵抗効果素子を垂直磁気記録用
のヘッドと組合わせ、垂直記録に用いても良い。ヘッド
は、基体５０上に下部シールド膜８２，磁気抵抗膜１０
及び電極４０，上部シールド膜８１からなる再生ヘッド
と、下部磁性膜８４，コイル４４，上部磁性膜８４から
成る記録ヘッドとを形成してなる。このヘッドによっ
て、記録媒体上に信号を書き込み、また記録媒体から信
号を読み取るのである。再生ヘッドの感知部分と、記録
ヘッドの磁気ギャップはこのように同一スライダー上に
重ねた位置に形成することで、同一トラックに同時に位
置決めができる。このヘッドをスライダーに加工し、磁
気記録再生装置に搭載した。

【００３８】本概念図では磁気抵抗効果素子の端部が記
録媒体との対抗面に露出した形状となっているが、記録
媒体からの磁界を導くヨーク状軟磁性体を対抗面から配
置して、内側に設置した磁気抵抗効果素子に磁気的に結
合させると素子の機械的耐久性が増す。特に、素子のＭ
Ｒ高さを小さくすることでヨークの磁路抵抗を減少さ
せ、感度を向上することが出来る。

【００３９】本発明の磁気抵抗効果素子は例えば図４の
ような構成を有する。基体５０上に、磁気抵抗膜１０、
すなわち反強磁性膜３０，第一の磁性膜２１，非磁性導
電膜２０，第二の強磁性膜２２を積層し、かつ電極４０
を電気的に接合してなる。第一の強磁性膜は、第一の磁
性層１１および第二の磁性層１２から、第二の磁性層は
第三の磁性層１３および第四の磁性層１４からなる積層
体である。図４の素子構成は電極４０が反強磁性膜３０
の下に設置されているが、電極は他の構造、例えば反強
磁性膜３０を一部にだけ形成してその上から電極４０を
形成しても、あるいは反強磁性膜３０に密着して電極を
形成する方法であっても本発明の効果を損なうものでは
ない。

【００４０】本発明の磁気抵抗効果素子を構成する膜は
高周波マグネトロンスパッタリング装置により以下のよ
うに作製した。アルゴン３ミリトールの雰囲気中にて、
直径３インチのガラス（厚さ１ミリ）、およびセラミッ
クス基板（厚さ３ミリ）上に以下の材料を順に積層して
作製した。スパッタリングターゲットとして酸化ニッケ
ル，コバルト，ニッケル−２０ａｔ％鉄合金，銅のター
ゲットを用いた。積層膜は、各ターゲットを配置したカ
ソードに各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを
発生させておき、各カソードごとに配置されたシャッタ
ーを一つずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時に
は基板面内で直交する二対の電磁石を用いて基板に平行
におよそ５０エルステッドの磁界を印加して、一軸異方
性をもたせるとともに、酸化ニッケル膜の交換結合バイ
アスの方向をそれぞれの方向に誘導した。一軸異方性の
誘導は、基板近傍に取り付けた二対の電磁石によって、
各磁性膜の形成時に誘導すべき方向に磁界を加えて行っ
た。

【００４１】磁気抵抗効果素子の性能の評価は膜を短冊
形状、例えばＭＲ高さ４１を２から４ミクロン，素子幅
４３を１１０ミクロンにパターニングし、Ｃｒ／Ｃｕあ
るいはＡｕ／Ｃｕ電極を、ＭＲ幅４２が２から４ミクロ
ンとなるよう形成した。この時、磁性膜の一軸異方性の
方向６２と素子の電流方向が平行となるようにした。パ
ターニング後、真空中、２００℃で１５分保持後、１キ
ロエルステッドの磁界中で冷却処理を行い、酸化ニッケ
ルの一方向異方性を素子の対向面６３に垂直な方向６１
に印加した。素子の電気抵抗は電極端子間に一定の電流
を通じ、素子の面内に電流方向に垂直な方向に磁界を印
加して、素子の電気抵抗を電極端子間の電圧として測定
し、磁気抵抗変化率として感知した。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１は本発明の、多層化した磁性膜を有す
る素子の、構成と特性を示したものである。ただし、試
料Ｎｏ.１および２は、比較のため示した、本発明の技
術によらないものである。

【００４４】図５，図６はそれぞれ、表１に試料Ｎｏ.
１および２で表した構成の素子の、磁界に対する抵抗
変化を表した図である。これは図４において反強磁性膜
３０にＮｉＯ膜を用い、磁性層１１，１２，１３，１４
すべて同一にＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀合金薄膜、またはＣｏ薄膜
を、非磁性導電膜にＣｕ膜を用いたことに対応してい
る。図５と図６との比較から、これらの膜の特性が明ら
かになる。すなわち、試料Ｎｏ.１は磁気的な特性、特
にゼロ磁界近傍でのヒステリシスが小さいが、抵抗変化
率は４％と小さい。逆に試料Ｎｏ.２は、ヒステリシス
は大きいが、抵抗変化率は８％と大きい。本発明の構成
は、この両者の優れた性質のみを結合せしめることを特
徴とする。図７は両者の材料、ＣｏとＮｉＦｅを組合わ
せた試料No.３の磁気抵抗曲線である。抵抗変化率は６
％と大きくなり、かつまた、ヒステリシスが小さい。こ
れは、反強磁性膜と結合するＣｏ層が、電子のスピンの
方向に依存した散乱を多く発生し、自由なＮｉＦｅ層が
これを磁気抵抗として駆動するためである。試料Ｎｏ.
３は、さらに次の構成によって、信号の一義性が改善
できる。図８は表１に試料Ｎｏ.４で表した構成の素子
の、磁界に対する抵抗変化を表した図である。試料Ｎ
ｏ.４は、試料Ｎｏ.３の構成に、さらに薄いＮiＦe膜
が挿入されてなるもので、すなわち、図４において反強
磁性膜３１にＮｉＯ膜を用い、磁性層１１，１４にＮｉ
₈₀Ｆｅ₂₀合金薄膜を、磁性層１２，１３にＣｏ薄膜を、
非磁性導電膜にＣｕ膜を用いたことに対応している。こ
の構成の効果はゼロ磁界近傍での磁気抵抗の変化に如実
に現われる。ゼロ磁界近傍での抵抗の変化は、図７で、
磁界の増減に対して逆方向なのに対し、図８では同方向
になっている。即ち、図７の試料Ｎｏ.３は、信号に対
する出力の一義性にかけているが、磁性層１１にＮｉＦ
ｅを用いた試料Ｎｏ.４はその出力が、信号に対して一
義的であるよう改善されているのである。

【００４５】同様に図９は表１に試料Ｎｏ．５で表した
構成の素子の、磁界に対する抵抗変化を表した図であ
る。これは図４において反強磁性膜３０にＮｉＯ膜を、
磁性層１１,１４にＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀合金薄膜を磁性層１２,
１３にＣｏ薄膜を、非磁性導電膜にＣｕ膜を用いたこと
に対応している。この膜は構成の順序が一見試料Ｎｏ.
４と同等とも見えるが、その厚さ、すなわち構成比が明
らかに異なっている。試料Ｎｏ.４は、第一の磁性膜が
１０ÅのＮｉＦｅと４０ÅのＣｏから成るのに対し、試
料Ｎｏ.５は、第一の磁性膜が５０ÅのＮｉＦｅと２Å
のＣｏから成り、質量的に大部分がＮｉＦｅから成って
いる。この構成の違いは図８，図９の抵抗変化率が、試
料Ｎｏ.５は６％で試料Ｎｏ.４に比べてやや低いこと
と、図１０に示すように耐熱性が異なることに現われ
る。図１０は表１に試料Ｎｏ.１，４および５で表した
構成の素子の、抵抗変化率の耐熱性を表した図である。
各試料は真空中でそれぞれの熱処理温度で一時間の熱処
理を施し、磁界中で冷却し、室温で測定した結果を示し
た。抵抗変化率は、全ての試料で熱処理によって低下す
るが、その耐熱性は、試料Ｎｏ.４，５，１の順に優れ
ている。即ち、磁性膜が多層構造でない試料Ｎｏ.１に
対して、試料Ｎｏ.５、さらにＮｏ.４は、多層化によ
りその耐熱性が改善されているのである。

【００４６】同様に図１１は表１に試料Ｎｏ.１，６お
よび７で表した構成の素子の、抵抗変化率の耐熱性を表
した図である。各試料は真空中でそれぞれの熱処理温度
で一時間の熱処理を施し、磁界中で冷却し、室温で測定
した結果を示した。抵抗変化率は、全ての試料で熱処理
によって低下するが、その耐熱性は、試料Ｎｏ.７，
６，１の順に優れている。即ち、磁性膜が多層構造でな
い試料Ｎｏ.１に対して、試料Ｎｏ.６，７は、多層化
によりその耐熱性が改善されているのである。耐熱性の
向上は、即ち、素子の寿命及び耐電流性を支配している
ため、本発明の構成は、出力が高く寿命の長い素子及び
これを組み込んだ磁気記録再生装置を提供するものであ
る。

【００４７】図１２は表１に試料Ｎｏ.４で示した構成
の素子、トラック幅２.８ミクロン、ＭＲ高さ３.９ミ
クロンでの出力特性である。本発明の磁気抵抗効果型再
生ヘッドはその出力特性が、図１２のように膜の特性と
同様であり、高い出力を得る。例えば、従来型の単層の
ＮｉＦｅ合金薄膜（厚さ２００オングストローム）の磁
気抵抗効果素子の出力に比較しても、２倍以上の出力、
あるいは４倍程度の感度を得ることができる。このよう
に本発明の素子を搭載した磁気記録装置において、高い
信号出力と、高記録密度を達成することができた。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば高
い再生出力と、良好な耐久性を兼ね備えた磁気抵抗効果
素子およびこれを用いた高記録密度の磁気記録再生装置
とを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気記録再生装置の概念図であ
る。

【図２】本発明の磁気記録再生装置の構成図である。

【図３】本発明の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘ
ッドの概念図である。

【図４】本発明による高感度磁気抵抗効果素子の積層膜
の構成の例である。

【図５】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜（試料Ｎ
ｏ.１）における磁界と抵抗の関係を示した図である。

【図６】ＮｉＯ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ膜（試料Ｎｏ.２）
における磁界と抵抗の関係を示した図である。

【図７】ＮｉＯ／Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜（試料Ｎｏ.
３）における磁界と抵抗の関係を示した図である。

【図８】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ／ＮｉＦ
ｅ膜（試料Ｎｏ.４）の磁界と抵抗の関係を示した図で
ある。

【図９】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ／ＮｉＦ
ｅ膜（試料Ｎｏ.５）の磁界と抵抗の関係を示した図で
ある。

【図１０】Ｃｏを用いた巨大磁気抵抗効果積層膜の熱処
理後の磁気抵抗変化率を示した図である。

【図１１】ＦｅおよびＦｅ−Ｔａ下地膜を用いた巨大磁
気抵抗効果積層膜の熱処理後の磁気抵抗変化率を示した
図である。

【図１２】試料Ｎｏ.４の構成の素子の交流磁界に対す
る出力特性である。

【符号の説明】

１０…磁気抵抗膜、１１，２２…第一の磁性層、１２，
２２…第二の磁性層、１３…第三の磁性層、１４…第四
の磁性層、２０…非磁性導電膜、３０…反強磁性膜、４
０…電極、４１…ＭＲ高さ、４２…ＭＲ幅、４３…素子
幅、４４…コイル導体、５０…基体、６０…感知すべき
磁界の方向、６１…磁化の誘導の方向、６２…磁化の誘
導の方向、６３…記録媒体に対抗する面、６４…記録媒
体からの磁界、６５…記録トラック、８１…上部シール
ド膜、８２…下部シールド膜、８３…上部磁性膜、８４
…下部磁性膜、９０…本発明の磁気抵抗効果素子を搭載
した磁気ヘッド、９１…ディスク円板、９２…アクチュ
エイター、９３…スピンドルモーター、９４…信号処理
回路系、９５…記録媒体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者府山盛明茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号を磁気的に記録する記録媒体と、前記
記録媒体から漏洩する磁界を検出し、少なくとも反強磁
性膜／第一の磁性膜／非磁性導電膜／第二の磁性膜の構
造を持つ磁気抵抗効果素子とを有する磁気記録再生装置
であって、前記磁性膜１が、反強磁性膜に直接積層してなる第一の
磁性層と、反強磁性膜とは直接接合しない第二の磁性層
からなることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項２】前記第二の磁性層の厚さが１ｎｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１の磁気記録再生装置。
【請求項３】前記第一の磁性層がＮｉ７０から９０原子
％でＦｅ１０から３０原子％の合金薄膜であることを特
徴とする請求項１，２の磁気記録再生装置。
【請求項４】前記第一の磁性層がＦｅ、もしくはＦｅ５
０から９９原子％で残部ＣｏおよびＮｉからなる合金薄
膜であることを特徴とする請求項１，２および３の磁気
記録再生装置。
【請求項５】前記第二の磁性層がＣｏ、もしくはＣｏ５
０から９９原子％で残部ＦｅおよびＮｉからなる合金薄
膜であることを特徴とする請求項１，２，３および４の
磁気記録再生装置。
【請求項６】信号を磁気的に記録する記録媒体と、前記
記録媒体から漏洩する磁界を検出し、少なくとも反強磁
性膜／第一の磁性膜／非磁性導電膜／第二の磁性膜の構
造を持つ磁気抵抗効果素子とを有する磁気記録再生装置
であって、前記磁性膜２が、非磁性導電膜に直接積層してなる第一
の磁性層と、非磁性導電膜とは直接接合しない第二の磁
性層からなることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項７】前記第二の磁性層がＮｉ７０から９０原子
％でＦｅ１０から３０原子％の合金薄膜であることを特
徴とする請求項５の磁気記録再生装置。
【請求項８】前記第一の磁性層がＣｏ、もしくはＣｏ５
０から９９原子％で残部ＦｅおよびＮｉからなる合金薄
膜であることを特徴とする請求項６および７の磁気記録
再生装置。
【請求項９】前記第一の磁性層の飽和磁束密度と厚さの
積が前記第二の磁性層の上記の値の１／２よりも小さい
ことを特徴とする請求項６，７および８の磁気記録再生
装置。
【請求項１０】信号を磁気的に記録する記録媒体と、前
記記録媒体から漏洩する磁界を検出し、少なくとも反強
磁性膜／第一の磁性膜／非磁性導電膜／第二の磁性膜の
構造を持つ磁気抵抗効果素子とを有する磁気記録再生装
置であって、上記第一の磁性膜の平均的な組成が、５０原子％以上の
Ｃｏから成り、上記第二の磁性膜が平均的にＮｉ７０か
ら９０原子％でＦｅ１０から３０原子％，Ｃｏ０.１か
ら１０原子％の合金薄膜からなることを特徴とする磁気
記録再生装置。
【請求項１１】信号を磁気的に記録する記録媒体と、前
記記録媒体から漏洩する磁界を検出し、少なくとも基体
／反強磁性膜／第一の磁性膜／非磁性導電膜／第二の磁
性膜の構造を持つ磁気抵抗効果素子とを有する磁気記録
再生装置であって、上記第一の磁性膜が反強磁性膜に直接積層してなる、基
体側の第一の磁性層と、反強磁性膜とは直接接合しない
第二の磁性層からなり、上記第一の磁性層がＦｅもしく
はＦｅ５０原子％以上を含むことを特徴とする磁気記録
再生装置。
【請求項１２】信号を磁気的に記録する記録媒体と、前
記記録媒体から漏洩する磁界を検出し、少なくとも基体
／反強磁性膜／第一の磁性膜／非磁性導電膜／第二の磁
性膜の構造を持つ磁気抵抗効果素子とを有する磁気記録
再生装置であって、上記第一の磁性膜が反強磁性膜に直接積層してなる、基
体側の第一の磁性層と、反強磁性膜とは直接接合しない
第二の磁性層からなり、上記第一の磁性層が非晶質もし
くは１００オングストローム以下の微結晶から成ること
を特徴とする磁気記録再生装置。