JPH0877519A - 磁気抵抗効果型トランスジューサ - Google Patents
磁気抵抗効果型トランスジューサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】スピンバルブ磁気抵抗効果を利用して磁気記録
媒体からの情報信号を読み取る磁気抵抗効果型トランス
ジューサに関し、磁気記録媒体からの磁界によって磁化
方向が変化する強磁性層への漏洩磁界による影響を低減
すること。 【構成】第一の非磁性金属層24によって仕切られた第一
の強磁性層23及び第二の強磁性層25と、前記第二の強磁
性層25に接触して形成された硬質強磁性層26と、交換結
合遮断用の第二の非磁性金属層27を介して前記硬質強磁
性層26の上に形成され、且つ前記第二の強磁性層25及び
前記硬質強磁性層26に静磁気結合する第三の硬磁性層28
とを含む。
媒体からの情報信号を読み取る磁気抵抗効果型トランス
ジューサに関し、磁気記録媒体からの磁界によって磁化
方向が変化する強磁性層への漏洩磁界による影響を低減
すること。 【構成】第一の非磁性金属層24によって仕切られた第一
の強磁性層23及び第二の強磁性層25と、前記第二の強磁
性層25に接触して形成された硬質強磁性層26と、交換結
合遮断用の第二の非磁性金属層27を介して前記硬質強磁
性層26の上に形成され、且つ前記第二の強磁性層25及び
前記硬質強磁性層26に静磁気結合する第三の硬磁性層28
とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗効果型トラン
スジューサに関し、より詳しくは、スピンバルブ磁気抵
抗効果を利用して磁気記録媒体からの情報信号を読み取
る磁気抵抗効果型トランスジューサに関する。
スジューサに関し、より詳しくは、スピンバルブ磁気抵
抗効果を利用して磁気記録媒体からの情報信号を読み取
る磁気抵抗効果型トランスジューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスク、磁気カード、磁気テー
プ等の磁気記録媒体から情報信号を読み出すための磁気
トランスジューサとして、読み出し感度の高い磁気抵抗
（ＭＲ）センサが知られている。図５(a) に示す断面構
造の磁気トランスジューサは、磁性層の磁化の方向と電
流の方向が異なることによって電気的抵抗が変化する現
象を利用したものである。これは一般に異方性磁気抵抗
効果（ＡＭＲ）と言われる。ＡＭＲ素子は例えば特開平
５−２１７１２３号、特開平５−３２５１３８号、特開
平５−１８２１４７号等の公報に記載されている。
プ等の磁気記録媒体から情報信号を読み出すための磁気
トランスジューサとして、読み出し感度の高い磁気抵抗
（ＭＲ）センサが知られている。図５(a) に示す断面構
造の磁気トランスジューサは、磁性層の磁化の方向と電
流の方向が異なることによって電気的抵抗が変化する現
象を利用したものである。これは一般に異方性磁気抵抗
効果（ＡＭＲ）と言われる。ＡＭＲ素子は例えば特開平
５−２１７１２３号、特開平５−３２５１３８号、特開
平５−１８２１４７号等の公報に記載されている。
【０００３】図５(a) において、磁気シールド材からな
る基板１の上には絶縁層２が形成され、その絶縁層２の
上には軟磁性層３、非時性金属層４、ＭＲ層５が順に形
成されている。また、ＭＲ層５の両側にはセンス領域Ａ
を挟んで１対の引出導電体層６ａ，６ｂが接続され、こ
の引出導電体層６ａ，６ｂとＭＲ層５の間には反強磁性
層７ａ，７ｂが形成され、ＭＲ層５と反強磁性層７ａ，
７ｂとの交換相互作用によりＭＲ層５は一方の導電体層
６ａから他方の導電体層６ｂに向かって磁化されてい
る。
る基板１の上には絶縁層２が形成され、その絶縁層２の
上には軟磁性層３、非時性金属層４、ＭＲ層５が順に形
成されている。また、ＭＲ層５の両側にはセンス領域Ａ
を挟んで１対の引出導電体層６ａ，６ｂが接続され、こ
の引出導電体層６ａ，６ｂとＭＲ層５の間には反強磁性
層７ａ，７ｂが形成され、ＭＲ層５と反強磁性層７ａ，
７ｂとの交換相互作用によりＭＲ層５は一方の導電体層
６ａから他方の導電体層６ｂに向かって磁化されてい
る。
【０００４】このようなＭＲ素子は、一方の導電体層６
ａから導電体層６ｂに向けてセンス電流Ｉを流すことに
より、そのＭＲ層５の周囲に磁界を発生させ、これによ
りＭＲ層５の初期の磁化Ｍ5 の方向に直交するバイアス
磁界を軟磁性層３に発生させる。そして軟磁性層３のバ
イアス磁界によってＭＲ層５の磁化Ｍ5 の方向が傾く。
ＭＲ層５の磁化Ｍ5 は、バイアス磁界によってセンス電
流Ｉに対して角度を持つので、ＭＲ層５の電気抵抗は図
５(b) に示すように外部磁界に対して線形応答する。
ａから導電体層６ｂに向けてセンス電流Ｉを流すことに
より、そのＭＲ層５の周囲に磁界を発生させ、これによ
りＭＲ層５の初期の磁化Ｍ5 の方向に直交するバイアス
磁界を軟磁性層３に発生させる。そして軟磁性層３のバ
イアス磁界によってＭＲ層５の磁化Ｍ5 の方向が傾く。
ＭＲ層５の磁化Ｍ5 は、バイアス磁界によってセンス電
流Ｉに対して角度を持つので、ＭＲ層５の電気抵抗は図
５(b) に示すように外部磁界に対して線形応答する。
【０００５】ところで、ＭＲ層５を構成する磁性体とし
ては２００〜５００Å程度のニッケル鉄（NiFe）膜が知
られており、その抵抗変化率Δρ／ρは、2 〜3 ％とあ
まり大きいものではなく、読み出し効果を向上するには
抵抗変化率のもっと大きな材料が望まれていた。最近、
高いＭＲ効果を得る方法としてスピンバルブ磁気抵抗効
果を利用した磁気トランスジューサが特開平４−３５８
３１０号公報に提案されている。
ては２００〜５００Å程度のニッケル鉄（NiFe）膜が知
られており、その抵抗変化率Δρ／ρは、2 〜3 ％とあ
まり大きいものではなく、読み出し効果を向上するには
抵抗変化率のもっと大きな材料が望まれていた。最近、
高いＭＲ効果を得る方法としてスピンバルブ磁気抵抗効
果を利用した磁気トランスジューサが特開平４−３５８
３１０号公報に提案されている。
【０００６】その磁気抵抗効果型トランスジューサは、
例えば図６(a),(b) に示すような構造を有している。図
において、基板１１の上には第一の強磁性層１２、非磁
性金属層１３、第二の強磁性層１４、反強磁性層１５が
順に形成され、第一の強磁性層１２から反強磁性層１５
までの各層は平面が長方形となっている。また、反強磁
性層１５上には、その長手方向に間隔をおいて一対の引
出電極１６ａ，１６ｂが形成され、これにより磁気抵抗
効果型トランスジューサが構成される。
例えば図６(a),(b) に示すような構造を有している。図
において、基板１１の上には第一の強磁性層１２、非磁
性金属層１３、第二の強磁性層１４、反強磁性層１５が
順に形成され、第一の強磁性層１２から反強磁性層１５
までの各層は平面が長方形となっている。また、反強磁
性層１５上には、その長手方向に間隔をおいて一対の引
出電極１６ａ，１６ｂが形成され、これにより磁気抵抗
効果型トランスジューサが構成される。
【０００７】第一の強磁性層１２はNiFeのような軟磁性
体からなり、第二の強磁性層１４の磁化の方向は、その
表面に接着させられた反強磁性層１５による交換結合に
よって固定されている。第二の強磁性層１４の磁化Ｍb
の方向は磁気記録媒体（不図示）の面に対して垂直であ
り、第一の強磁性層１２の磁化Ｍa の方向は磁気記録媒
体面に沿っており、それらの磁化の方向は交差してい
る。
体からなり、第二の強磁性層１４の磁化の方向は、その
表面に接着させられた反強磁性層１５による交換結合に
よって固定されている。第二の強磁性層１４の磁化Ｍb
の方向は磁気記録媒体（不図示）の面に対して垂直であ
り、第一の強磁性層１２の磁化Ｍa の方向は磁気記録媒
体面に沿っており、それらの磁化の方向は交差してい
る。
【０００８】磁気記録媒体からの磁界Ｈは、その媒体面
に対して垂直の方向に発生するので、その磁界Ｈの方
向、大きさに応じて第一の強磁性層１２の磁化Ｍa の方
向が回転して第一の強磁性層１２と第二の強磁性層１４
の磁化の方向の相対的な角度が変化する。第１の強磁性
層１２の磁化の方向と第２の強磁性層１４の磁化の方向
が平行の場合に抵抗値が最小となり、反平行の時に最大
となる。このように磁気記録媒体からの磁界Ｈの変化に
より第一及び第二の強磁性層１２，１４の電気抵抗が変
化し、電気抵抗を電圧に変換して読み出しが行われる。
に対して垂直の方向に発生するので、その磁界Ｈの方
向、大きさに応じて第一の強磁性層１２の磁化Ｍa の方
向が回転して第一の強磁性層１２と第二の強磁性層１４
の磁化の方向の相対的な角度が変化する。第１の強磁性
層１２の磁化の方向と第２の強磁性層１４の磁化の方向
が平行の場合に抵抗値が最小となり、反平行の時に最大
となる。このように磁気記録媒体からの磁界Ｈの変化に
より第一及び第二の強磁性層１２，１４の電気抵抗が変
化し、電気抵抗を電圧に変換して読み出しが行われる。
【０００９】なお、磁気記録媒体からの磁界Ｈがない場
合に、第一の強磁性層１２と第二の強磁性層１４のそれ
ぞれの磁化の方向の相対的な角度が９０度となっている
ほうがダイナミックレンジがとれ、動作開始点として好
ましい。
合に、第一の強磁性層１２と第二の強磁性層１４のそれ
ぞれの磁化の方向の相対的な角度が９０度となっている
ほうがダイナミックレンジがとれ、動作開始点として好
ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】スピンバルブ磁気抵抗
効果を利用した磁気トランスジューサでは、上記した交
換結合を発生させる反強磁性層１５の材料として鉄マン
ガン（FeMn）が知られている。しかし、FeMnは耐蝕性が
悪いために、磁気トランスジューサの製造の際に酸化さ
れて特性が劣化する。
効果を利用した磁気トランスジューサでは、上記した交
換結合を発生させる反強磁性層１５の材料として鉄マン
ガン（FeMn）が知られている。しかし、FeMnは耐蝕性が
悪いために、磁気トランスジューサの製造の際に酸化さ
れて特性が劣化する。
【００１１】第二の強磁性層１４の磁化を固定する他の
方法として、高飽和保磁力でかつ高電気抵抗を有する強
磁性層（不図示）を第二の強磁性層１４に近接させて交
換結合する方法も考えられる。高飽和保磁力の強磁性媒
体は耐蝕性が良く、特性劣化はない。その詳細な技術に
関しては上記の特開平４−３５８３１０号公報には何ら
記載されていない。
方法として、高飽和保磁力でかつ高電気抵抗を有する強
磁性層（不図示）を第二の強磁性層１４に近接させて交
換結合する方法も考えられる。高飽和保磁力の強磁性媒
体は耐蝕性が良く、特性劣化はない。その詳細な技術に
関しては上記の特開平４−３５８３１０号公報には何ら
記載されていない。
【００１２】しかし、高飽和保磁力の強磁性層の側部か
ら発生する漏洩磁界により第一の強磁性層１２の磁化Ｍ
a も強く束縛され、磁気記録媒体からの磁界Ｈに対する
感度が大幅に劣化するという問題があった。本発明はこ
のような問題に鑑みてなされたものであって、磁気記録
媒体からの磁界によって磁化の方向が変化する強磁性層
への漏洩磁界による影響を低減できる磁気抵抗センサを
提供することを目的とする。
ら発生する漏洩磁界により第一の強磁性層１２の磁化Ｍ
a も強く束縛され、磁気記録媒体からの磁界Ｈに対する
感度が大幅に劣化するという問題があった。本発明はこ
のような問題に鑑みてなされたものであって、磁気記録
媒体からの磁界によって磁化の方向が変化する強磁性層
への漏洩磁界による影響を低減できる磁気抵抗センサを
提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１又
は図４に例示するように、第一の非磁性金属層24(37)に
よって仕切られた第一の強磁性層23(38)及び第二の強磁
性層25(36)と、前記第二の強磁性層25(36)に接触して形
成された硬質強磁性層26(35)と、交換結合遮断用の第二
の非磁性金属層27(34)を介して前記硬質強磁性層26(35)
の上に形成され、且つ前記第二の強磁性層25(36)及び前
記硬質強磁性層26(35)に静磁気結合する第三の硬磁性層
28(33)とを有することを特徴とする磁気抵抗効果型トラ
ンスジューサにより解決する。
は図４に例示するように、第一の非磁性金属層24(37)に
よって仕切られた第一の強磁性層23(38)及び第二の強磁
性層25(36)と、前記第二の強磁性層25(36)に接触して形
成された硬質強磁性層26(35)と、交換結合遮断用の第二
の非磁性金属層27(34)を介して前記硬質強磁性層26(35)
の上に形成され、且つ前記第二の強磁性層25(36)及び前
記硬質強磁性層26(35)に静磁気結合する第三の硬磁性層
28(33)とを有することを特徴とする磁気抵抗効果型トラ
ンスジューサにより解決する。
【００１４】前記磁気抵抗効果型トランスジューサおい
て、前記第三の強磁性層28(33)の膜厚は、前記第二の強
磁性層25(36)の飽和磁化と膜厚の積と前記硬質強磁性層
26(35)の飽和磁化と膜厚の積との和を前記第三の強磁性
層28(33)の飽和磁化で割った大きさであることを特徴と
する。前記磁気抵抗効果型トランスジューサおいて、前
記第三の強磁性体28(33)の膜厚は、前記第一の強磁性層
23(38)と前記第二の強磁性層25(36)との間の強磁性的結
合を減少させる大きさを有していることを特徴とする。
て、前記第三の強磁性層28(33)の膜厚は、前記第二の強
磁性層25(36)の飽和磁化と膜厚の積と前記硬質強磁性層
26(35)の飽和磁化と膜厚の積との和を前記第三の強磁性
層28(33)の飽和磁化で割った大きさであることを特徴と
する。前記磁気抵抗効果型トランスジューサおいて、前
記第三の強磁性体28(33)の膜厚は、前記第一の強磁性層
23(38)と前記第二の強磁性層25(36)との間の強磁性的結
合を減少させる大きさを有していることを特徴とする。
【００１５】前記磁気抵抗効果型トランスジューサおい
て、前記第三の強磁性層28(33)は、ニッケル鉄よりも飽
和磁化が高く且つ電気抵抗が高い磁性材料により形成さ
れていることを特徴とする。前記磁気抵抗効果型トラン
スジューサおいて、前記第一の強磁性層38の磁区状態を
単一に保磁し、かつ前記第二の強磁性層36と直交する方
向に磁化バイアスを発生する手段を有することを特徴と
する。その磁化バイアス発生手段は反強磁性層又は硬質
磁性層39ａ，39ｂであり、前記第一の強磁性層38の磁化
方向の前後の両端部に形成されていることを特徴とす
る。
て、前記第三の強磁性層28(33)は、ニッケル鉄よりも飽
和磁化が高く且つ電気抵抗が高い磁性材料により形成さ
れていることを特徴とする。前記磁気抵抗効果型トラン
スジューサおいて、前記第一の強磁性層38の磁区状態を
単一に保磁し、かつ前記第二の強磁性層36と直交する方
向に磁化バイアスを発生する手段を有することを特徴と
する。その磁化バイアス発生手段は反強磁性層又は硬質
磁性層39ａ，39ｂであり、前記第一の強磁性層38の磁化
方向の前後の両端部に形成されていることを特徴とす
る。
【００１６】
【作 用】本発明の磁気抵抗効果型トランスジューサに
よれば、磁化方向が外部磁界によって回転する第一の強
磁性層と、硬質強磁性層に交換結合して磁化方向が固定
される第二の強磁性層と、第二の強磁性層と硬質強磁性
層の双方に静磁気結合する第三の強磁性層とを設けてい
る。この場合、第三の強磁性層と硬質強磁性層とは交換
結合しないようにしている。
よれば、磁化方向が外部磁界によって回転する第一の強
磁性層と、硬質強磁性層に交換結合して磁化方向が固定
される第二の強磁性層と、第二の強磁性層と硬質強磁性
層の双方に静磁気結合する第三の強磁性層とを設けてい
る。この場合、第三の強磁性層と硬質強磁性層とは交換
結合しないようにしている。
【００１７】従って、第二の強磁性層及び硬質強磁性層
から生じる磁束は、殆ど第三の強磁性層の磁束と結合
し、第二の強磁性層の漏洩磁界は第一の強磁性層の磁化
の方向に影響を殆ど及ぼさなくなる。この結果、成膜の
際に第一の強磁性層と第二の強磁性層を互いに直交する
方向に磁化すれば、外部磁界の無い状態でそれらの磁化
の方向は直交した状態をほぼ保持し、磁気記録媒体から
の磁界に対する感度が殆ど減少しなくなる。
から生じる磁束は、殆ど第三の強磁性層の磁束と結合
し、第二の強磁性層の漏洩磁界は第一の強磁性層の磁化
の方向に影響を殆ど及ぼさなくなる。この結果、成膜の
際に第一の強磁性層と第二の強磁性層を互いに直交する
方向に磁化すれば、外部磁界の無い状態でそれらの磁化
の方向は直交した状態をほぼ保持し、磁気記録媒体から
の磁界に対する感度が殆ど減少しなくなる。
【００１８】この場合の第三の強磁性層の厚さは、第二
の強磁性層の飽和磁化とその膜厚の積と前記硬質強磁性
層の飽和磁化とその膜厚の積との和を第三の強磁性層の
飽和磁化で割った大きさにすればよい。なお、第一の強
磁性層と第二の強磁性層に強磁性的結合が存在する場合
には、この強磁性結合を相殺するように、第三の強磁性
層の膜厚を調整すればよい。
の強磁性層の飽和磁化とその膜厚の積と前記硬質強磁性
層の飽和磁化とその膜厚の積との和を第三の強磁性層の
飽和磁化で割った大きさにすればよい。なお、第一の強
磁性層と第二の強磁性層に強磁性的結合が存在する場合
には、この強磁性結合を相殺するように、第三の強磁性
層の膜厚を調整すればよい。
【００１９】また、第一の強磁性層の磁区を制御するた
めの磁化バイアスを印加する手段を設けると、第一の強
磁性層は他の磁性層による磁気的影響を受けにくくな
り、漏洩磁界や強磁性的結合による磁化方向の影響が大
幅に低減する。磁化バイアス発生手段としては、例えば
第一の強磁性層のセンス領域の両側に反強磁性層又は硬
質強磁性層を設ける構造がある。
めの磁化バイアスを印加する手段を設けると、第一の強
磁性層は他の磁性層による磁気的影響を受けにくくな
り、漏洩磁界や強磁性的結合による磁化方向の影響が大
幅に低減する。磁化バイアス発生手段としては、例えば
第一の強磁性層のセンス領域の両側に反強磁性層又は硬
質強磁性層を設ける構造がある。
【００２０】
【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。 （第１実施例）図１、２は本発明の第１実施例に係る磁
気トランスジューサの積層構造を示す断面図である。
いて説明する。 （第１実施例）図１、２は本発明の第１実施例に係る磁
気トランスジューサの積層構造を示す断面図である。
【００２１】図１において、シリコン基板２１の（１０
０）面上には、下地層２２としてタンタル（Ta）が５n
m、第一の強磁性層２３としてNi81Fe19が９nm、第一の
非磁性金属層２４として銅（Cu）が２．２nm、第二の強
磁性層２５としてコバルト（Co）が４nm、高飽和保磁力
の硬質強磁性層２６としてCo80Cr10Pt10が１０nm、第二
の非磁性金属層２７としてTaが１nmの厚さに順に形成さ
れている。また、第二の非磁性金属層２７上には、NiFe
に比べて比抵抗が１００μΩ・cmと大きく且つ飽和磁化
も大きな窒化鉄（FeN ）からなる第三の強磁性層２８が
形成されている。
０）面上には、下地層２２としてタンタル（Ta）が５n
m、第一の強磁性層２３としてNi81Fe19が９nm、第一の
非磁性金属層２４として銅（Cu）が２．２nm、第二の強
磁性層２５としてコバルト（Co）が４nm、高飽和保磁力
の硬質強磁性層２６としてCo80Cr10Pt10が１０nm、第二
の非磁性金属層２７としてTaが１nmの厚さに順に形成さ
れている。また、第二の非磁性金属層２７上には、NiFe
に比べて比抵抗が１００μΩ・cmと大きく且つ飽和磁化
も大きな窒化鉄（FeN ）からなる第三の強磁性層２８が
形成されている。
【００２２】下地層２２から第三の強磁性層２８までの
各層はスパッタリングにより順に形成され、それらの層
はマスクとイオンミリングを使用することにより長方形
にパターニンングされている。第一の強磁性層２３から
第二の強磁性層２５までの層は、その上の硬質強磁性層
２６、第二の非磁性層２７及び第三の強磁性層２８より
も長辺が短い。また、第二の強磁性層２７の長手方向の
両側には１対の引出電極２９ａ，２９ｂがリフトオフ法
により形成されている。
各層はスパッタリングにより順に形成され、それらの層
はマスクとイオンミリングを使用することにより長方形
にパターニンングされている。第一の強磁性層２３から
第二の強磁性層２５までの層は、その上の硬質強磁性層
２６、第二の非磁性層２７及び第三の強磁性層２８より
も長辺が短い。また、第二の強磁性層２７の長手方向の
両側には１対の引出電極２９ａ，２９ｂがリフトオフ法
により形成されている。
【００２３】第一の強磁性層２３、第二の強磁性層２
５、硬質強磁性層２６および第三の強磁性層２８はそれ
ぞれ図２に示すような方向に磁化されている。即ち、第
一の強磁性層２３は長手方向（縦方向）に磁化され、ま
た第二の強磁性層２５と硬質強磁性層２６は第一の強磁
性層２３の磁化Ｍ1 の方向と直交する方向（横方向）に
磁化されている。さらに、第三の強磁性層２８は、硬質
強磁性層２６及び第二の強磁性層２５の磁化Ｍ2 ，Ｍh
の方向に対して逆方向（反平行）に磁化されている。そ
れらの磁化Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍh ，Ｍ3 の方向は、スパッタ
リングによる成膜の際の外部磁界によって決定される。
５、硬質強磁性層２６および第三の強磁性層２８はそれ
ぞれ図２に示すような方向に磁化されている。即ち、第
一の強磁性層２３は長手方向（縦方向）に磁化され、ま
た第二の強磁性層２５と硬質強磁性層２６は第一の強磁
性層２３の磁化Ｍ1 の方向と直交する方向（横方向）に
磁化されている。さらに、第三の強磁性層２８は、硬質
強磁性層２６及び第二の強磁性層２５の磁化Ｍ2 ，Ｍh
の方向に対して逆方向（反平行）に磁化されている。そ
れらの磁化Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍh ，Ｍ3 の方向は、スパッタ
リングによる成膜の際の外部磁界によって決定される。
【００２４】第二の強磁性層２５の磁化は、交換相互作
用により硬質強磁性層２６の磁化Ｍh の方向と同じ方向
に固定されている。また、高飽和保磁威力の強磁性層２
６と第三の強磁性層２８は、それらの間の第二の非磁性
金属層２７によって交換結合を起こさないように仕切ら
れ、さらに、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５
は第一の非磁性金属層２４により磁気的に仕切られてい
る。
用により硬質強磁性層２６の磁化Ｍh の方向と同じ方向
に固定されている。また、高飽和保磁威力の強磁性層２
６と第三の強磁性層２８は、それらの間の第二の非磁性
金属層２７によって交換結合を起こさないように仕切ら
れ、さらに、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５
は第一の非磁性金属層２４により磁気的に仕切られてい
る。
【００２５】硬質強磁性層２６および第二の強磁性層２
５から発生する磁束は、次の式（１）の条件で第三の強
磁性層２８の磁束と静磁気結合している（図３参照）。
この条件下では、第一の強磁性層２３には第二の強磁性
層２５からの漏洩磁界が殆ど印加されず、磁気記録媒体
（不図示）からの磁界がないときに第一の強磁性層２３
と第二の強磁性層２４のそれらの磁化Ｍ1 ，Ｍ2 の方向
は互いに垂直な状態を保っている。
５から発生する磁束は、次の式（１）の条件で第三の強
磁性層２８の磁束と静磁気結合している（図３参照）。
この条件下では、第一の強磁性層２３には第二の強磁性
層２５からの漏洩磁界が殆ど印加されず、磁気記録媒体
（不図示）からの磁界がないときに第一の強磁性層２３
と第二の強磁性層２４のそれらの磁化Ｍ1 ，Ｍ2 の方向
は互いに垂直な状態を保っている。
【００２６】 Ｍs2・ｔ2 ＋ Ｍsh・ｔh ＝ Ｍs3・ｔ3 ……（１） 但し、第二の強磁性層２５の飽和磁化をＭs2、その膜厚
をｔ2 とし、硬質強磁性層２６の飽和磁化をＭsh、その
膜厚をｔh とし、第三の強磁性層２７の飽和磁化を
Ｍs3、その膜厚をｔ3 としている。上記した強磁性層の
構成材料の飽和磁化は、Ni81Fe19が１００００（４πＭ
s1）gauss 、Coが１８０００（４πＭs2）gauss 、Co80
Cr10Pt10が７０００（４πＭsh）gauss 、FeN が２００
００（４πＭs3）gauss である。従って、第一の強磁性
層２３と第二の強磁性層２４の磁化の方向を互いに垂直
方向とするためには、上記した条件と式（１）の関係か
ら第三の磁性層２８を次の膜厚ｔ3 に設定する。
をｔ2 とし、硬質強磁性層２６の飽和磁化をＭsh、その
膜厚をｔh とし、第三の強磁性層２７の飽和磁化を
Ｍs3、その膜厚をｔ3 としている。上記した強磁性層の
構成材料の飽和磁化は、Ni81Fe19が１００００（４πＭ
s1）gauss 、Coが１８０００（４πＭs2）gauss 、Co80
Cr10Pt10が７０００（４πＭsh）gauss 、FeN が２００
００（４πＭs3）gauss である。従って、第一の強磁性
層２３と第二の強磁性層２４の磁化の方向を互いに垂直
方向とするためには、上記した条件と式（１）の関係か
ら第三の磁性層２８を次の膜厚ｔ3 に設定する。
【００２７】 ｔ3 ＝〔Ｍs2・ｔ2 ＋Ｍsh・ｔh 〕／Ｍs3 ＝〔 (18000 ×4 ／４π) ＋ (7000×10／４π）〕／（20000 ／４π) ＝７．１nm 上記した層構造を有するスピンバルブ磁気抵抗効果型素
子において、一対の引出電極２９ａ，２９ｂ間に定電流
であるセンス電流を流す。そして、磁気記録媒体からの
磁界Ｈが第一の強磁性層２３に印加された状態で、第一
の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の磁化に同じ方向
の成分が増えるほど電気抵抗が低くなる一方、それらの
磁化に逆向きの成分が増えるほど電気抵抗が高くなる。
これにより、引出電極２９ａ，２９ｂ間の電圧が変化
し、読み出しが行われる。
子において、一対の引出電極２９ａ，２９ｂ間に定電流
であるセンス電流を流す。そして、磁気記録媒体からの
磁界Ｈが第一の強磁性層２３に印加された状態で、第一
の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の磁化に同じ方向
の成分が増えるほど電気抵抗が低くなる一方、それらの
磁化に逆向きの成分が増えるほど電気抵抗が高くなる。
これにより、引出電極２９ａ，２９ｂ間の電圧が変化
し、読み出しが行われる。
【００２８】この場合、磁気記録媒体からの磁界が無い
場合には、硬質強磁性層２６および第二の強磁性層２５
の側部で出入りする磁力線は主に第三の強磁性層２８の
側部に出入りする。この結果、硬質強磁性層２６および
第二の強磁性層２５の漏洩磁界は殆ど第一の強磁性層２
３に入らないことになる。この結果、磁気記録媒体の磁
界が印加されない状態では第一の磁性層２３の磁化Ｍ1
の方向は第二の強磁性層２５の磁化Ｍ2 の方向とほぼ直
角になるので、磁気記録媒体からの磁界に対する感度が
向上する。
場合には、硬質強磁性層２６および第二の強磁性層２５
の側部で出入りする磁力線は主に第三の強磁性層２８の
側部に出入りする。この結果、硬質強磁性層２６および
第二の強磁性層２５の漏洩磁界は殆ど第一の強磁性層２
３に入らないことになる。この結果、磁気記録媒体の磁
界が印加されない状態では第一の磁性層２３の磁化Ｍ1
の方向は第二の強磁性層２５の磁化Ｍ2 の方向とほぼ直
角になるので、磁気記録媒体からの磁界に対する感度が
向上する。
【００２９】なお、第三の強磁性層２８を設けない場合
には、第一の強磁性層２３は、第二の強磁性層２５及び
硬質強磁性層２６の漏洩磁界によってこれらと逆向きに
磁化され、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の
磁化の角度は１８０度となってなってしまった。ところ
で、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の間に強
磁性的結合が存在する場合は、第三の強磁性層２８の厚
さを調整することによって第一の強磁性層２４の磁化の
方向と第二の強磁性層２５の磁化の方向を互いに直交さ
せることも可能である。即ち、第三の強磁性層２８の膜
厚を式（１）で示される値よりも大きくして、第二の強
磁性層２３と第三の強磁性層２８との磁気的結合を強
め、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の磁気的
結合を弱めるようにする。
には、第一の強磁性層２３は、第二の強磁性層２５及び
硬質強磁性層２６の漏洩磁界によってこれらと逆向きに
磁化され、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の
磁化の角度は１８０度となってなってしまった。ところ
で、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の間に強
磁性的結合が存在する場合は、第三の強磁性層２８の厚
さを調整することによって第一の強磁性層２４の磁化の
方向と第二の強磁性層２５の磁化の方向を互いに直交さ
せることも可能である。即ち、第三の強磁性層２８の膜
厚を式（１）で示される値よりも大きくして、第二の強
磁性層２３と第三の強磁性層２８との磁気的結合を強
め、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５の磁気的
結合を弱めるようにする。
【００３０】なお、上記した第三の強磁性層２８を構成
する材料としては、FeN の他に、センダスト（FeAlS
i）、コバルト系アモルファスなど、NiFeに比べて飽和
磁化が高くて比抵抗の大きな物質を選択してもよい。 （第２実施例）図４は、本発明の第２実施例を示す磁気
トランスジューサの断面図である。本実施例では、層構
造が第１実施例と逆となっているので、理解を容易にす
るために同じ性質の要素は同じ名称として表している。
する材料としては、FeN の他に、センダスト（FeAlS
i）、コバルト系アモルファスなど、NiFeに比べて飽和
磁化が高くて比抵抗の大きな物質を選択してもよい。 （第２実施例）図４は、本発明の第２実施例を示す磁気
トランスジューサの断面図である。本実施例では、層構
造が第１実施例と逆となっているので、理解を容易にす
るために同じ性質の要素は同じ名称として表している。
【００３１】図において、シリコン基板３１の（１０
０）面上には、Taよりなる下地層３２、FeN からなる第
三の強磁性層３３、Taよりなる第二の非磁性金属層３
４、Co80Cr10Pt10よりなる硬質強磁性層３５、Coよりな
る第二の強磁性層３６、Cuよりなる第一の非磁性金属層
３７、Ni81Fe19よりなる第一の強磁性層３８が順に形成
されている。
０）面上には、Taよりなる下地層３２、FeN からなる第
三の強磁性層３３、Taよりなる第二の非磁性金属層３
４、Co80Cr10Pt10よりなる硬質強磁性層３５、Coよりな
る第二の強磁性層３６、Cuよりなる第一の非磁性金属層
３７、Ni81Fe19よりなる第一の強磁性層３８が順に形成
されている。
【００３２】下地層３２から第一の強磁性層３８までの
各層はスパッタリングにより順に形成され、それらの層
はマスクとイオンミリングを使用することにより長方形
にパターニングされている。また、第一の強磁性層３８
の表面の長手方向の両端には、その表面に接してCoCrTa
よりなる２つの硬磁性層３９ａ，３９ｂが形成され、さ
らに硬磁性層３９ａ，３９ｂの上には、金よりなる一対
の引出電極４０ａ，４０ｂが形成されている。硬磁性層
３９ａ，３９ｂの及び引出電極４０ａ，４０ｂはリフト
オフ法により形成され、それらは第一の磁性層３８の外
部に引き出されている。２つの硬磁性層３９ａ，３９ｂ
の間に挟まれる領域はセンス領域となっている。
各層はスパッタリングにより順に形成され、それらの層
はマスクとイオンミリングを使用することにより長方形
にパターニングされている。また、第一の強磁性層３８
の表面の長手方向の両端には、その表面に接してCoCrTa
よりなる２つの硬磁性層３９ａ，３９ｂが形成され、さ
らに硬磁性層３９ａ，３９ｂの上には、金よりなる一対
の引出電極４０ａ，４０ｂが形成されている。硬磁性層
３９ａ，３９ｂの及び引出電極４０ａ，４０ｂはリフト
オフ法により形成され、それらは第一の磁性層３８の外
部に引き出されている。２つの硬磁性層３９ａ，３９ｂ
の間に挟まれる領域はセンス領域となっている。
【００３３】第三の強磁性層３３から第一の強磁性層３
８までの各層の膜厚は、第１実施例の同じ名称の層と同
じ条件で形成され、また磁化の方向も第１実施例の同じ
名称の層と同じになっている。また、センス領域を挟ん
で第一の強磁性層３８の上に形成された２つの硬磁性層
３９ａ，３９ｂは第二の強磁性層３６の磁化Ｍ2 の方向
と直交する方向に磁化されている。これにより第一の強
磁性層３８は硬磁性層３９ａ，３９ｂによるバイアス磁
界がかかり、第二の強磁性層３６の漏洩磁界による影響
を低減する。しかも、第１実施例で述べたような第三の
強磁性層３３による漏洩磁界の影響を低減する効果が加
わるので（図３参照）、磁気記録媒体からの磁界Ｈが無
い状態で、第一の強磁性層３８と第二の強磁性層３６の
それぞれの磁化の方向はより確実に直交する。
８までの各層の膜厚は、第１実施例の同じ名称の層と同
じ条件で形成され、また磁化の方向も第１実施例の同じ
名称の層と同じになっている。また、センス領域を挟ん
で第一の強磁性層３８の上に形成された２つの硬磁性層
３９ａ，３９ｂは第二の強磁性層３６の磁化Ｍ2 の方向
と直交する方向に磁化されている。これにより第一の強
磁性層３８は硬磁性層３９ａ，３９ｂによるバイアス磁
界がかかり、第二の強磁性層３６の漏洩磁界による影響
を低減する。しかも、第１実施例で述べたような第三の
強磁性層３３による漏洩磁界の影響を低減する効果が加
わるので（図３参照）、磁気記録媒体からの磁界Ｈが無
い状態で、第一の強磁性層３８と第二の強磁性層３６の
それぞれの磁化の方向はより確実に直交する。
【００３４】なお、硬磁性層３９ａ，３９ｂの代わり
に、反強磁性層を用いてもよい。それらの膜厚は、第一
の強磁性層３８を単一の磁区（ドメイン）状態に保磁す
るに十分なバイアス磁界を発生させる大きさの飽和磁化
と膜厚を有している。
に、反強磁性層を用いてもよい。それらの膜厚は、第一
の強磁性層３８を単一の磁区（ドメイン）状態に保磁す
るに十分なバイアス磁界を発生させる大きさの飽和磁化
と膜厚を有している。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、磁化
方向が外部磁界によって回転する第一の強磁性層と、硬
質強磁性層に交換結合して磁化方向が固定される第二の
強磁性層と、第二の強磁性層と硬質強磁性層の双方に静
磁気結合する第三の強磁性層とを設けているので、第二
の強磁性層及び硬質強磁性層から生じる磁束は、殆ど第
三の強磁性層の磁束と結合し、第二の強磁性層の漏洩磁
界は第一の強磁性層の磁化の方向に影響を殆ど及ぼさな
くなり、第一の強磁性層と第二の強磁性層の互いに直交
する磁化の方向は殆どわらず、磁気記録媒体からの磁界
に対する感度の減少を防止できる。
方向が外部磁界によって回転する第一の強磁性層と、硬
質強磁性層に交換結合して磁化方向が固定される第二の
強磁性層と、第二の強磁性層と硬質強磁性層の双方に静
磁気結合する第三の強磁性層とを設けているので、第二
の強磁性層及び硬質強磁性層から生じる磁束は、殆ど第
三の強磁性層の磁束と結合し、第二の強磁性層の漏洩磁
界は第一の強磁性層の磁化の方向に影響を殆ど及ぼさな
くなり、第一の強磁性層と第二の強磁性層の互いに直交
する磁化の方向は殆どわらず、磁気記録媒体からの磁界
に対する感度の減少を防止できる。
【００３６】この場合、第三の強磁性層の厚さを、第二
の強磁性層の飽和磁化とその膜厚の積と前記硬質強磁性
層の飽和磁化とその膜厚の積との和を第三の強磁性層の
飽和磁化で割った大きさとすることにより、磁束的な平
衡をとることができる。また、第三の強磁性層の膜厚を
調整して第三の強磁性層による第二の強磁性層への磁気
的な影響を大きくしているので、第一の強磁性層と第二
の強磁性層に強磁性的結合が存在する場合には、その強
磁性的結合を低減することができる。
の強磁性層の飽和磁化とその膜厚の積と前記硬質強磁性
層の飽和磁化とその膜厚の積との和を第三の強磁性層の
飽和磁化で割った大きさとすることにより、磁束的な平
衡をとることができる。また、第三の強磁性層の膜厚を
調整して第三の強磁性層による第二の強磁性層への磁気
的な影響を大きくしているので、第一の強磁性層と第二
の強磁性層に強磁性的結合が存在する場合には、その強
磁性的結合を低減することができる。
【００３７】さらに、第一の強磁性層の磁区を制御する
ための磁化バイアスを印加する手段を設けているので、
第一の強磁性層は他の磁性層からの磁気的影響を受けに
くくなり、漏洩磁界や強磁性的結合による磁化の方向の
影響を大幅に低減できる。
ための磁化バイアスを印加する手段を設けているので、
第一の強磁性層は他の磁性層からの磁気的影響を受けに
くくなり、漏洩磁界や強磁性的結合による磁化の方向の
影響を大幅に低減できる。
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る磁気抵抗効
果型トランスジューサを磁気記録媒体の面側から見た正
面図である。
果型トランスジューサを磁気記録媒体の面側から見た正
面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例に係る磁気抵抗効
果型トランスジューサの層構造を示す分解斜視図であ
る。
果型トランスジューサの層構造を示す分解斜視図であ
る。
【図３】図３は、本発明の第１及び第２実施例に係る磁
気抵抗効果型トランスジューサの側面図である。
気抵抗効果型トランスジューサの側面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施例に係る磁気抵抗効
果型トランスジューサを磁気記録媒体の面側から見た正
面図である。
果型トランスジューサを磁気記録媒体の面側から見た正
面図である。
【図５】図５(a) は、従来の異方性磁気抵抗効果素子の
一例を示す断面図、図５(b) は、その外部磁界と比抵抗
の関係を示す特性図である。
一例を示す断面図、図５(b) は、その外部磁界と比抵抗
の関係を示す特性図である。
【図６】図６(a) は、従来のスピンバルブ磁気抵抗効果
素子の一例を示す断面図、図６(b) は、その分解斜視図
である。
素子の一例を示す断面図、図６(b) は、その分解斜視図
である。
２１、３１ シリコン基板 ２２、３２ 下地層 ２３、３８ 第一の強磁性層 ２４、３７ 第一の非磁性金属層 ２５、３６ 第二の強磁性層 ２６、３５ 硬質強磁性層 ２７、３４ 第二の非磁性金属層 ２８、３３ 第三の強磁性層
フロントページの続き (72)発明者 小田切 充 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】第一の非磁性金属層によって仕切られた第
一の強磁性層及び第二の強磁性層と、 前記第二の強磁性層に接触して形成された硬質強磁性層
と、 交換結合遮断用の第二の非磁性金属層を介して前記硬質
強磁性層の上に形成され、かつ前記第二の強磁性層及び
前記硬質強磁性層に静磁気結合する第三の硬磁性層とを
有することを特徴とする磁気抵抗効果型トランスジュー
サ。 - 【請求項２】前記第三の強磁性層の膜厚は、前記第二の
強磁性層の飽和磁化と膜厚の積と前記硬質強磁性層の飽
和磁化と膜厚の積との和を前記第三の強磁性層の飽和磁
化で割った大きさであることを特徴とする請求項１記載
の磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項３】前記第三の強磁性体の膜厚は、前記第一の
強磁性層と前記第二の強磁性層との間の強磁性的結合を
減少させる大きさを有していることを特徴とする請求項
１記載の磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項４】前記第三の強磁性層は、ニッケル鉄よりも
飽和磁化が高く且つ電気抵抗が高い磁性材料により形成
されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効
果型トランスジューサ。 - 【請求項５】前記第一の強磁性層の磁区状態を単一に保
磁し、かつ前記第二の強磁性層と直交する方向に磁化バ
イアスを発生する手段を有することを特徴とする請求項
１記載の磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項６】前記磁化バイアス発生手段は反強磁性層、
硬質強磁性層のいずれかからなり、前記第一の強磁性層
の磁化方向の前後の両端部に形成されていることを特徴
とする請求項５記載の磁気抵抗効果型トランスジュー
サ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6214846A JPH0877519A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 磁気抵抗効果型トランスジューサ |
| US08/509,600 US5661621A (en) | 1994-09-08 | 1995-07-31 | Magnetoresistive head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6214846A JPH0877519A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 磁気抵抗効果型トランスジューサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0877519A true JPH0877519A (ja) | 1996-03-22 |
Family
ID=16662521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6214846A Pending JPH0877519A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 磁気抵抗効果型トランスジューサ |
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