JPH08287422A

JPH08287422A - 磁気抵抗効果型ヘッド

Info

Publication number: JPH08287422A
Application number: JP7108122A
Authority: JP
Inventors: Masaji Saito; 正路斎藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-11-01
Also published as: US5673162A

Abstract

(57)【要約】【目的】軟磁性層、非磁性層、磁気抵抗効果層の三層
素子を有する磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、軟磁性層
のハイト方向への磁化飽和を安定させ、バルクハウゼン
ノイズを低減する。【構成】磁気抵抗効果層４ｃに横バイアス磁界を与え
る軟磁性層４ａを、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモルファス磁
性材料により形成する。このアモルファス磁性材料で
は、Ｙ方向（ハイト方向）に誘導異方性を付与しやす
く、また磁気抵抗変化率（Δρ／ρ）が小さく、ハイト
方向への磁化が安定して、バルクハウゼンノイズを低減
できるものとなる。アモルファス元素であるＴａは磁歪
をマイナス側とするが、Ｆｅは磁歪をプラス側とする元
素であるため、Ｆｅの濃度を選択することにより軟磁性
層の磁歪を調整でき、逆磁歪効果によりハイト方向の磁
化が不安定となるのを防止できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗効果を利用し
て磁気を検出するヘッドに係り、特に軟磁性層（ＳＡＬ
層）の特性を改善し、バルクハウゼンノイズを低減した
磁気抵抗効果型ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】記録媒体からの洩れ磁界などの磁界検出
に使用される磁気抵抗効果型ヘッドでは、図１０に示す
ように、軟磁性層（ＳＡＬ層）４ａ、非磁性層（ＳＨＵ
ＮＴ層）４ｂ、磁気抵抗効果層（ＭＲ層）４ｃが積層さ
れた三層素子４が使用される。通常、磁気抵抗効果層４
ｃはＦｅ−Ｎｉ系合金（パーマロイ）の層、非磁性層４
ｂはタンタル（Ｔａ）の層であり、また軟磁性層４ａ
は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ系合金により形成される。

【０００３】この三層素子４には、縦バイアス層が接続
される。縦バイアス層はハードバイアス層またはエクス
チェンジバイアス層であり、縦バイアス層から磁気抵抗
効果層４ｃにＸ方向への縦バイアス磁界が与えられる。
また磁気抵抗効果層４ｃに電流が与えられると、磁気抵
抗効果層４ｃからの磁界により軟磁性層４ａがハイト方
向（Ｙ方向；検出しようとする磁界の方向と同じ方向）
に磁化され、この磁化により磁気抵抗効果層４ｃに横バ
イアス磁界が与えられる。この横バイアス磁界と前記縦
バイアス磁界が与えられると、磁気抵抗効果層４ｃの磁
区方向が図１０に示す方向に設定され、磁気抵抗効果素
子４ｃにて検出しようとする磁界の強度と抵抗値の変化
とが直線性を有するものとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記三層素子４のうち
の軟磁性層４ａに必要とされる条件を以下に列記する。軟磁性層４ａ内の膜応力の方向が不均一な場合、磁歪
λｓが大きいと、逆磁歪効果により軟磁性層４ａがハイ
ト方向（Ｙ方向）に飽和しきれなくなってバルクハウゼ
ンノイズの原因になる。また軟磁性層４ａ内の膜応力が
均一な場合、例えば、ハイト方向に引っ張り応力になっ
ているときには、磁歪は、プラスに設定することが望ま
しい。磁歪がプラスで、膜応力がハイト方向への引っ張
り応力となっていると、軟磁性層４ａの磁化がハイト方
向へ十分に飽和する。

【０００５】比抵抗ρはできるだけ大きいことが必要
である。軟磁性層４ａの比抵抗ρが低いと、磁気抵抗効
果素子４ｃに与えられるべき検出電流が軟磁性層４ａに
分流しやすくなり、磁気抵抗効果素子４ｃでの磁気検出
出力が低下する。

【０００６】磁気抵抗変化率（Δρ／ρ）は小さい方
が好ましい。（Δρ／ρ）が大きいと、検出すべきＹ方
向への外部磁界により、軟磁性層４ａのハイト方向の磁
化が不安定になり、バルクハウゼンノイズが大きくな
る。

【０００７】飽和磁化Ｂｓは１．０Ｔ（テスラ）以下
であることが好ましい。すなわち、軟磁性層４ａにて飽
和する磁化は、磁気抵抗効果層４ｃにて飽和する磁化よ
りも小さいことが好ましい。この磁化の飽和は、それぞ
れの層の飽和磁化Ｂｓと層の厚さにより決められる。た
だし、記録媒体に高密度記録された磁界を検出するため
には、軟磁性層４ａと磁気抵抗効果層４ｃがそれぞれ薄
い層であることが必要で、両層はほぼ同じ厚さに形成さ
れるのが一般的である。ここで、磁気抵抗効果層４ｃの
飽和磁化は１．０Ｔ程度であるため、軟磁性層４ａの飽
和磁化は、１．０Ｔ以下が好ましく、さらに好ましくは
１．０Ｔ〜０．６Ｔ程度である。

【０００８】磁気抵抗効果層４ｃに横バイアス磁界を
与えるという軟磁性層４ａの機能に着目すると、軟磁性
層４ａは誘導異方性磁界（Ｈｋ）が大きく、例えば磁場
中で成膜しまたは成膜後の磁場中のアニール処理によ
り、誘導異方性をハイト方向へ設定しやすいものである
ことが望ましい。軟磁性層４ａの磁化をハイト方向へ安
定させるためには誘導異方性磁界が３０（Ｏｅ；エルス
テッド）以上であることが好ましい。

【０００９】軟磁性層４ａを構成する材料としては上記
〜で列記した全ての条件を満たすものとすべきであ
る。下記の表１の左欄には、従来の三層素子４の軟磁性
層４ａを構成するＮｉ−Ｆｅ−Ｎｂ系合金について、上
記〜の各特性を示されている。この表１によれば、
の条件である比抵抗ρが小さく、また誘導異方性磁界
（Ｈｋ）が非常に小さいものとなっている。また磁気抵
抗変化率（Δρ／ρ）が比較的大きな値を示している。

【００１０】このように、従来の三層素子４での軟磁性
層４ａは比抵抗ρが小さいために、磁気抵抗効果素子４
ｃに与えられるべき電流が軟磁性層４ａに分流しやす
く、よって磁気検出出力が小さいものとなっている。ま
た、従来の軟磁性層４ａは誘導異方性磁界（Ｈｋ）が小
さく、ハイト方向（Ｙ方向）への磁化の飽和が不十分で
ある。また磁気抵抗変化率（Δρ／ρ）が比較的大きい
ために、記録媒体などからの外部磁界によりハイト方向
への磁化にゆるぎが生じやすいものとなっている。よっ
て、バルクハウゼンノイズを低減させることに限界が生
じている。

【００１１】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、ハイト方向へ大きな誘導異方性磁界を付与できる
材料により軟磁性層を形成し、また軟磁性層の磁気抵抗
変化率を低くしてバルクハウゼンノイズを低減できるよ
うにした磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを目的と
している。

【００１２】また、膜応力と磁歪との関係が軟磁性層の
磁化に及ぼす影響に着目し、軟磁性層内の応力が不均一
である場合と、均一である場合とで、それぞれ軟磁性層
のハイト方向への磁化を安定させることができるよう
に、各元素の濃度を設定した磁気抵抗効果型ヘッドを提
供することを目的としている。

【００１３】さらに本発明は、軟磁性層の比抵抗を低下
させて軟磁性層への電流の分流を抑制し、高い磁気検出
出力を得ることが可能な磁気抵抗効果型ヘッドを提供す
ることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、非磁
性層を介して重ねられた磁気抵抗効果層および軟磁性層
と、前記磁気抵抗効果層への電流供給経路とを有する磁
気抵抗効果型ヘッドであって、前記軟磁性層が、磁性元
素としてのコバルト（Ｃｏ）ならびに鉄（Ｆｅ）と、ア
モルファス化元素Ｘとから成るアモルファス磁性材料に
より形成されていることを特徴とするものである。

【００１５】請求項２の発明は上記請求項１において、
アモルファス化元素Ｘを、タンタル（Ｔａ）、ニオブ
（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、ボ
ロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、バナ
ジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タン
グステン（Ｗ）のうちのいずれか１種類以上としたもの
である。

【００１６】請求項３の発明は上記請求項１または２に
おいて、コバルト（Ｃｏ）の濃度を７０〜８５（ａｔ
％）、鉄（Ｆｅ）の濃度を０〜２４（ａｔ％）、アモル
ファス化元素Ｘの濃度を６〜３０（ａｔ％）としたもの
である。

【００１７】請求項４の発明は上記請求項１において、
軟磁性層の膜応力の大きさと方向が不均一な場合に、ア
モルファス化元素Ｘを、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、イットリウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちの
いずれか１種類以上とし、鉄（Ｆｅ）の濃度を２〜６
（ａｔ％）、コバルト（Ｃｏ）の濃度を７０〜８３（ａ
ｔ％）、アモルファス化元素Ｘの濃度を１３〜２８（ａ
ｔ％）としたものである。

【００１８】請求項５の発明は上記請求項１において、
軟磁性層の膜応力が均一である場合に、アモルファス化
元素Ｘを、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イット
リウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちのいずれか１種
類以上とし、鉄（Ｆｅ）の濃度を４〜２４（ａｔ％）、
コバルト（Ｃｏ）の濃度を７０〜８２（ａｔ％）、アモ
ルファス化元素Ｘの濃度を６〜２６（ａｔ％）としたも
のである。

【００１９】

【作用】従来技術の課題の欄で述べたように、磁気抵抗
効果型ヘッドの三層素子での軟磁性層（ＳＡＬ層）は、
磁場中での成膜工程や成膜後の磁場中でのアニール処理
により、誘導異方性磁界が付与されやすいものであるこ
とが好ましい。また、軟磁性層としては保持力（Ｈｃ）
が小さいことも必要条件である。

【００２０】上記誘導異方性磁界を付与しやすくし、ま
た保持力を小さく抑えるために本発明での軟磁性層は、
磁性元素を含むアモルファス材料により形成している。
アモルファス材料は、磁性原子どうしを方向性規則配列
にしやすく、誘導異方性磁界を付与しやすいものとな
る。なお、磁性元素はその量が増えるにしたがって誘導
異方性磁界を付与しやすいものとなる。また軟磁性層は
キュリー温度を比較的高くする必要があり、そのために
磁性元素としてコバルト（Ｃｏ）を用いている。また異
なる磁性元素を含むことにより誘導異方性磁界を付与し
やすくなるため、本発明では磁性元素としてコバルト
（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）を含むものとしている。すなわち
本発明は、磁性元素としてのコバルトならびに鉄と、ア
モルファス化元素Ｘを含んで構成され、これが前記請求
項１の発明である。

【００２１】上記アモルファス化元素Ｘは、タンタル
（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）、ニッ
ケル（Ｎｉ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタ
ン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジル
コニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム
（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）のうちのいずれか１種類
以上を選択できる。これが請求項２の発明である。

【００２２】請求項３の発明は、コバルトと鉄とアモル
ファス化元素Ｘ（特にタンタル（Ｔａ））から成る材料
がアモルファス状態（非晶質状態）となるための各濃度
範囲を示したものである。

【００２３】鉄ならびにコバルトおよびアモルファス化
元素Ｘとから成るアモルファス磁性材料、特に、アモル
ファス化元素Ｘとしてタンタル（Ｔａ）を代表としたも
のでは、表１の右欄に示すように、誘導異方性磁界（Ｈ
ｋ）が大きくなって軟磁性層をハイト方向へ磁化飽和し
やすくなる。また磁気抵抗変化率（Δρ／ρ）が小さく
なって、外部磁界が作用したときに軟磁性層のハイト方
向への磁化のゆらぎが低下する。ハイト方向への誘導異
方性を付与しやすくし、また磁化方向のゆるぎを低下で
きることによりバルクハウゼンノイズを低減できる。ま
た、表１に示すように、アモルファス磁性材料により形
成した本発明の軟磁性層では、比抵抗ρが大きくなり、
磁気抵抗効果層に与えられるべき電流の分流を抑制で
き、磁気検出出力を高くすることが可能になる。

【００２４】次に、図７に示すように、軟磁性層では、
ハイト方向への異方性磁界が、磁歪と膜応力との相関関
係による影響（逆磁歪効果）を受ける。まず、軟磁性層
での膜の応力が不均一である場合、逆磁歪効果による異
方性磁界が、ハイト方向への磁化の飽和を低下させるよ
うに作用する。すなわち軟磁性層の膜応力が不均一な場
合は、逆磁歪効果による異方性磁界が、ハイト方向への
磁化の安定を損ねるものとなり、よって、磁歪の絶対値
を小さく抑えることが必要である。この場合に、本発明
では、磁歪をマイナスとし得るアモルファス元素を選択
し、また磁性元素として鉄を含ませ、この鉄により磁歪
をプラス側に調整できるようにしている。アモルファス
化元素が磁歪をマイナス側にするものであれば、鉄の濃
度を調節することにより、磁歪の絶対値を例えば２×１
０^-6以内に抑えることができる。

【００２５】このように、磁歪をマイナスにできるアモ
ルファス化元素を選択し、しかも鉄の濃度の調節により
磁歪の絶対値を所定値（２×１０^-6）以内にでき、且つ
軟磁性層がアモルファス状態で存在できるようにしたも
のが請求項４の発明である。

【００２６】次に、軟磁性層の膜の応力の方向が均一で
ある場合で、引っ張り応力がハイト方向（Ｙ方向）であ
れば、磁歪をプラスにしておくことにより逆磁歪効果に
よる異方性磁界の方向はハイト方向となり、軟磁性層で
は磁界がハイト方向に飽和しやすくなる。ここで、アモ
ルファス化元素として磁歪をマイナス側にするものが選
択された場合には、鉄の濃度により磁歪をプラス側にで
きる。磁歪をマイナス側とするアモルファス化元素を使
用し、鉄の濃度の調整により磁歪をプラス側として、ハ
イト方向への磁化を安定させ、しかもアモルファス状態
で存在できるようにしたものが請求項５の発明である。

【００２７】また請求項２の発明で例示したアモルファ
ス化元素のうちで請求項４と請求項５に例示されていな
い元素は、元々磁歪をプラス側とするように作用するも
のである。よって膜応力が均一な場合には、請求項２の
うちの請求項４と５に例示されていないアモルファス化
元素のいずれを使用した場合であっても、磁化をハイト
方向へ安定化させることが可能である。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図８は縦
バイアス層としてハードバイアス層を使用した磁気抵抗
効果型ヘッドを記録媒体の対向側から示した拡大図、図
９は縦バイアス層としてエクスチェンジバイアス層を使
用した磁気抵抗効果型ヘッドを記録媒体の対向側から示
した拡大図である。

【００２９】図８と図９のいずれにおいても、三層素子
４が、下から順に軟磁性層（ＳＡＬ層）４ａ、非磁性層
（ＳＨＵＮＴ層）４ｂ、磁気抵抗効果層（ＭＲ層）４ｃ
として構成されている。この実施例では、軟磁性層４ａ
が、磁性元素としてのコバルト（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）お
よび、アモルファス化元素Ｘとしてのタンタル（Ｔａ）
を含むアモルファス（非晶質）磁性材料により形成され
ている。また非磁性層４ｂはタンタル（Ｔａ）であり、
磁気抵抗効果層４ｃはＮｉ−Ｆｅ系合金（パーマロイ）
である。

【００３０】図８の磁気抵抗効果型ヘッドでは、センダ
ストなどにより形成された下部シールド層２の上に、Ａ
ｌ₂Ｏ₃などによる下部ギャップ層１１が形成され、その
上に前記三層素子４が設けられている。三層素子４の両
側には、縦バイアス層９としてハードバイアス層が形成
されている。この縦バイアス層９は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ
（コバルト−クロム−タンタル）系合金などにより形成
されている。ハイト方向（Ｙ方向）の膜内において、縦
バイアス層９上には、Ｃｕ（銅）またはＷ（タングステ
ン）などの電気抵抗の小さい導電性材料の主電極層５が
形成されている。三層素子４と縦バイアス層９の上に
は、Ａｌ₂Ｏ₃などによる上部ギャップ層１２が形成さ
れ、さらにその上に下地層３ａおよびセンダストなどの
上部シールド層３が形成されている。

【００３１】図９では、三層素子４の両側部上面に重ね
られるようにして、縦バイアス層９としてのエクスチェ
ンジバイアス層が形成されている。この縦バイアス層９
は、Ｆｅ−Ｍｎ（鉄−マンガン）系合金などの反強磁性
層である。なお、図９において、他の層構成は図８と同
じである。また図８と図９に示すＴｗはトラック幅であ
る。図８と図９に示す磁気抵抗効果型ヘッドは、ハード
ディスクなどの磁気記録媒体にＹ方向から対向する。Ｙ
方向が記録媒体からの洩れ磁界の方向である。また、磁
気抵抗効果型ヘッドと磁気記録媒体との相対的な移動方
向はＺ方向である。

【００３２】ハードバイアス層またはエクスチェンジバ
イアス層となる縦バイアス層９により磁気抵抗効果層４
ｃに縦バイアス磁界が与えられ、磁気抵抗効果層４ｃが
Ｘ方向へ単磁区化される。検出電流は、主電極層５から
縦バイアス層９を経て三層素子４に対しＸ方向へ与えら
れる。磁気抵抗効果素子４ｃに検出電流が与えられる
と、磁気抵抗効果層４ｃからの磁界により、軟磁性層４
ａがハイト方向（Ｙ方向）に磁化される。軟磁性層４ａ
の磁化により、磁気抵抗効果層４ｃに横バイアス磁界が
与えられ、磁気抵抗効果層４ｃの磁区方向が図１０にて
矢印で示す方向に設定され、これにより磁気抵抗効果層
４ｃでは、磁気記録媒体からＹ方向へ与えられる洩れ磁
界（外部磁界）による抵抗の変化が直線性をもつように
なる。

【００３３】次に、上記軟磁性層４ａの特性と、この軟
磁性層４ａを形成する材料の各元素の濃度との関係を説
明する。本発明では、軟磁性層４ａの材料として誘導異
方性の磁界を付与しやすいアモルファス磁性材料を使用
している。誘導異方性は、磁性原子どうしの方向性規則
配列に起因するものであるが、アモルファス膜では磁性
原子を方向性規則配列させやすく、よって誘導異方性を
付与しやすいものとなる。誘導異方性は、例えば磁場中
で成膜し、または成膜後に磁場中でアニール処理するこ
とにより、ハイト方向（Ｙ方向）に付与される。

【００３４】このアモルファス磁性材料は、磁性元素と
アモルファス化元素とを含むものであるが、誘導異方性
を付与しやすくするために複数種類の磁性元素を使用し
ている。まず、磁性元素として、キュリー温度の高い材
料を主元素とすることが好ましく、そのためにコバルト
（Ｃｏ）を使用している。さらに他の磁性元素として鉄
（Ｆｅ）を使用しているが、鉄を使用している理由は、
鉄の濃度により軟磁性層４ａの磁歪を調節しやすいから
である。

【００３５】アモルファス化元素Ｘは、タンタル（Ｔ
ａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）、ニッケル
（Ｎｉ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン
（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコ
ニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈ
ｆ）、タングステン（Ｗ）のいずれか１種以上のものが
選択されて使用される。ここで、アモルファス化元素が
磁歪に与える影響の相違により、上記アモルファス化元
素を第１の集合と第２の集合に別けることができる。第
１の集合はタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イット
リウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）であり、第２の集合
は、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔ
ｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈ
ｆ）、タングステン（Ｗ）である。

【００３６】本発明の実施例では、第１の集合に含まれ
るタンタル（Ｔａ）を例示し、以下においてその特性を
説明する。図１は、軟磁性層４ａを形成するＣｏ−Ｆｅ
−Ｔａの合金材料の各元素の濃度（ａｔ％）と、膜の状
態との関係を示した濃度分布表である。正三角形の底辺
は、Ｃｏの濃度であり、図示右方向が濃度増加方向であ
る。左辺はＦｅの濃度であり、三角形の頂点から底辺に
向かって濃度増加方向となる。右辺はＴａの濃度であ
り、三角形の底辺から頂点に向かって濃度増加方向であ
る。三角形中の直線（イ）は構造境界線であり、この構
造境界線（イ）を境として底辺側の領域では結晶状態と
なり、構造境界線（イ）を境として頂点側の領域ではア
モルファス（非晶質）状態となる。

【００３７】本発明での軟磁性層４ａは誘導異方性を付
与しやすくするためにアモルファス状態であることが条
件となる。図１の表からＣｏ−Ｆｅ−Ｔａの合金材料が
アモルファス状態であるための各元素の濃度を読み取る
と、コバルト（Ｃｏ）の濃度が７０〜８５（ａｔ％）、
鉄（Ｆｅ）の濃度が０〜２４（ａｔ％）、アモルファス
化元素Ｘとして例示しているタンタル（Ｔａ）の濃度が
６〜３０（ａｔ％）である。本発明の実施例では、軟磁
性層４ａが上記組成範囲のアモルファス磁性材料により
形成される。

【００３８】上記組成範囲では、鉄（Ｆｅ）の濃度が０
（ａｔ％）の場合があり得る。後に説明するが、磁歪の
絶対値を低下させ、または磁歪を所定値以上に大きくす
る必要がある場合には、鉄（Ｆｅ）を含むものであるこ
とが好ましい。ただし、膜応力が均一で且つアモルファ
ス化元素が磁歪をプラス側とするものであっては、Ｆｅ
が０（ａｔ％）であってもよい。鉄を含まないものであ
っても、表１に示すように、誘導異方性を付与しやすい
こと、比抵抗（ρ）を大きくできること、また磁気抵抗
変化率（Δρ／ρ）を小さくできる点において従来のＮ
ｉ−Ｆｅ−Ｎｂ系合金よりも軟磁性層４ａの材料として
は優れたものとなる。

【００３９】図１では、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔａ合金のアモル
ファス磁性材料を黒丸にて７種類例示しているが、その
うち、タンタル（Ｔａ）の濃度を１８．５（ａｔ％）に
固定して、鉄（Ｆｅ）の濃度ｘおよび、コバルト（Ｃ
ｏ）の濃度（８１．５−ｘ）を変化させたものを５種類
示している。この５種類のそれぞれを（ａ）（ｂ）
（ｃ）（ｄ）（ｅ）としている。（ａ）は鉄の濃度が０
（ａｔ％）、（ｅ）は鉄の濃度がほぼ１４（ａｔ％）で
あり、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、鉄の濃度が（ａ）と
（ｅ）の中間に位置するものである。

【００４０】図２は、上記（ａ）ないし（ｅ）につい
て、誘導異方性磁界と保持力を調べた結果である。図２
の線図の横軸は鉄（Ｆｅ）の濃度（ａｔ％）であり、左
辺の縦軸は、磁場中で成膜した軟磁性層４ａの誘導異方
性磁界Ｈｋ（Ｏｅ）を示している。（ロ）は、前記
（ａ）から（ｅ）のそれぞれについて膜厚を３００オン
グストロームとしたときの誘導異方性磁界を示し、
（ハ）は（ａ）から（ｅ）のそれぞれについて膜厚を３
μｍとしたときの誘導異方性磁界を示している。

【００４１】（ロ）では、誘導異方性磁界が２７（Ｏ
ｅ）から３３（Ｏｅ）の範囲であり、（ロ）では、１５
（Ｏｅ）から２６（Ｏｅ）の範囲である。表１に示した
従来の軟磁性層４ａの材料であるＮｉ−Ｆｅ−Ｎｂ系合
金に比べ、（イ）（ロ）は共に誘導異方性磁界が大き
く、誘導異方性をハイト方向（図１０のＹ方向）へ付与
した場合に、Ｙ方向へ磁化を飽和させやすいことが解
る。また、最近のハードディスク用の磁気抵抗効果型ヘ
ッドでは、高密度記録信号の再生のために三層素子４が
薄型になってきており、軟磁性層４ａの膜厚は３００オ
ングストローム程度に設定されるものとなっている。膜
厚を３００オングストローム程度としたとき、Ｃｏ−Ｆ
ｅ−Ｔａのアモルファス磁性材料では、図１および表１
に示すように、誘導異方性磁界がきわめて大きくなる。

【００４２】また、図２の右辺の縦軸は、保持力Ｈｃ
（Ｏｅ）を示している。図２中の（ニ）は、前記（ａ）
ないし（ｅ）のそれぞれを３００オングストロームの膜
厚に成膜したときの磁化容易軸方向への保持力を示し、
（ホ）は、同じく（ａ）ないし（ｅ）のそれぞれを３０
０オングストロームの膜厚に成膜したときの磁化困難軸
方向への保持力を示している。３００オングストローム
程度の膜厚では磁化容易軸方向の保持力が５（Ｏｅ）未
満の低い値であり、軟磁性層４ａの材料として適してい
ることが解る。

【００４３】次に、図３は上記（ａ）から（ｅ）のそれ
ぞれについて、鉄（Ｆｅ）の濃度（ａｔ％）と磁歪λｓ
（×１０^-6）との関係を示している。図３では、鉄（Ｆ
ｅ）の濃度が高くなると、磁歪λｓが大きくなっていく
のが解る。すなわち（ａ）〜（ｅ）のそれぞれでは、ア
モルファス元素として前記第１の集合から代表されるタ
ンタル（Ｔａ）を含んでいるが、このＴａは磁歪をマイ
ナス側とする元素である。一方Ｆｅは磁歪を増加させる
元素である。したがって、タンタル（Ｔａ）のように磁
歪をマイナス側とするアモルファス元素と鉄（Ｆｅ）を
含んだアモルファス磁性材料では、鉄の濃度を増加させ
ると、磁歪の絶対値が０となるものあるいは０に近い値
となるものを容易に調整できることになる。この磁歪は
膜の応力との関係で異方性磁界に影響を与えるが、この
点については後に詳しく述べる。

【００４４】図４は、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
（ｅ）を３００オングストロームの膜厚にて形成したと
きの、鉄（Ｆｅ）の濃度（ａｔ％）と比抵抗ρ（μΩ・
ｃｍ）との関係を示している。比抵抗ρは鉄の濃度によ
りあまり左右されず、（ａ）から（ｅ）のいずれも比抵
抗ρが１６０（μΩ・ｃｍ）と高い値である。軟磁性層
４ａの比抵抗を高くでき、磁気抵抗効果層４ａへ与えら
れるべき電流の分流を抑制できることが解る。

【００４５】図５は、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
（ｅ）を３００オングストロームの膜厚にて形成したと
きの、鉄（Ｆｅ）の濃度（ａｔ％）と、磁気抵抗変化率
（Δρ／ρ）（％）との関係を示している。この図から
は、鉄の濃度が増加すると磁気抵抗変化率が高くなって
いくのが解るが、鉄（Ｆｅ）の濃度が１４（ａｔ％）以
下であると、磁気抵抗変化率が０．０２％以下と、きわ
めて低いことが解る。よってこのアモルファス磁性材料
を使用した軟磁性層４ａでは、外部磁界によりハイト方
向の磁化のゆらぎが生じにくいものとなる。

【００４６】図６は、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
（ｅ）を３００オングストロームの膜厚にて形成したと
きの、鉄（Ｆｅ）の濃度（ａｔ％）と、飽和磁化Ｍｓ
（Ｔ）との関係を示している。（ａ）から（ｅ）のいず
れも飽和磁化Ｍｓは、０．６〜１．０（Ｔ）の範囲であ
り、軟磁性層４ａの材料として適していることが解る。
以下の表１は、従来の軟磁性層の材料であるＮｉ−Ｆｅ
−Ｎｂ系材料と、（ａ）〜（ｅ）で代表されるＣｏ−Ｆ
ｅ−Ｔａのアモルファス磁性材料とで、前記各特性を対
比させたものである。

【００４７】

【表１】

【００４８】上記表１からＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモルフ
ァス磁性材料では、軟磁性層４ａの機能上要求される条
件のうちの、誘導異方性磁界Ｈｋ、比抵抗ρ、および磁
気抵抗変化率（Δρ／ρ）のそれぞれにおいて、従来の
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂよりも優れていることが解る。また軟
磁性層をアモルファス材料とすることにより、誘導異方
性を付与しやすく且つ保持力Ｈｃを低くできるのである
が、アモルファス化元素はＴａだけに限られず、他の元
素を使用して、同様にＣｏとＦｅを含んだアモルファス
磁性材料を構成でき、また表１の右欄に示したのとほぼ
同等の特性を得ることができる。

【００４９】Ｔａとほぼ同じ特性を発揮できるアモルフ
ァス化元素としては、前記第１の集合と第２の集合であ
るニオブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔ
ｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈ
ｆ）、タングステン（Ｗ）を挙げることができる。上記
のいずれか１種以上とＣｏとＦｅとの合金とし、Ｃｏと
Ｆｅとアモルファス化元素Ｘの濃度を図１のアモルファ
ス状態となる範囲に設定することにより、軟磁性層４ａ
の材料として従来のものよりも優れたものとなる。

【００５０】上記いずれかのアモルファス化元素を使用
した場合に、図１から、コバルト（Ｃｏ）の濃度が７０
〜８５（ａｔ％）、鉄（Ｆｅ）の濃度が０〜２４（ａｔ
％）、アモルファス化元素Ｘの濃度が６〜３０（ａｔ
％）の範囲とすることにより、表１の右欄とほぼ同等の
特性のアモルファス磁性材料を得ることができる。

【００５１】次に、軟磁性膜４ａの膜応力と磁歪との層
間関係により磁化方向に及ぼす影響（逆磁歪効果）につ
いて説明する。磁性材料の膜応力をσ、磁歪をλｓとす
ると、これと誘導異方性磁界Ｈｋとの関係は、

【００５２】

【数１】である。

【００５３】すなわち、膜応力σと磁歪λｓの関係によ
る磁気弾性エネルギーＥは数２で表わされる。

【００５４】

【数２】

【００５５】このエネルギーＥを異方性磁界Ｈｋに換算
すると、数３に示すようになる。なお、Ｍｓは飽和磁化
である。

【００５６】

【数３】

【００５７】図７は、上記数３においてＭｓ＝０．６
（Ｔ）（図６参照）とおき、磁歪λｓ（×１０^-6）の絶
対値と膜応力σ｛ＭＰａ（メガパスカル）＝１０⁷（ｄ
ｙｎ／ｃｍ²）｝との関係で、逆磁歪効果による異方性
磁界Ｈｋを表わしたものである。図７から、膜応力と磁
歪が大きくなると、逆磁歪効果による異方性磁界が大き
くなることが解る。

【００５８】膜応力と磁歪との相関関係による逆磁歪効
果の異方性磁界は、軟磁性層４ａの膜応力が不均一なと
きと、均一なときとで異なる影響を与える。まず、軟磁
性層４ａの膜応力の大きさ（引っ張り応力または圧縮応
力の大きさ）と方向が不均一であるときには、逆磁歪効
果による異方性磁界Ｈｋ（図７に示すＨｋ）の大きさと
方向も不均一になる。よって軟磁性層４ａではハイト方
向（Ｙ方向）に向けるべき磁化の方向に対し、上記逆磁
歪効果の異方性磁界によりゆらぎが与えられる。

【００５９】したがって、軟磁性層４ａの膜応力の大き
さと方向が不均一な場合には、逆磁歪効果の異方性磁界
Ｈｋをなるべく小さく抑えることが必要である。軟磁性
層４ａにおいて、ＳＡＬバイアスによりハイト方向へ向
こうとする異方性磁界の大きさは通常５０〜２００（Ｏ
ｅ）程度である。よって、ＳＡＬバイアス（横バイア
ス）によるバルクハウゼンノイズを抑制するためには、
逆磁歪効果による異方性磁界を１０（Ｏｅ）以下程度に
抑えることが好ましい。

【００６０】また、軟磁性層４ａは数百オングストロー
ムの膜厚にて形成されるが、この程度の膜厚にて成膜さ
れた場合に、膜に与えられる応力は１００ＭＰａ（メガ
パスカル）程度かそれ以下である。そこで図７におい
て、膜応力が１００ＭＰａ以下で且つ逆磁歪効果による
異方性磁界Ｈｋがほぼ１０（Ｏｅ）以下となる条件を求
めると、磁歪λｓの絶対値を２×１０-6以下とすること
が必要である。

【００６１】磁歪λｓの絶対値を上記の範囲に調整でき
るものとしては、アモルファス化元素Ｘが磁歪をマイナ
スにできることが必要である。図３に示したように、ア
モルファス元素がタンタル（Ｔａ）で代表されるように
磁歪λｓをマイナスにするものであると、鉄（Ｆｅ）の
濃度を増加させ、磁歪λｓをプラス側へ移行させること
により前記マイナス側の磁歪を相殺する調整が可能であ
る。図３から、磁歪λｓの絶対値を２×１０^-6以下とす
るためには、鉄の濃度を２〜６（ａｔ％）の範囲とする
ことが必要である。

【００６２】図１では鉄の濃度が上記の２〜６（ａｔ
％）となる範囲をαで示している。この範囲で且つＣｏ
−Ｆｅ−Ｔａがアモルファス状態であるためには、コバ
ルト（Ｃｏ）の濃度が７０〜８３（ａｔ％）、タンタル
（Ｔａ）の濃度が１３〜２８（ａｔ％）である。よっ
て、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔａの材料により軟磁性層４ａを形成
し、且つ膜の応力の大きさと方向が不均一な場合、逆磁
歪効果がハイト方向への磁化に影響を与えないようにす
るために、鉄（Ｆｅ）の濃度を２〜６（ａｔ％）、コバ
ルト（Ｃｏ）の濃度を７０〜８３（ａｔ％）、タンタル
（Ｔａ）の濃度を１３〜２８（ａｔ％）の範囲とするこ
とが好ましい。

【００６３】またこのことは、タンタル以外のアモルフ
ァス化元素を使用したときも同様である。タンタル以外
のアモルファス元素で磁歪をマイナス側とするものを使
用し、特に前記第１の集合である、ニオブ（Ｎｂ）、イ
ットリウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちのいずれか
１種類以上を使用すると、図３および図７とほぼ同等の
特性が得られる。よって上記第１の集合のいずれかのア
モルファス化元素を使用して軟磁性層４ａを形成し、且
つ膜の応力の大きさと方向が不均一である場合に、鉄
（Ｆｅ）の濃度を２〜６（ａｔ％）、コバルト（Ｃｏ）
の濃度を７０〜８３（ａｔ％）、アモルファス化元素Ｘ
の濃度を１３〜２８（ａｔ％）とすることが好ましい。

【００６４】次に、軟磁性層４ａの膜応力の方向が均一
である場合、例えばハイト方向（Ｙ方向）へ引っ張り応
力になっているときには、磁歪をプラスに設定しておけ
ば逆磁歪効果による異方性磁界は、軟磁性層４ａでの磁
化の方向をハイト方向へ安定させるものとして作用す
る。図３に示すＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモルファス磁性材
料では、鉄（Ｆｅ）の濃度を４（ａｔ％）以上とする
と、磁歪λｓの絶対値をプラス側にでき、逆磁歪効果が
軟磁性層４ａのハイト方向への磁化を安定させるものと
して機能する。

【００６５】図１では、鉄の濃度が４（ａｔ％）以上と
なる範囲をβで示している。このβの範囲でＣｏ−Ｆｅ
−Ｔａがアモルファス状態であるためには、鉄の濃度が
２４（ａｔ％）以下、コバルト（Ｃｏ）の濃度が７０〜
８２（ａｔ％）、タンタル（Ｔａ）の濃度が６〜２６
（ａｔ％）の範囲である。よってＣｏ−Ｆｅ−Ｔａによ
り軟磁性層を形成し且つ膜応力が均一である場合には、
鉄とコバルトとタンタルの濃度を上記の範囲とすること
が好ましい。また、図３において、磁歪λｓをさらにプ
ラス側とすると、逆磁歪効果の異方性磁界により、ハイ
ト方向の磁化がさらに安定する。このことから鉄（Ｆ
ｅ）の濃度は６（ａｔ％）以上が好ましく、さらに好ま
しくは１０（ａｔ％）以上である。

【００６６】また、前述のように、第１の集合のアモル
ファス化元素、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イ
ットリウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）はいずれも、磁歪
をマイナス側とし、鉄の濃度を高くすることにより磁歪
を０以上とすることが可能である。よって第１の集合の
アモルファス化元素のいずれか１種類以上を含む材料に
より軟磁性層を形成した場合に、図３と同様に鉄の濃度
の範囲を選択することができる。

【００６７】よって、ＣｏとＦｅと第１の集合のいずれ
か１種類以上のアモルファス化元素Ｘにより軟磁性層を
形成し、且つ膜の応力が均一である場合には、軟磁性層
の磁化をハイト方向へ安定させるために、鉄（Ｆｅ）の
濃度を４〜２４（ａｔ％）、コバルト（Ｃｏ）の濃度を
７０〜８２（ａｔ％）、アモルファス化元素Ｘの濃度を
６〜２６（ａｔ％）とすることが好ましい。

【００６８】また、アモルファス化元素の第２の集合で
あるボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔ
ｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈ
ｆ）、タングステン（Ｗ）は、磁歪λｓをプラス側にす
るものであるため、膜の応力が均一な軟磁性層である場
合には、これらのいずれか１種類以上と、ＣｏとＦｅ
（０ａｔ％を含む）とで、アモルファス磁性材料を形成
することにより、ハイト方向への磁化を安定させること
が可能である。

【００６９】

【発明の効果】以上のように本発明では、三層素子を構
成する軟磁性層のハイト方向の磁化の飽和を安定させ、
また磁気抵抗変換率（Δρ／ρ）を低下させて、バルク
ハウゼンノイズを低減できるものとなる。また、軟磁性
層の比抵抗ρを高くでき、磁気抵抗効果層に与えるべき
電流が軟磁性層に分流するのを抑制できる。

【００７０】さらに、第１の集合のアモルファス化元素
のいずれか１種類以上を含むアモルファス磁性材料によ
り軟磁性層を形成した場合には、鉄の濃度を選択するこ
とにより、膜の応力が不均一なときと、均一なときの双
方においてハイト方向への磁化を安定させることができ
る。

【００７１】また第２の集合のアモルファス化元素のい
ずれかを含むものでは、膜の応力が均一である場合に、
ハイト方向への磁化を安定させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】軟磁性層の材料となるＣｏ−Ｆｅ−Ｔａの各元
素の濃度と層の構造との関係を示す線図、

【図２】軟磁性層を形成するＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモル
ファス磁性材料の、鉄の濃度と、誘導異方性磁界および
保持力との関係を示す線図、

【図３】軟磁性層を形成するＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモル
ファス磁性材料の、鉄の濃度と磁歪との関係を示す線
図、

【図４】軟磁性層を形成するＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモル
ファス磁性材料の、鉄の濃度と比抵抗との関係を示す線
図、

【図５】軟磁性層を形成するＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモル
ファス磁性材料の、鉄の濃度と磁気抵抗変化率との関係
を示す線図、

【図６】軟磁性層を形成するＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモル
ファス磁性材料の、鉄の濃度と飽和磁化との関係を示す
線図、

【図７】軟磁性層を形成するＣｏ−Ｆｅ−Ｔａのアモル
ファス磁性材料での、磁歪と膜応力との相関関係による
逆磁歪効果の異方性磁界を示す線図、

【図８】ハードバイアス層を用いた磁気抵抗効果型ヘッ
ドを示す拡大正面図、

【図９】エクスチェンジバイアス層を用いた磁気抵抗効
果型ヘッドを示す拡大正面図、

【図１０】三層素子の各層の作用を説明する斜視図、

【符号の説明】

４三層素子４ａ軟磁性層４ｂ非磁性層４ｃ磁気抵抗効果層５主電極９縦バイアス層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性層を介して重ねられた磁気抵抗効
果層および軟磁性層と、前記磁気抵抗効果層への電流供
給経路とを有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記
軟磁性層が、磁性元素としてのコバルト（Ｃｏ）ならび
に鉄（Ｆｅ）と、アモルファス化元素Ｘとから成るアモ
ルファス磁性材料により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。
【請求項２】アモルファス化元素Ｘは、タンタル（Ｔ
ａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）、ニッケル
（Ｎｉ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン
（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコ
ニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈ
ｆ）、タングステン（Ｗ）のうちのいずれか１種類以上
である請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項３】コバルト（Ｃｏ）の濃度が７０〜８５
（ａｔ％）、鉄（Ｆｅ）の濃度が０〜２４（ａｔ％）、
アモルファス化元素Ｘの濃度が６〜３０（ａｔ％）であ
る請求項１または２記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４】軟磁性層の膜応力の大きさと方向が不均
一で、アモルファス化元素Ｘが、タンタル（Ｔａ）、ニ
オブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）
のうちのいずれか１種類以上であり、鉄（Ｆｅ）の濃度
が２〜６（ａｔ％）、コバルト（Ｃｏ）の濃度が７０〜
８３（ａｔ％）、アモルファス化元素Ｘの濃度が１３〜
２８（ａｔ％）である請求項１記載の磁気抵抗効果型磁
気ヘッド。
【請求項５】軟磁性層の膜応力が均一で、アモルファ
ス化元素Ｘが、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イ
ットリウム（Ｙ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちのいずれか
１種類以上であり、鉄（Ｆｅ）の濃度が４〜２４（ａｔ
％）、コバルト（Ｃｏ）の濃度が７０〜８２（ａｔ
％）、アモルファス化元素Ｘの濃度が６〜２６（ａｔ
％）である請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。