JPH08287420A - 磁気抵抗効果膜 - Google Patents
磁気抵抗効果膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、スピンバルブ多層構造膜において
電気抵抗が小さく、感度の高い磁気抵抗効果膜を与える
ことを目的とする。 【構成】 本発明は、基板上に下地層、第１の強磁性
層、非磁性層、第２の強磁性層および反強磁性層の順で
積層され、前記第２の強磁性層の磁化方向は前記反強磁
性層によってその方向が固定されるとともに、前記第１
の強磁性層の磁化方向は固定されていない多層膜から成
る磁気抵抗効果膜において、前記第１の強磁性層の平均
結晶粒径は８〜１４ｎｍの範囲にあることを特徴とする
電気抵抗が小さく、感度の高い磁気抵抗効果膜を与える
ことを目的とする。 【構成】 本発明は、基板上に下地層、第１の強磁性
層、非磁性層、第２の強磁性層および反強磁性層の順で
積層され、前記第２の強磁性層の磁化方向は前記反強磁
性層によってその方向が固定されるとともに、前記第１
の強磁性層の磁化方向は固定されていない多層膜から成
る磁気抵抗効果膜において、前記第１の強磁性層の平均
結晶粒径は８〜１４ｎｍの範囲にあることを特徴とする
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気記録媒体からの磁気
的信号を検知し、電気的な情報に変換する磁気センサ、
とりわけハードディスク装置の再生専用の磁気ヘッドや
磁気抵抗センサ素子等に用いられる磁気抵抗効果膜に関
する。
的信号を検知し、電気的な情報に変換する磁気センサ、
とりわけハードディスク装置の再生専用の磁気ヘッドや
磁気抵抗センサ素子等に用いられる磁気抵抗効果膜に関
する。
【０００２】
【従来の技術】電気的な信号を磁気的信号に変換し情報
として磁気記録媒体に記録し、その磁気的情報を電気的
信号として再生する手段としては、従来磁気ヘッドが使
用されてきた。このような磁気ヘッドは、記録時にはコ
イルに電流を通じることによって透磁率の高い強磁性体
を励磁し磁界を発生させ磁気記録媒体を磁化し、再生時
は磁気記録媒体から発生する磁界により、強磁性体に流
れる磁束のためコイルに誘起される電圧を信号として検
出している。このような磁気ヘッドとしては、メタルイ
ンギャップ構造のフェライトヘッド或いは磁性薄膜を使
用した薄膜ヘッドなどがあり、誘導型ヘッドと呼称され
ている。
として磁気記録媒体に記録し、その磁気的情報を電気的
信号として再生する手段としては、従来磁気ヘッドが使
用されてきた。このような磁気ヘッドは、記録時にはコ
イルに電流を通じることによって透磁率の高い強磁性体
を励磁し磁界を発生させ磁気記録媒体を磁化し、再生時
は磁気記録媒体から発生する磁界により、強磁性体に流
れる磁束のためコイルに誘起される電圧を信号として検
出している。このような磁気ヘッドとしては、メタルイ
ンギャップ構造のフェライトヘッド或いは磁性薄膜を使
用した薄膜ヘッドなどがあり、誘導型ヘッドと呼称され
ている。
【０００３】これら誘導型ヘッドは磁気記録媒体からの
磁界の大きさに従い再生感度が低下するため、高記録密
度化が進み磁気記録媒体上に形成された磁気的な情報の
単位である記録ビットが小さくなり、従ってビットが発
生する漏洩磁界が小さくなった場合には対応出来ないと
考えられている。そこで、最近この不具合を解消するた
め、より再生感度の高い磁気抵抗効果素子が磁気ヘッド
の再生部に使用されるようになってきた。
磁界の大きさに従い再生感度が低下するため、高記録密
度化が進み磁気記録媒体上に形成された磁気的な情報の
単位である記録ビットが小さくなり、従ってビットが発
生する漏洩磁界が小さくなった場合には対応出来ないと
考えられている。そこで、最近この不具合を解消するた
め、より再生感度の高い磁気抵抗効果素子が磁気ヘッド
の再生部に使用されるようになってきた。
【０００４】この磁気抵抗効果素子には磁界の変化によ
り電気抵抗が変化するＮｉ−Ｆｅ系パーマロイ強磁性膜
が供されており、誘導型ヘッドに比較し３倍以上の再生
感度が期待できる。しかし、この素子においてはパーマ
ロイ膜の磁化方向によって電気抵抗が変化する性質を利
用しているため、再生感度の指標となる電気抵抗の変化
率は高々２％に過ぎない。ところが、最近このような材
料固有の性質を利用するのではなく膜を積層し、層と層
との界面での散乱を利用した図５のような構造から成る
スピンバルブ多層膜が提唱され（特開平４ー３５８３１
０号公報）、従来のパーマロイ素子に比べ数倍の磁気抵
抗変化率が得られている。
り電気抵抗が変化するＮｉ−Ｆｅ系パーマロイ強磁性膜
が供されており、誘導型ヘッドに比較し３倍以上の再生
感度が期待できる。しかし、この素子においてはパーマ
ロイ膜の磁化方向によって電気抵抗が変化する性質を利
用しているため、再生感度の指標となる電気抵抗の変化
率は高々２％に過ぎない。ところが、最近このような材
料固有の性質を利用するのではなく膜を積層し、層と層
との界面での散乱を利用した図５のような構造から成る
スピンバルブ多層膜が提唱され（特開平４ー３５８３１
０号公報）、従来のパーマロイ素子に比べ数倍の磁気抵
抗変化率が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述した多層膜では、
反強磁性層によって磁化方向が固定された第２の強磁性
層と、非磁性層によって分離された第１の強磁性層から
構成される。第２の強磁性層の磁化方向の固定は反強磁
性層からの交換結合磁界により行われ、非磁性層によっ
て分離された第２の強磁性層と磁化方向の固定されない
第１の強磁性層の間には弱い強磁性的結合が作用する。
磁化方向の固定されない強磁性層は小さな磁界（Ｈ1）
で印加磁界方向に磁化回転するが、磁化方向の固定され
た第２の強磁性層を回転させるためにはより大きな印加
磁界（Ｈ2）が必要である。磁気抵抗効果は二つの強磁
性層が同一磁化方向にある場合小さく、Ｈ1より大きく
Ｈ2より小さく両層の磁化方向が反平行の方向にある磁
界のとき大きくなる。
反強磁性層によって磁化方向が固定された第２の強磁性
層と、非磁性層によって分離された第１の強磁性層から
構成される。第２の強磁性層の磁化方向の固定は反強磁
性層からの交換結合磁界により行われ、非磁性層によっ
て分離された第２の強磁性層と磁化方向の固定されない
第１の強磁性層の間には弱い強磁性的結合が作用する。
磁化方向の固定されない強磁性層は小さな磁界（Ｈ1）
で印加磁界方向に磁化回転するが、磁化方向の固定され
た第２の強磁性層を回転させるためにはより大きな印加
磁界（Ｈ2）が必要である。磁気抵抗効果は二つの強磁
性層が同一磁化方向にある場合小さく、Ｈ1より大きく
Ｈ2より小さく両層の磁化方向が反平行の方向にある磁
界のとき大きくなる。
【０００６】磁気センサとしてはＨ2より小さな磁界範
囲で、極性が変化する磁界を感知対象とする。そのため
には磁化方向の固定されない強磁性層は保磁力が小さい
と言った軟磁気特性に優れていることが、また、磁化方
向が固定された強磁性層は反強磁性層による交換結合磁
界が大きく、記録ビットからの漏洩磁界には感応しない
ことが要求される。
囲で、極性が変化する磁界を感知対象とする。そのため
には磁化方向の固定されない強磁性層は保磁力が小さい
と言った軟磁気特性に優れていることが、また、磁化方
向が固定された強磁性層は反強磁性層による交換結合磁
界が大きく、記録ビットからの漏洩磁界には感応しない
ことが要求される。
【０００７】ところで、このような多層膜構造とした場
合は一般的に単層構造に比較し、膜の電気抵抗が大きく
なることが知られている（J.Phys. F, Met.Phys.,15(19
85)2477号）。磁気ヘッドなどの磁気センサ素子として
実用に供する場合は一定の微弱な電流を通じる。しか
し、素子を構成する膜には１０7Ａ／ｃｍ2程度の大きな
電流密度の電流を常に流している。このため、電気抵抗
が高いことは素子の発熱増加を招き、熱擾乱に由来する
電気的ノイズを増大させるなど性能の劣化を誘発し好ま
しくない。
合は一般的に単層構造に比較し、膜の電気抵抗が大きく
なることが知られている（J.Phys. F, Met.Phys.,15(19
85)2477号）。磁気ヘッドなどの磁気センサ素子として
実用に供する場合は一定の微弱な電流を通じる。しか
し、素子を構成する膜には１０7Ａ／ｃｍ2程度の大きな
電流密度の電流を常に流している。このため、電気抵抗
が高いことは素子の発熱増加を招き、熱擾乱に由来する
電気的ノイズを増大させるなど性能の劣化を誘発し好ま
しくない。
【０００８】このため、磁気抵抗効果素子としては同一
材料で構成されていても、膜の電気抵抗が小さく磁気抵
抗効果の大きな、つまり当該素子の性能指標となる電気
抵抗変化率の大きなことが望まれている。本発明は、上
記課題に鑑み、多層構造で構成される膜において電気抵
抗が小さく、感度の高い磁気抵抗効果素子を与えること
を目的とする。
材料で構成されていても、膜の電気抵抗が小さく磁気抵
抗効果の大きな、つまり当該素子の性能指標となる電気
抵抗変化率の大きなことが望まれている。本発明は、上
記課題に鑑み、多層構造で構成される膜において電気抵
抗が小さく、感度の高い磁気抵抗効果素子を与えること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上述べた目的を達成す
るため、本発明では基板上に下地層、第１の強磁性層、
非磁性層、第２の強磁性層および反強磁性層の順で積層
し、前記第２の強磁性層の磁化方向は前記反強磁性層に
よってその方向が固定されると共に、前記第１の強磁性
層の磁化方向は固定されていない多層膜から成る磁気抵
抗効果膜において、前記第１の強磁性層の平均結晶粒径
は８〜１４ｎｍで、反強磁性層の膜厚を４〜８ｎｍの範
囲に形成することを特徴とするものである。
るため、本発明では基板上に下地層、第１の強磁性層、
非磁性層、第２の強磁性層および反強磁性層の順で積層
し、前記第２の強磁性層の磁化方向は前記反強磁性層に
よってその方向が固定されると共に、前記第１の強磁性
層の磁化方向は固定されていない多層膜から成る磁気抵
抗効果膜において、前記第１の強磁性層の平均結晶粒径
は８〜１４ｎｍで、反強磁性層の膜厚を４〜８ｎｍの範
囲に形成することを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】本発明者らは、多層構造から成る膜の電気抵
抗、および磁気抵抗効果の感度は構成する材料の結晶粒
径と密接な関係があることを見出した。単層膜において
は結晶粒界による散乱が強く影響を及ぼすため、結晶粒
径が大きくなる程電気抵抗は小さくなる。一方、薄い膜
が積層された多層構造膜においては各層の電気抵抗に大
きな差異がない場合、電気抵抗は積層数に依存する。と
ころで、多層構造の各層の間に結晶学上のエピタキシ
（二次元的な結晶方位）の関係が成り立つ場合には、多
層膜においても電気抵抗は結晶粒径に強く依存する。す
なわち、基板上に非晶質金属下地層、第１の強磁性層、
非磁性層、第２の強磁性層および反強磁性層が順次積層
された多層膜においては、平均結晶粒径は第１の強磁性
層の平均結晶粒径に依存し、順次その上に形成された層
の粒径もほぼ第１の強磁性層と同じ粒径となる。電気抵
抗は結晶粒径が大きくなるに従い小さくなり、１４ｎｍ
以上ではほぼ一定の値となる。
抗、および磁気抵抗効果の感度は構成する材料の結晶粒
径と密接な関係があることを見出した。単層膜において
は結晶粒界による散乱が強く影響を及ぼすため、結晶粒
径が大きくなる程電気抵抗は小さくなる。一方、薄い膜
が積層された多層構造膜においては各層の電気抵抗に大
きな差異がない場合、電気抵抗は積層数に依存する。と
ころで、多層構造の各層の間に結晶学上のエピタキシ
（二次元的な結晶方位）の関係が成り立つ場合には、多
層膜においても電気抵抗は結晶粒径に強く依存する。す
なわち、基板上に非晶質金属下地層、第１の強磁性層、
非磁性層、第２の強磁性層および反強磁性層が順次積層
された多層膜においては、平均結晶粒径は第１の強磁性
層の平均結晶粒径に依存し、順次その上に形成された層
の粒径もほぼ第１の強磁性層と同じ粒径となる。電気抵
抗は結晶粒径が大きくなるに従い小さくなり、１４ｎｍ
以上ではほぼ一定の値となる。
【００１１】ところで、感度の高い磁気抵抗効果を得る
にはこの多層膜構造において、磁化方向の固定されない
第１の強磁性層は良好な軟磁気特性を有し、磁化方向が
固定された第２の強磁性層は、反強磁性層から受ける交
換結合磁界が大きいことが要求される。膜は結晶粒径が
大きくなると局所的な磁気異方性分散が低下するため軟
磁気特性は劣化する。
にはこの多層膜構造において、磁化方向の固定されない
第１の強磁性層は良好な軟磁気特性を有し、磁化方向が
固定された第２の強磁性層は、反強磁性層から受ける交
換結合磁界が大きいことが要求される。膜は結晶粒径が
大きくなると局所的な磁気異方性分散が低下するため軟
磁気特性は劣化する。
【００１２】本発明における多層膜構造では結晶粒径が
１４ｎｍ以上では軟磁気特性の指標である保磁力が増加
するため好ましくない。また、８ｎｍ以下と微細な粒径
となった場合も保磁力は増加する。第１の強磁性層は軟
磁気特性に優れたＮｉを主体とする、一方向に磁界が印
加された形成条件下における成膜によって誘導される磁
気異方性が０．８ｋＡ／ｍ以下と小さな、面心立方構造
のＮｉ−Ｆｅ系やＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系材料の金属で構成
されることが好ましい。
１４ｎｍ以上では軟磁気特性の指標である保磁力が増加
するため好ましくない。また、８ｎｍ以下と微細な粒径
となった場合も保磁力は増加する。第１の強磁性層は軟
磁気特性に優れたＮｉを主体とする、一方向に磁界が印
加された形成条件下における成膜によって誘導される磁
気異方性が０．８ｋＡ／ｍ以下と小さな、面心立方構造
のＮｉ−Ｆｅ系やＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系材料の金属で構成
されることが好ましい。
【００１３】さらに、磁化が固定された第２の強磁性層
に対して強い交換結合磁界を得るためには、当該第２の
強磁性層と反強磁性層との結晶成長に関してエピタキシ
の関係が成り立ち、両層の結晶格子の整合が良好となる
ことが必要である。当該関係は結晶粒径と密接な関係を
有する。すなわち、結晶粒径が小さい場合、結晶格子の
歪みが大きいため、エピタキシの関係は薄れ充分な結合
磁界が発現しない。
に対して強い交換結合磁界を得るためには、当該第２の
強磁性層と反強磁性層との結晶成長に関してエピタキシ
の関係が成り立ち、両層の結晶格子の整合が良好となる
ことが必要である。当該関係は結晶粒径と密接な関係を
有する。すなわち、結晶粒径が小さい場合、結晶格子の
歪みが大きいため、エピタキシの関係は薄れ充分な結合
磁界が発現しない。
【００１４】このため、本発明では８ｎｍ以上の粒径を
必要とする。ここに、充分な結合磁界とは１６ｋＡ／ｍ
以上であることを意味する。また、この結合磁界の誘導
には反強磁性層は膜厚にして４ｎｍ以上形成されなけれ
ばならない。４ｎｍに満たない場合は充分な結合磁界は
得られない。一方、反強磁性層が厚い場合には、結合磁
界に問題はないものの、前記反強磁性層は高い電気抵抗
値を示すため、多層膜の電気抵抗も増加し、結果的に電
気抵抗変化率は反強磁性層の膜厚とともに減少する。従
って電気抵抗変化率の観点からは膜厚が８ｎｍ以下であ
ることが望ましい。
必要とする。ここに、充分な結合磁界とは１６ｋＡ／ｍ
以上であることを意味する。また、この結合磁界の誘導
には反強磁性層は膜厚にして４ｎｍ以上形成されなけれ
ばならない。４ｎｍに満たない場合は充分な結合磁界は
得られない。一方、反強磁性層が厚い場合には、結合磁
界に問題はないものの、前記反強磁性層は高い電気抵抗
値を示すため、多層膜の電気抵抗も増加し、結果的に電
気抵抗変化率は反強磁性層の膜厚とともに減少する。従
って電気抵抗変化率の観点からは膜厚が８ｎｍ以下であ
ることが望ましい。
【００１５】磁化方向が固定された第２の強磁性層は、
非磁性層との界面での磁気的散乱が大きく、したがって
磁気抵抗効果が大きいと期待されるＣｏまたはＣｏ基合
金である、純ＣｏやＣｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆ
ｅ−Ｎｉ系の合金であることが好ましく、このとき大き
な磁気抵抗効果を示す。なお、本発明では二つの強磁性
層の磁化方向を外部磁界に対して平行または反平行に整
列させることが特性発現に要求され、磁化方向を固定さ
せるためには成膜中に基板に永久磁石などで一定方向に
磁界を印加する必要がある。磁界の強度は２ｋＡ／ｍ以
上あれば充分である。
非磁性層との界面での磁気的散乱が大きく、したがって
磁気抵抗効果が大きいと期待されるＣｏまたはＣｏ基合
金である、純ＣｏやＣｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆ
ｅ−Ｎｉ系の合金であることが好ましく、このとき大き
な磁気抵抗効果を示す。なお、本発明では二つの強磁性
層の磁化方向を外部磁界に対して平行または反平行に整
列させることが特性発現に要求され、磁化方向を固定さ
せるためには成膜中に基板に永久磁石などで一定方向に
磁界を印加する必要がある。磁界の強度は２ｋＡ／ｍ以
上あれば充分である。
【００１６】本発明による多層膜においては、下地層上
に形成された第１の強磁性層、非磁性層、第２の強磁性
層の間にもエピタキシの関係を発生させる必要がある。
このためには、第１の強磁性層に引き続き形成される非
磁性層、第２の強磁性層も第１の強磁性層と同一の面心
立方構造としなければならない。当該関係が保持される
ことにより平均結晶粒径はほぼ同一となる。よって、本
発明では第１の強磁性層と第２の強磁性層に要求される
特性を満足するには第１の強磁性層が８〜１４ｎｍの平
均結晶粒径を有することが求められる。
に形成された第１の強磁性層、非磁性層、第２の強磁性
層の間にもエピタキシの関係を発生させる必要がある。
このためには、第１の強磁性層に引き続き形成される非
磁性層、第２の強磁性層も第１の強磁性層と同一の面心
立方構造としなければならない。当該関係が保持される
ことにより平均結晶粒径はほぼ同一となる。よって、本
発明では第１の強磁性層と第２の強磁性層に要求される
特性を満足するには第１の強磁性層が８〜１４ｎｍの平
均結晶粒径を有することが求められる。
【００１７】ところで、ＣｏまたはＣｏ基合金から成る
第２の強磁性層が面心立方構造の結晶構造となるために
は、当該層の膜厚は５ｎｍ以下とする。これ以上の膜厚
では結晶構造が六方稠密構造に変化するため、エピタキ
シの関係が損なわれ結合磁界が発生しないとともに、結
晶粒径も第１の強磁性層の影響を受けなくなる。なお、
面心立方構造においては膜面に対して（１１１）結晶面
が強く配向した構造であることが好ましい。このとき、
第１の強磁性層は良好な軟磁気特性を示し、磁界に対す
る比抵抗の変化が線形的となり、磁気ヘッドとして供す
る場合有利である。
第２の強磁性層が面心立方構造の結晶構造となるために
は、当該層の膜厚は５ｎｍ以下とする。これ以上の膜厚
では結晶構造が六方稠密構造に変化するため、エピタキ
シの関係が損なわれ結合磁界が発生しないとともに、結
晶粒径も第１の強磁性層の影響を受けなくなる。なお、
面心立方構造においては膜面に対して（１１１）結晶面
が強く配向した構造であることが好ましい。このとき、
第１の強磁性層は良好な軟磁気特性を示し、磁界に対す
る比抵抗の変化が線形的となり、磁気ヘッドとして供す
る場合有利である。
【００１８】磁気抵抗効果の感度を向上させるために
は、伝導電子の磁気的散乱効果を高める目的で、非磁性
層と二つの強磁性層との界面を増やすため、前記下地層
と第１の強磁性層との間に第２の反強磁性層、磁化方向
が固定された第３の強磁性層および第２の非磁性層の順
で配置された層を配置させることが有効である。しか
し、前記界面を増加させた場合、反強磁性層によって誘
導される強磁性層の交換結合磁界は低下し、外部磁界に
対する磁化方向の固定化が弱まり感度が低下する。ま
た、積層数を必要以上に増加させることは多層膜の電気
抵抗を高める。したがって、さらに前記界面を増やすこ
とは素子への実用上好ましくない。
は、伝導電子の磁気的散乱効果を高める目的で、非磁性
層と二つの強磁性層との界面を増やすため、前記下地層
と第１の強磁性層との間に第２の反強磁性層、磁化方向
が固定された第３の強磁性層および第２の非磁性層の順
で配置された層を配置させることが有効である。しか
し、前記界面を増加させた場合、反強磁性層によって誘
導される強磁性層の交換結合磁界は低下し、外部磁界に
対する磁化方向の固定化が弱まり感度が低下する。ま
た、積層数を必要以上に増加させることは多層膜の電気
抵抗を高める。したがって、さらに前記界面を増やすこ
とは素子への実用上好ましくない。
【００１９】二つの強磁性層を分離する非磁性金属層は
Ｃｕであるときに最大の感度を示すが、Ａｕ，Ａｇまた
はそれらを一種以上含む合金であっても良い。当該層の
膜厚は２つの強磁性層間に弱い磁気的結合が作用する４
ｎｍ以下であることが望ましい。しかし、当該結合が強
過ぎると第１の強磁性層は外部の磁界に敏感に反応する
ことができなくなるため、１ｎｍ以上の膜厚であること
が好ましい。なお、結合の強度は前述した指標となる磁
界Ｈ1を測定することによって確認される。本発明では
Ｈ1が１．６ｋＡ／ｍ以下とする。当該磁界は磁界を印
加した過程において電気抵抗変化が最大となる磁界の値
として求められる。
Ｃｕであるときに最大の感度を示すが、Ａｕ，Ａｇまた
はそれらを一種以上含む合金であっても良い。当該層の
膜厚は２つの強磁性層間に弱い磁気的結合が作用する４
ｎｍ以下であることが望ましい。しかし、当該結合が強
過ぎると第１の強磁性層は外部の磁界に敏感に反応する
ことができなくなるため、１ｎｍ以上の膜厚であること
が好ましい。なお、結合の強度は前述した指標となる磁
界Ｈ1を測定することによって確認される。本発明では
Ｈ1が１．６ｋＡ／ｍ以下とする。当該磁界は磁界を印
加した過程において電気抵抗変化が最大となる磁界の値
として求められる。
【００２０】下地層は当該層上に形成される第１の強磁
性層の結晶性を改善する目的で使用する。このために
は、非晶質であり且つ平坦性に優れた、また、磁気抵抗
効果を発現する第１および第２の強磁性層間に電流が流
れ易くなるよう高電気抵抗材料であるＴａ，Ｈｆなどの
金属が好適である。しかし、この金属は膜厚が厚くなる
に伴い結晶質となり、強磁性層の結晶配向や軟磁気特性
を劣化させるため、８ｎｍ以下であることが好ましい。
性層の結晶性を改善する目的で使用する。このために
は、非晶質であり且つ平坦性に優れた、また、磁気抵抗
効果を発現する第１および第２の強磁性層間に電流が流
れ易くなるよう高電気抵抗材料であるＴａ，Ｈｆなどの
金属が好適である。しかし、この金属は膜厚が厚くなる
に伴い結晶質となり、強磁性層の結晶配向や軟磁気特性
を劣化させるため、８ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２１】ここに、本発明における結晶粒径はＸ線回
折法や電子顕微鏡などの観察手段によって評価されるも
のとする。Ｘ線回折法によって評価するためには、線源
に対して試料の受光面および回折光受光部が連動するこ
とによって回折強度を判定する検出装置を用いて、０．
５ｄｅｇ／ｍｉｎ以下の走査速度で第１の強磁性層に期
待される（１１１）面の回折強度の半値幅から算出する
ものとする。また、電子顕微鏡観察によって結晶粒径を
評価する場合は、本発明の多層膜の断面をイオンミリン
グなどの手段によって電子線が透過できるまで加工す
る。観察の際は第１の強磁性層の結晶格子の格子縞が判
断できるまで拡大する。結晶粒径は一つの格子縞の連続
性が消失する境界から判定する。
折法や電子顕微鏡などの観察手段によって評価されるも
のとする。Ｘ線回折法によって評価するためには、線源
に対して試料の受光面および回折光受光部が連動するこ
とによって回折強度を判定する検出装置を用いて、０．
５ｄｅｇ／ｍｉｎ以下の走査速度で第１の強磁性層に期
待される（１１１）面の回折強度の半値幅から算出する
ものとする。また、電子顕微鏡観察によって結晶粒径を
評価する場合は、本発明の多層膜の断面をイオンミリン
グなどの手段によって電子線が透過できるまで加工す
る。観察の際は第１の強磁性層の結晶格子の格子縞が判
断できるまで拡大する。結晶粒径は一つの格子縞の連続
性が消失する境界から判定する。
【００２２】また、本発明の多層膜の電気抵抗は４端子
法を用いて測定し、磁気抵抗効果はヘルムホルツコイル
などで均一な磁界を印加しながら印加磁界に対する電気
抵抗の変化から求める。印加磁界は直流、交流いずれで
も良い。電気抵抗は４端子法以外でも試料に一定電流を
通じ、発生する電圧を検知する手段であれば特に方法は
問わない。以下本発明の特徴を実施例に従って説明す
る。
法を用いて測定し、磁気抵抗効果はヘルムホルツコイル
などで均一な磁界を印加しながら印加磁界に対する電気
抵抗の変化から求める。印加磁界は直流、交流いずれで
も良い。電気抵抗は４端子法以外でも試料に一定電流を
通じ、発生する電圧を検知する手段であれば特に方法は
問わない。以下本発明の特徴を実施例に従って説明す
る。
【００２３】（実施例１）コモンウェルス型のイオンガ
ンを有する、目的とする材料のターゲットが同一真空槽
内に装着されたイオンビームスパッタ装置を使用し、５
ｘ１０-5Ｐａ以下の到達真空度で実験を行った。イオン
ガン部にArガスを導入し真空槽内の真空度が４ｘ１０-2
Ｐａとなる圧力で、イオン電流６ｍＡ、加速電圧１２０
０Ｖのもと両側に永久磁石が配置され４ｋＡ／ｍの一方
向磁界が印加されたガラス基板上に、Ｔａ下地膜を５ｎ
ｍ形成する。次にＮｉ81Ｆｅ19（原子％）組成の強磁性
膜をイオン電流６ｍＡ、加速電圧を３００〜１５００Ｖ
の条件で５ｎｍ形成する。そして、Ｃｕ膜を２ｎｍ、Ｃ
ｏ膜４ｎｍをＴａ層と同じ成膜条件で順次形成する。さ
らに、Ｆｅ50Ｍｎ50（原子％）合金反強磁性膜を膜厚５
ｎｍとなるよう成膜し多層膜とする。
ンを有する、目的とする材料のターゲットが同一真空槽
内に装着されたイオンビームスパッタ装置を使用し、５
ｘ１０-5Ｐａ以下の到達真空度で実験を行った。イオン
ガン部にArガスを導入し真空槽内の真空度が４ｘ１０-2
Ｐａとなる圧力で、イオン電流６ｍＡ、加速電圧１２０
０Ｖのもと両側に永久磁石が配置され４ｋＡ／ｍの一方
向磁界が印加されたガラス基板上に、Ｔａ下地膜を５ｎ
ｍ形成する。次にＮｉ81Ｆｅ19（原子％）組成の強磁性
膜をイオン電流６ｍＡ、加速電圧を３００〜１５００Ｖ
の条件で５ｎｍ形成する。そして、Ｃｕ膜を２ｎｍ、Ｃ
ｏ膜４ｎｍをＴａ層と同じ成膜条件で順次形成する。さ
らに、Ｆｅ50Ｍｎ50（原子％）合金反強磁性膜を膜厚５
ｎｍとなるよう成膜し多層膜とする。
【００２４】成膜中の基板温度は基板下部を水冷するこ
とにより室温付近に保たれている。形成した試料につい
て、電流２５０ｍＡ，電圧５０ｋＶでＣｕ線源を励起し
Ｘ線を発生させた回折測定装置を使用し、０．２ｄｅｇ
／ｍｉｎの走査速度で測定されたＮｉ−Ｆｅ層の（１１
１）に帰属する回折ピークプロファイルから半値幅を求
め、シェラーの式に従い平均結晶粒径を算出する。加速
電圧と平均結晶粒径との関係を図２（ａ）に示す。ま
た、加速電圧を１．５ｋＶとしてサブイオンガンによる
イオン照射を行いながら成膜した場合のＮｉ−Ｆｅ層の
平均結晶粒径とサブイオンガン加速電圧の関係を図２
（ｂ）に示す。さらに、これらの試料に磁界を印加した
ときに生じる比抵抗の変化率（Δρ／ρ）と第一の強磁
性層の保磁力の平均結晶粒径依存性を図１（ａ），
（ｂ）にそれぞれ示す。比抵抗の変化率は試料膜面内に
４ｋＶ／ｍ，５０Ｈｚの交流磁界を印加し、５ｍＡの電
流を通電して４端子法で測定した。
とにより室温付近に保たれている。形成した試料につい
て、電流２５０ｍＡ，電圧５０ｋＶでＣｕ線源を励起し
Ｘ線を発生させた回折測定装置を使用し、０．２ｄｅｇ
／ｍｉｎの走査速度で測定されたＮｉ−Ｆｅ層の（１１
１）に帰属する回折ピークプロファイルから半値幅を求
め、シェラーの式に従い平均結晶粒径を算出する。加速
電圧と平均結晶粒径との関係を図２（ａ）に示す。ま
た、加速電圧を１．５ｋＶとしてサブイオンガンによる
イオン照射を行いながら成膜した場合のＮｉ−Ｆｅ層の
平均結晶粒径とサブイオンガン加速電圧の関係を図２
（ｂ）に示す。さらに、これらの試料に磁界を印加した
ときに生じる比抵抗の変化率（Δρ／ρ）と第一の強磁
性層の保磁力の平均結晶粒径依存性を図１（ａ），
（ｂ）にそれぞれ示す。比抵抗の変化率は試料膜面内に
４ｋＶ／ｍ，５０Ｈｚの交流磁界を印加し、５ｍＡの電
流を通電して４端子法で測定した。
【００２５】（実施例２）イオン電流６ｍＡ，加速電圧
１２００Ｖのもとアルミナ薄膜が３μｍ形成されたアル
ミナチタンカーバイト基板上にＴａ下地膜５ｎｍ，Ｎｉ
80Ｆｅ20（原子％）強磁性膜を８ｎｍ，Ｃｕ膜を２ｎ
ｍ，Ｃｏ膜３ｎｍを順次形成する。さらに、同一条件で
Ｆｅ50Ｍｎ50反強磁性膜を３〜２０ｎｍの膜厚範囲で形
成する。このとき他の成膜条件は実施例１と同様であ
る。Ｆｅ−Ｍｎ膜厚に対する振動式磁力計から求めた第
２の強磁性層との交換結合磁界の大きさ、および比抵抗
の変化率（Δρ／ρ）を図３に示す。
１２００Ｖのもとアルミナ薄膜が３μｍ形成されたアル
ミナチタンカーバイト基板上にＴａ下地膜５ｎｍ，Ｎｉ
80Ｆｅ20（原子％）強磁性膜を８ｎｍ，Ｃｕ膜を２ｎ
ｍ，Ｃｏ膜３ｎｍを順次形成する。さらに、同一条件で
Ｆｅ50Ｍｎ50反強磁性膜を３〜２０ｎｍの膜厚範囲で形
成する。このとき他の成膜条件は実施例１と同様であ
る。Ｆｅ−Ｍｎ膜厚に対する振動式磁力計から求めた第
２の強磁性層との交換結合磁界の大きさ、および比抵抗
の変化率（Δρ／ρ）を図３に示す。
【００２６】（実施例３）基板をアルミナ薄膜が３μｍ
形成された単結晶Ｓｉ，第１の強磁性層をＮｉ66ーＦｅ
16Ｃｏ18（原子％），Ｃｏ層の膜厚を１〜１０ｎｍ、Ｎ
ｉ50Ｍｎ50（原子％）層の膜厚を５ｎｍとした以外は実
施例２と同じ成膜条件で多層膜を形成した。その後４ｘ
１０-3Pa以下の真空槽内で成膜中と同一方向に８０ｋＡ
／ｍの直流磁界を印加しながら、３００℃で５時間の熱
処理を施す。このとき、Ｃｏ層膜厚に対する第２の強磁
性層との交換結合磁界の大きさ、ならびに印加磁界４ｋ
Ａ／ｍにおける５０Ｈｚの交流磁場中での比抵抗の変化
率（Δρ／ρ）を図４に示す。
形成された単結晶Ｓｉ，第１の強磁性層をＮｉ66ーＦｅ
16Ｃｏ18（原子％），Ｃｏ層の膜厚を１〜１０ｎｍ、Ｎ
ｉ50Ｍｎ50（原子％）層の膜厚を５ｎｍとした以外は実
施例２と同じ成膜条件で多層膜を形成した。その後４ｘ
１０-3Pa以下の真空槽内で成膜中と同一方向に８０ｋＡ
／ｍの直流磁界を印加しながら、３００℃で５時間の熱
処理を施す。このとき、Ｃｏ層膜厚に対する第２の強磁
性層との交換結合磁界の大きさ、ならびに印加磁界４ｋ
Ａ／ｍにおける５０Ｈｚの交流磁場中での比抵抗の変化
率（Δρ／ρ）を図４に示す。
【００２７】（実施例４）実施例２のと同じ成膜条件の
もとＨｆ下地層５ｎｍ，Ｎｉ81Ｆｅ19（原子％）層５ｎ
ｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｃｏ90Ｆｅ10層４ｎｍ，Ｆｅ50
Ｍｎ50（原子％）層５ｎｍを順次形成した。次に、Ｈｆ
下地層成膜後、当該ＦｅーＭｎ層，ＣＯ−Ｎｉ層，Ｃｕ
層を各々前記膜厚で成膜し、その後同様にＮｉ−Ｆｅ
層，Ｃｕ層，Ｃｏ−Ｆｅ層，Ｆｅ−Ｍｎ層を形成した。
このときの多層膜の構造を図５（ａ）および（ｂ）にそ
れぞれ示す。Ｎｉ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅの第１および第２
の強磁性層の総層数に対する交換結合磁界の大きさ、な
らびに印加磁界４ｋＡ／ｍにおける５０Ｈｚの交流磁場
中での比抵抗の変化率（Δρ／ρ）を図６に示す。
もとＨｆ下地層５ｎｍ，Ｎｉ81Ｆｅ19（原子％）層５ｎ
ｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｃｏ90Ｆｅ10層４ｎｍ，Ｆｅ50
Ｍｎ50（原子％）層５ｎｍを順次形成した。次に、Ｈｆ
下地層成膜後、当該ＦｅーＭｎ層，ＣＯ−Ｎｉ層，Ｃｕ
層を各々前記膜厚で成膜し、その後同様にＮｉ−Ｆｅ
層，Ｃｕ層，Ｃｏ−Ｆｅ層，Ｆｅ−Ｍｎ層を形成した。
このときの多層膜の構造を図５（ａ）および（ｂ）にそ
れぞれ示す。Ｎｉ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅの第１および第２
の強磁性層の総層数に対する交換結合磁界の大きさ、な
らびに印加磁界４ｋＡ／ｍにおける５０Ｈｚの交流磁場
中での比抵抗の変化率（Δρ／ρ）を図６に示す。
【００２８】（比較例）実施例４と同じ要領でＨｆ下地
層５ｎｍ，Ｆｅ50Ｍｎ50（原子％）層５ｎｍ，Ｃｏ90Ｆ
ｅ10層４ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｎｉ81Ｆｅ19（原子
％）層５ｎｍを順次成膜する。さらに、Ｃｕ層１．５ｎ
ｍ，Ｎｉ81Ｆｅ19（原子％）層５ｎｍを成膜し、Ｃｕ層
１．５ｎｍ、当該組成のＣｏ−Ｆｅ層，Ｆｅ−Ｍｎ層を
形成する。次に、Ｈｆ下地層５ｎｍ，当該組成のＦｅ−
Ｍｎ層５ｎｍ，Ｃｏ−Ｆｅ層４ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎ
ｍ，Ｎｉ−Ｆｅ層５ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｎｉ−Ｆ
ｅ層５ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｎｉ−Ｆｅ層５ｎｍ，
Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｃｏ−Ｆｅ層４ｎｍ，Ｆｅ−Ｍｎ層
５ｎｍ順次成膜した。このとき多層膜の構造は図５
（ｃ）および（ｄ）のようになる。よって、形成した多
層膜のＮｉ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅから成る強磁性層の総層
数はそれぞれ４および５となる。このとき、強磁性層の
層数に対する交換結合磁界の大きさ、ならびに印加磁界
４ｋＡ／ｍにおける５０Ｈｚの交流磁場中での比抵抗の
変化率（Δρ／ρ）を図６に示す。
層５ｎｍ，Ｆｅ50Ｍｎ50（原子％）層５ｎｍ，Ｃｏ90Ｆ
ｅ10層４ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｎｉ81Ｆｅ19（原子
％）層５ｎｍを順次成膜する。さらに、Ｃｕ層１．５ｎ
ｍ，Ｎｉ81Ｆｅ19（原子％）層５ｎｍを成膜し、Ｃｕ層
１．５ｎｍ、当該組成のＣｏ−Ｆｅ層，Ｆｅ−Ｍｎ層を
形成する。次に、Ｈｆ下地層５ｎｍ，当該組成のＦｅ−
Ｍｎ層５ｎｍ，Ｃｏ−Ｆｅ層４ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎ
ｍ，Ｎｉ−Ｆｅ層５ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｎｉ−Ｆ
ｅ層５ｎｍ，Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｎｉ−Ｆｅ層５ｎｍ，
Ｃｕ層１．５ｎｍ，Ｃｏ−Ｆｅ層４ｎｍ，Ｆｅ−Ｍｎ層
５ｎｍ順次成膜した。このとき多層膜の構造は図５
（ｃ）および（ｄ）のようになる。よって、形成した多
層膜のＮｉ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅから成る強磁性層の総層
数はそれぞれ４および５となる。このとき、強磁性層の
層数に対する交換結合磁界の大きさ、ならびに印加磁界
４ｋＡ／ｍにおける５０Ｈｚの交流磁場中での比抵抗の
変化率（Δρ／ρ）を図６に示す。
【０００２９】
【発明の効果】図１（ａ）（ｂ）より、磁化方向の固定
されない第１の強磁性層の結晶粒径が本発明のように８
〜１４ｎｍの範囲にある場合は磁気特性および磁界に対
する電気抵抗変化が良好であることがわかる。また、図
３よりＣｏ基から成る第２の強磁性層の磁化を固定する
反強磁性層の膜厚は４ｎｍ以上あれば充分その効果を発
揮することがわかる。しかし、８ｎｍを越える膜厚では
膜全体の電気抵抗が高くなり、そのため磁界に対する電
気比抵抗の変化率（Δρ／ρ）が低下する。
されない第１の強磁性層の結晶粒径が本発明のように８
〜１４ｎｍの範囲にある場合は磁気特性および磁界に対
する電気抵抗変化が良好であることがわかる。また、図
３よりＣｏ基から成る第２の強磁性層の磁化を固定する
反強磁性層の膜厚は４ｎｍ以上あれば充分その効果を発
揮することがわかる。しかし、８ｎｍを越える膜厚では
膜全体の電気抵抗が高くなり、そのため磁界に対する電
気比抵抗の変化率（Δρ／ρ）が低下する。
【０００３０】Ｃｏ基から成る第２の強磁性層の膜厚
は、図４より反強磁性層との結合磁界が１６ｋＡ／ｍ以
上でかつ磁気抵抗効果が発現されるためには５ｎｍ以下
でなければならないことが明らかである。さらに、図６
より、非磁性層を挟むＣｏ基およびＮｉ基強磁性層の層
数を多くすることは比抵抗の変化率や、反強磁性層とＣ
ｏ基強磁性層との交換結合磁界が著しく低下し好ましく
ない。
は、図４より反強磁性層との結合磁界が１６ｋＡ／ｍ以
上でかつ磁気抵抗効果が発現されるためには５ｎｍ以下
でなければならないことが明らかである。さらに、図６
より、非磁性層を挟むＣｏ基およびＮｉ基強磁性層の層
数を多くすることは比抵抗の変化率や、反強磁性層とＣ
ｏ基強磁性層との交換結合磁界が著しく低下し好ましく
ない。
【０００３１】なお、本実施例ではイオンビームスパッ
タ装置を用い、加速電圧、基板温度やイオンアシストな
どの成膜条件の変化によって結晶粒径を制御した結果を
例示した。しかし、他の成膜条件を変化させることは勿
論のこと、イオンビームスパッタ法以外の他の成膜方法
を使用して同様の効果を得ることも可能である。
タ装置を用い、加速電圧、基板温度やイオンアシストな
どの成膜条件の変化によって結晶粒径を制御した結果を
例示した。しかし、他の成膜条件を変化させることは勿
論のこと、イオンビームスパッタ法以外の他の成膜方法
を使用して同様の効果を得ることも可能である。
【図１】平均結晶粒径に対する比抵抗変化率と保磁力の
関係である。
関係である。
【図２】イオンガンおよびサブイオンガンの加速電圧と
平均結晶粒径との関係である。
平均結晶粒径との関係である。
【図３】Ｆｅ−Ｍｎ層の厚さに対する交換結合磁界の大
きさと比抵抗変化率特性である。
きさと比抵抗変化率特性である。
【図４】Ｃｏ層膜厚に対する第２の強磁性層との交換結
合磁界及び比抵抗変化率特性である。
合磁界及び比抵抗変化率特性である。
【図５】本発明による多層膜の構造例 （ａ） 第１および第２の強磁性層各一層から成る多層
膜 （ｂ） 第１、第２および第３の強磁性層各一層から成
る多層膜 （ｃ） 磁化方向の固定された強磁性層、および磁化方
向の固定されない強磁性層各二層から成る多層膜 （ｄ） 磁化方向の固定された強磁性層二層、および磁
化方向の固定されない強磁性層三層から成る多層膜
膜 （ｂ） 第１、第２および第３の強磁性層各一層から成
る多層膜 （ｃ） 磁化方向の固定された強磁性層、および磁化方
向の固定されない強磁性層各二層から成る多層膜 （ｄ） 磁化方向の固定された強磁性層二層、および磁
化方向の固定されない強磁性層三層から成る多層膜
【図６】強磁性層の層数に対する交換結合磁界及び比抵
抗変化率特性である。
抗変化率特性である。
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に下地層、第１の強磁性層、非磁
性層、第２の強磁性層および反強磁性層の順で積層さ
れ、前記各強磁性層の磁化方向は膜面内にあり、前記第
２の強磁性層は前記反強磁性層による交換結合磁界によ
り磁化方向が固定され、且つ、前記第１の強磁性層の磁
化方向は固定されていない多層膜から成る磁気抵抗効果
膜において、前記第１の強磁性層の平均結晶粒径は８〜
１４ｎｍの範囲にあることを特徴とする磁気抵抗効果
膜。 - 【請求項２】 請求項１において、前記反強磁性層の膜
厚は４〜８ｎｍであることを特徴とする磁気抵抗効果
膜。 - 【請求項３】 請求項１または２において、前記第２の
強磁性層は膜厚が５ｎｍ以下であるとともに、Ｃｏまた
はＣｏ基合金から成ることを特徴とする磁気抵抗効果
膜。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
第１の強磁性層はＮｉ基合金から成ることを特徴とする
磁気抵抗効果膜。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記
基板上に形成する前記多層膜の第１および第２の強磁性
層は８〜１４ｎｍの結晶粒径を有するとともに、前記反
強磁性層は４〜８ｎｍの範囲の膜厚であることを特徴と
する磁気抵抗効果膜。 - 【請求項６】 請求項１〜５において、前記基板上に形
成する前記多層膜の強磁性層の結晶は面心立方構造であ
ることを特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記
下地層および前記第１の強磁性層の間に第２の反強磁性
層、第３の強磁性層および第２の非磁性層の順で配置さ
れ、さらに、前記第３の強磁性層は前記第２の反強磁性
層によって磁化方向が固定されていることを特徴とする
磁気抵抗効果膜。 - 【請求項８】 基板上に下地層、第１の強磁性層、非磁
性層、第２の強磁性層および反強磁性層の順で積層さ
れ、前記第２の強磁性層の磁化方向は前記反強磁性層に
よってその方向が固定されるとともに、前記第１の強磁
性層の磁化方向は固定されていない多層膜から成る磁気
抵抗効果膜において、前記第１の強磁性層は保磁力が最
小の範囲で、かつ電気抵抗変化率が最大領域にあるよう
な結晶粒径を持ち、前記第１の強磁性層および第２の強
磁性層の結晶はエピタキシの関係が良好になる結晶粒径
に選ばれ、充分な結合磁界を発生していることを特徴と
する磁気抵抗効果膜。 - 【請求項９】 請求項８において、磁化が固定された第
２の強磁性層の磁化方向と交差するよう主として膜面内
方向に電流を通じる電極部が設けられ、第１の強磁性層
と第２の強磁性層との磁化の回転の差によって生じる電
気抵抗の変化を検知するような磁気センサ素子に用いら
れることを特徴とする磁気抵抗効果膜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7085168A JPH08287420A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 磁気抵抗効果膜 |
| US08/629,400 US5948550A (en) | 1995-04-11 | 1996-04-08 | Magnetoresistive film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7085168A JPH08287420A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 磁気抵抗効果膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08287420A true JPH08287420A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=13851141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7085168A Pending JPH08287420A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 磁気抵抗効果膜 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5948550A (ja) |
| JP (1) | JPH08287420A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976713A (en) * | 1997-04-03 | 1999-11-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Exchange-coupling film and, magneto-resistance effect element and magnetic head using thereof |
| US6646834B2 (en) * | 2000-07-19 | 2003-11-11 | Tdk Corporation | Magnetic transducer, thin film magnetic head, method of manufacturing magnetic transducer and method of manufacturing thin film magnetic head |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001236612A (ja) * | 2000-02-17 | 2001-08-31 | Tdk Corp | 磁気抵抗センサ、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気ディスク装置 |
| JP3839644B2 (ja) * | 2000-07-11 | 2006-11-01 | アルプス電気株式会社 | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
| US6675460B2 (en) * | 2001-10-03 | 2004-01-13 | Delphi Technologies, Inc. | Method of making a powder metal rotor for a synchronous reluctance machine |
| JP4423658B2 (ja) * | 2002-09-27 | 2010-03-03 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗素子及びその製造方法 |
| JP2008243327A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Toshiba Corp | 垂直通電型ｇｍｒ再生素子、並びにこのｇｍｒ再生素子を具えることを特徴とする磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4103315A (en) * | 1977-06-24 | 1978-07-25 | International Business Machines Corporation | Antiferromagnetic-ferromagnetic exchange bias films |
| JP3483895B2 (ja) * | 1990-11-01 | 2004-01-06 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果膜 |
| US5206590A (en) * | 1990-12-11 | 1993-04-27 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive sensor based on the spin valve effect |
| US5168760A (en) * | 1991-11-01 | 1992-12-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Magnetic multilayer strain gage |
| US5373238A (en) * | 1992-11-06 | 1994-12-13 | International Business Machines Corporation | Four layer magnetoresistance device and method for making a four layer magnetoresistance device |
| JPH08503336A (ja) * | 1992-11-16 | 1996-04-09 | ノンボラタイル エレクトロニクス，インコーポレイテッド | 合金層を有する磁気抵抗性構造 |
| US5569544A (en) * | 1992-11-16 | 1996-10-29 | Nonvolatile Electronics, Incorporated | Magnetoresistive structure comprising ferromagnetic thin films and intermediate layers of less than 30 angstroms formed of alloys having immiscible components |
| JP2629583B2 (ja) * | 1993-05-13 | 1997-07-09 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-04-11 JP JP7085168A patent/JPH08287420A/ja active Pending
-
1996
- 1996-04-08 US US08/629,400 patent/US5948550A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976713A (en) * | 1997-04-03 | 1999-11-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Exchange-coupling film and, magneto-resistance effect element and magnetic head using thereof |
| US6646834B2 (en) * | 2000-07-19 | 2003-11-11 | Tdk Corporation | Magnetic transducer, thin film magnetic head, method of manufacturing magnetic transducer and method of manufacturing thin film magnetic head |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5948550A (en) | 1999-09-07 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040204 |
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| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040310 |