JPH0887722A - Magneto-resistive element and magnetic conversion element - Google Patents

Magneto-resistive element and magnetic conversion element

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JPH0887722A
JPH0887722A JP7194246A JP19424695A JPH0887722A JP H0887722 A JPH0887722 A JP H0887722A JP 7194246 A JP7194246 A JP 7194246A JP 19424695 A JP19424695 A JP 19424695A JP H0887722 A JPH0887722 A JP H0887722A
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magnetic
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magnetoresistive effect
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悟 荒木
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    • HELECTRICITY
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    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn

Abstract

PURPOSE: To obtain a large optical voltage by joining a ferromagnetic layer and a pinning layer by epitaxial growth. CONSTITUTION: This magneto-resist resistive element 3 has multilayered artificial lattice magnetic films 1. These multilayered films have a nonmagnetic metallic layer 30 and a ferromagnetic layer 40 formed on one surface of this nonferromagnetic metallic layer 30. Further, the element has the laminate structure having the soft magnetic layer 10 formed on the other surface of the metallic layer 30 and the pinning layer 50 formed on the ferromagnetic layer 40 in order to pin the direction of the magnetization of the ferromagnetic layer 40. The multilayered films are thus formed on the laminate substrate 5 and a metallic ground surface layer 10 is interposed between the substrate 5 and the soft magnetic layer 20. A protective layer 80 is formed on the pinning layer 50. The multilayered films 1 are formed in the state that the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are joined by epitaxial growth in such a manner. The ferromagnetic layer 40 is formed to a thickness of 20 to 100Å, more preferably 20 to 60Å. The pinning force from the pinning layer 50 diminishes if the thickness exceeds 100Å.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等の
磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子
のうち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号
として読み取ることのできる磁気抵抗効果素子および、
それを用いた磁気抵抗効果型ヘッド等の磁気変換素子に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive effect element for reading a magnetic field strength of a magnetic recording medium or the like as a signal, which can read a particularly small magnetic field change as a large electric resistance change signal. and,
The present invention relates to a magnetic transducer element such as a magnetoresistive head.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録
における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵
抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ(以下、MR
センサという。)や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以
下、MRヘッドという。)の開発が盛んに進められてい
る。MRセンサもMRヘッドも、磁性材料を用いた読み
取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出
すものであるが、MRセンサやMRヘッドでは、記録媒
体との相対速度が再生出力に依存しないことから、MR
センサでは高感度が、MRヘッドでは高密度磁気記録の
信号読み出し時においても高い出力が得られるという特
徴がある。
2. Description of the Related Art In recent years, magnetic sensors have been made highly sensitive and magnetic recording has been made highly dense, and accordingly, magnetoresistive effect type magnetic sensors (hereinafter referred to as MR
It is called a sensor. ) Or a magnetoresistive effect type magnetic head (hereinafter referred to as an MR head) is being actively developed. Both the MR sensor and the MR head read the external magnetic field signal by the resistance change of the reading sensor section using a magnetic material. However, in the MR sensor and the MR head, the relative speed with the recording medium does not depend on the reproduction output. From MR
The sensor has a high sensitivity, and the MR head has a feature that a high output can be obtained even when reading a signal of high density magnetic recording.

【0003】しかし、従来用いられているNi0.8 Fe
0.2 (パーマロイ)やNiCo等の磁性体を利用したM
Rセンサでは、抵抗変化率ΔR/Rがせいぜい1〜3%
位と小さく、数GBPI以上の超高密度記録の読み出し
用MRヘッド材料としては感度が不足する。
However, the conventionally used Ni 0.8 Fe
M using 0.2 (permalloy) or magnetic material such as NiCo
In the R sensor, the resistance change rate ΔR / R is at most 1 to 3%
However, the sensitivity is insufficient as a read MR head material for ultra-high density recording of several GBPI or more.

【0004】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの
薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バル
ク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目さ
れてきている。このような人工格子の1種として、基板
上に強磁性金属薄膜と非磁性金属薄膜とを交互に積層し
た磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバル
ト−銅型等の磁性多層膜が知られている。このうち、鉄
−クロム型(Fe/Cr)については、超低温(4.2
K)において40%を超える磁気抵抗変化を示すという
報告がある(フィジカル レビュー レターズ(Phys.
Rev. Lett )第61巻、2472頁、1988年)。し
かし、この人工格子磁性多層膜では最大抵抗変化の起き
る外部磁場(動作磁界強度)が十数kOe 〜数十kOe と大
きく、このままでは実用性がない。この他、Co/Ag
等の人工格子磁性多層膜も提案されているが、これらで
も動作磁場強度が大きすぎる。
By the way, an artificial lattice having a structure in which thin films having a thickness on the order of atomic diameter of metal are periodically laminated has attracted attention in recent years because it exhibits characteristics different from those of bulk metal. As one type of such artificial lattice, there is a magnetic multilayer film in which a ferromagnetic metal thin film and a non-magnetic metal thin film are alternately laminated on a substrate. Until now, magnetic multilayers of iron-chromium type, cobalt-copper type, etc. have been known. Membranes are known. Of these, for the iron-chromium type (Fe / Cr), ultra low temperature (4.2
It has been reported that the magnetic resistance change exceeds 40% in (K) (Phys. Review Letters (Phys.
Rev. Lett) 61, 2472, 1988). However, in this artificial lattice magnetic multilayer film, the external magnetic field (operating magnetic field strength) at which the maximum resistance change occurs is as large as ten dozen kOe to several dozen kOe, and it is not practical as it is. Besides this, Co / Ag
Artificial lattice magnetic multi-layered films have been proposed, but the operating magnetic field strength of these films is too large.

【0005】そこで、このような事情から、スピンバル
ブ膜という新しい構造が提案されている。これは非磁性
層を介してNiFe層が2層形成されており、一方のN
iFe層に隣接してFeMn層が配置されている構成を
持つ。ここではFeMn層と隣接するNiFe層とが直
接交換結合力で結合しているため、このNiFe層の磁
気スピンは数10〜数100Oeの磁場強度まで、その向
きを固着される。一方のNiFe層のスピンは外部磁場
によって自由にその向きを変えうる。その結果、NiF
e層の保磁力程度という、小さな磁場範囲で2〜5%の
磁気抵抗変化率(MR変化率)が実現される。その他、
下記の文献が発表されている。
Under the circumstances, a new structure called a spin valve film has been proposed. In this, two NiFe layers are formed via a non-magnetic layer, and one of the NFe layers is formed.
The FeMn layer is arranged adjacent to the iFe layer. Here, since the FeMn layer and the adjacent NiFe layer are directly coupled by the exchange coupling force, the direction of the magnetic spin of this NiFe layer is fixed up to the magnetic field strength of several tens to several hundreds Oe. The spin of one NiFe layer can freely change its direction by an external magnetic field. As a result, NiF
A magnetoresistance change rate (MR change rate) of 2 to 5% can be realized in a small magnetic field range of about the coercive force of the e layer. Other,
The following documents have been published.

【0006】a.フィジカル レビュー B(Physical
Review B),43(1991)1297 Si/Ta(50)/NiFe(60)/Cu(20)
/NiFe(45)/FeMn(70)/Ta(50)
[( )内は各層の膜厚(Å)、以下同]において印加
磁場10OeでMR変化率が5.0%まで急激に立ち上が
ると述べている。
A. Physical Review B (Physical
Review B), 43 (1991) 1297 Si / Ta (50) / NiFe (60) / Cu (20)
/ NiFe (45) / FeMn (70) / Ta (50)
It is stated that the MR change rate sharply rises to 5.0% with an applied magnetic field of 10 Oe in [the thickness of each layer (Å) in the parentheses, the same applies below].

【0007】b.ジャーナル オブ マグネティズム
アンド マグネティック マテリアルズ(Journal of M
agnetism and Magnetic Materials) , 93(1991)101 Si/Ta(50)/NiFe(60)/Cu(25)
/NiFe(40)/FeMn(50)/Cu(50)
において印加磁場が0から15OeでMR変化率が0から
4.1%まで急激に立ち上がると述べている。
B. Journal of Magnetism
And Magnetic Materials (Journal of M
agnetism and Magnetic Materials), 93 (1991) 101 Si / Ta (50) / NiFe (60) / Cu (25)
/ NiFe (40) / FeMn (50) / Cu (50)
Describes that when the applied magnetic field is 0 to 15 Oe, the MR change rate rises rapidly from 0 to 4.1%.

【0008】c.フィジカル レビュー B(Physical
Review B) , 45(1992)806 上記a,bの結果からさらに温度特性や磁性層厚や磁性
層の種類をCo,NiFeNi等としたときのMR特性
の変化について解析している。
C. Physical Review B (Physical
Review B), 45 (1992) 806 From the results of the above a and b, the change in the MR characteristics when the temperature characteristics, the magnetic layer thickness and the type of the magnetic layer are Co, NiFeNi, etc. is analyzed.

【0009】d.ジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス(JapaneseJournal of Applied
Physics) , 32(1993)L1441 上記a,bの構造を多層構造としたときのMR変化率に
ついて述べられている。ここでの多層構造はNiFe
(60)/Cu(25)/NiFe(40)/FeMn
(50)という構成を間にCuをはさんで積層したもの
である。
D. Japanese Journal of Applied Physics
Physics), 32 (1993) L1441 The MR change rate when the structure of a and b is a multilayer structure is described. The multilayer structure here is NiFe
(60) / Cu (25) / NiFe (40) / FeMn
The structure of (50) is laminated with Cu in between.

【0010】また、さらに下記の公報が公開されてい
る。
Further, the following publications have been published.

【0011】e.特開平2−61572号公報(米国特
許4949039号公報) 非磁性中間層を介して積層された強磁性薄膜が各々の層
間で反平行配列をとることにより大きなMR効果を示す
ことが述べられている。また、強磁性層の一方に反強磁
性材料を隣接させる構造についても述べられている。
E. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-61572 (US Pat. No. 4,949,039) describes that a ferromagnetic thin film laminated via a non-magnetic intermediate layer exhibits a large MR effect by forming antiparallel arrangement between the layers. . It also describes a structure in which an antiferromagnetic material is adjacent to one of the ferromagnetic layers.

【0012】f.特開平5−347013号公報 スピンバルブ膜を用いた磁気記録再生装置について述べ
られている。特に、反強磁性膜として、酸化ニッケルを
用いた場合について開示されている。
F. SUMMARY OF THE INVENTION A magnetic recording / reproducing device using a spin valve film is described. In particular, it discloses that nickel oxide is used as the antiferromagnetic film.

【0013】このようなスピンバルブ磁性多層膜では、
Fe/Cr,Co/Cu,Co/Ag等に比較してMR
変化率の大きさは劣るものの、数10Oe以下の印加磁場
で急激にMR曲線が変化しており、1〜10Gbit/inch2
より大きな記録密度におけるMRヘッド材料として適し
ている。しかし、これらの文献や公報等で開示されてい
る内容はスピンバルブ膜の基本的な作用を示しているに
過ぎない。
In such a spin valve magnetic multilayer film,
MR compared to Fe / Cr, Co / Cu, Co / Ag, etc.
Although less magnitude of change rate abruptly MR curve in the following of the applied magnetic field number 10Oe has changed, 1~10Gbit / inch 2
It is suitable as an MR head material for higher recording density. However, the contents disclosed in these documents and gazettes only show the basic operation of the spin valve film.

【0014】ところで、現在、実際の超高密度磁気記録
におけるMRヘッド材料としてはNi0.8 Fe0.2 (パ
ーマロイ)が主に用いられている。これは異方性磁気抵
抗効果により磁気記録媒体からの信号磁場の変化を電気
抵抗の変化として変換しているものである。そのMR変
化率は1〜3%にすぎない。また、この場合、磁気抵抗
変化はゼロ磁場を中心に磁場の増減に対して対称な特性
を持つ。
By the way, at present, Ni 0.8 Fe 0.2 (permalloy) is mainly used as an MR head material in actual ultra-high density magnetic recording. This is one in which a change in the signal magnetic field from the magnetic recording medium is converted into a change in electric resistance by the anisotropic magnetoresistive effect. The MR change rate is only 1 to 3%. Further, in this case, the magnetoresistance change has a characteristic symmetrical with respect to the increase and decrease of the magnetic field around the zero magnetic field.

【0015】このような特性を解決する手段として、N
iFe等では、Ti等の比抵抗の小さなシャント層を設
けて動作点をシフトさせて用いている。また、このシャ
ント層に加えてCoZrMo,NiFeRh等の比抵抗
の大きな軟磁性材料のソフトフィルムバイアス層を設け
てバイアス磁界を印加して用いている。しかし、このよ
うなバイアス層をもつ構造は、工程が複雑となり、特性
を安定させることが困難であり、コストアップを招く。
またMR曲線をシフトさせた結果生じたMR変化曲線の
なだらかなところを使うことになるので、単位磁場にお
けるMR傾きは0.05%/Oe程度と小さく、S/Nの
低下等を招き、1〜10Gbit/inch2より大きな記録密度
におけるMRヘッド材料としては不十分である。
As a means for solving such a characteristic, N
With iFe or the like, a shunt layer having a small specific resistance such as Ti is provided to shift the operating point. In addition to this shunt layer, a soft film bias layer made of a soft magnetic material having a large specific resistance such as CoZrMo, NiFeRh is provided to apply a bias magnetic field. However, the structure having such a bias layer complicates the process, makes it difficult to stabilize the characteristics, and causes an increase in cost.
Further, since the gentle portion of the MR change curve generated as a result of shifting the MR curve is used, the MR slope in the unit magnetic field is as small as about 0.05% / Oe, which causes a decrease in S / N and the like. It is insufficient as an MR head material for recording densities higher than 10 Gbit / inch 2 .

【0016】さらに、MRヘッド等では複雑な積層構造
をとり、パターニング、平坦化等の工程でレジスト材料
のベーキングやキュア等の熱処理を必要とし、300℃
程度の耐熱性が必要となることがある。しかし、従来の
人工格子磁性多層膜では、このような熱処理で特性が劣
化してしまう。
Furthermore, MR heads and the like have a complicated laminated structure and require heat treatment such as baking and curing of the resist material in the steps of patterning, flattening, etc.
Some heat resistance may be required. However, in the conventional artificial lattice magnetic multilayer film, the characteristics are deteriorated by such heat treatment.

【0017】また、文献等で開示されている従来のスピ
ンバルブ膜はその薄膜としての基本構造と基本特性のみ
が議論されており、超高密度磁気記録を実現するための
MRヘッド構造やそれに適した磁性多層膜構造などにつ
いては述べられていなかった。
In the conventional spin valve film disclosed in the literature, etc., only the basic structure and basic characteristics of the thin film have been discussed, and an MR head structure for realizing super high density magnetic recording and a suitable structure for the MR head structure are suitable. There was no mention of the magnetic multilayer structure.

【0018】このように、これらの文献に示される例で
は、実際にそれらの薄膜をMRヘッドとして応用した場
合には、実際の磁界検出範囲でのMR傾きが小さく、M
Rヘッドとして良好かつ安定な再生を行なうことができ
ない。また、さらにすぐれた超高密度磁気記録における
MRヘッド材料として、印加磁場−10〜10Oeまでの
MR変化曲線も重要である。しかし、これらの文献の開
示例では、この範囲でのMR傾きを詳細に議論したもの
はない。
As described above, in the examples shown in these documents, when these thin films are actually applied as an MR head, the MR gradient in the actual magnetic field detection range is small and M
As an R head, good and stable reproduction cannot be performed. Further, as an excellent MR head material in super high density magnetic recording, an MR change curve up to an applied magnetic field of -10 to 10 Oe is also important. However, in the disclosed examples of these documents, there is no detailed discussion of the MR slope in this range.

【0019】さらにまた、MRヘッドは、高密度記録再
生用として1MHz 以上の高周波磁界下で用いられること
が要求される。しかし、従来の各種3元系磁性多層膜の
膜厚構造では、1MHz 以上の高周波磁界における10Oe
幅での磁気抵抗変化曲線の傾き(高周波でのMR傾き)
を0.2%/Oe以上にして、高い高周波感度を得ること
が難しい。
Furthermore, the MR head is required to be used under a high frequency magnetic field of 1 MHz or more for high density recording / reproduction. However, in the film thickness structure of various conventional ternary magnetic multilayer films, 10 Oe in a high frequency magnetic field of 1 MHz or more is used.
Slope of magnetoresistance change curve in width (MR slope at high frequency)
Is 0.2% / Oe or more, it is difficult to obtain high high frequency sensitivity.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような実
状のものに創案されたものであって、その目的は、大き
なMR変化率を示し、印加磁場が例えば−10〜10Oe
程度のきわめて小さい範囲で直線的なMR変化の立ち上
がり特性を示し、磁場感度が高く、高周波磁界でのMR
傾きが大きく、耐熱温度の高い磁性多層膜を備えてなる
磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気抵抗効果型
ヘッド等の磁気変換素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was devised in such an actual situation, and its purpose is to exhibit a large MR change rate and an applied magnetic field of, for example, -10 to 10 Oe.
Shows a linear rise characteristic of MR change in a very small range, high magnetic field sensitivity, and MR in high frequency magnetic field
It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive effect element including a magnetic multilayer film having a large inclination and a high heat resistant temperature, and a magnetic conversion element such as a magnetoresistive effect head using the magnetoresistive effect element.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、磁気抵抗効果素子と、導体膜と、
電極部とを含む磁気変換素子であって、前記導体膜は、
前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素子と導通してお
り、前記磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の
磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成さ
れたピン止め層とを有する磁性多層膜を備えており、前
記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長によ
り接合されているように構成される。
In order to solve such a problem, the present invention provides a magnetoresistive effect element, a conductor film, and
A magnetic conversion element including an electrode part, wherein the conductor film is
The magnetoresistive effect element is electrically connected to the magnetoresistive effect element through the electrode portion, and the magnetoresistive effect element includes a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the nonmagnetic metal layer, and a nonmagnetic metal layer. A magnetic multilayer film having a soft magnetic layer formed on the other surface of the layer and a pinning layer formed on the ferromagnetic layer for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer. The ferromagnetic layer and the pinned layer are configured to be joined by epitaxial growth.

【0022】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性層、硬質磁性層、ピン止め層に接続され
る強磁性層とは異なる材質からなるピン止め用強磁性
層、および人工的な構造欠陥を導入した層の中から選ば
れた少なくとも1つであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer is an antiferromagnetic layer, a hard magnetic layer, a pinning ferromagnetic layer made of a material different from the ferromagnetic layer connected to the pinning layer, and It is configured to be at least one selected from layers in which artificial structural defects are introduced.

【0023】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、(Nix Fe
1-xy Co1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1.0である)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is made of (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where 0.4 ≦ z ≦ 1.0 and 0.5 ≦ w by weight). ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is (Ni x Fe
1-x ) y Co 1-y (however, 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0).

【0024】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、Cotu M’q
r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、0.01
≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.05≦r≦
0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なくとも1種
以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nbから選ば
れた少なくとも1種以上を表す)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where, by weight, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w). ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is made of Co t M u M ′ q.
B r (provided that the number of atoms is 0.6 ≦ t ≦ 0.95, 0.01
≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦
0.3; M is at least one selected from Fe and Ni, and M ′ is at least one selected from Zr, Si, Mo, and Nb). Is configured as follows.

【0025】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層は、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少な
くとも1種を含む材料から構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.

【0026】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する硬質磁性層は、Fe、CoおよびNiの中
から選ばれた1種の金属からなるか、または、Fe、C
oおよびNiの中から選ばれた1種の金属を50wt%
以上含む合金からなるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the hard magnetic layer forming the pinning layer is made of one kind of metal selected from Fe, Co and Ni, or Fe, C.
50 wt% of one metal selected from o and Ni
It is composed of an alloy containing the above.

【0027】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する反強磁性層は、Fe、Ni、Co、Cr、
Mn、Ru、Rh、Mo、Oの中から選ばれた少なくと
も2種以上を含む材料からなるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the antiferromagnetic layer forming the pinned layer is Fe, Ni, Co, Cr,
It is composed of a material containing at least two kinds selected from Mn, Ru, Rh, Mo, and O.

【0028】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
および前記軟磁性層の厚さは、それぞれ、20〜100
Åであるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer and the soft magnetic layer have a thickness of 20 to 100, respectively.
Configured to be Å.

【0029】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
の厚さは、20〜60Å、前記軟磁性層の厚さは、40
〜100Åであるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer has a thickness of 20 to 60Å and the soft magnetic layer has a thickness of 40.
Is configured to be ~ 100Å.

【0030】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層の厚さは、20〜60Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the thickness of the nonmagnetic metal layer is 20 to 60Å.

【0031】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の厚さは、50〜700Åであるように構成される。
According to a preferred aspect of the present invention, the pinning layer has a thickness of 50 to 700Å.

【0032】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , these ratios are given. The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0033】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗効果素子は、
1MHzでの高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗
変化の傾きが、0.2%/Oe以上であるように構成さ
れる。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) In a preferred embodiment of the present invention, the magnetoresistive element is:
The gradient of the magnetoresistance change in the width of 6 Oe in the high frequency magnetic field of 1 MHz is 0.2% / Oe or more.

【0034】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
が磁気抵抗効果型ヘッドであるように構成される。
According to a preferred aspect of the present invention, the magnetic conversion element is a magnetoresistive head.

【0035】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子の両端部は、その端部全体が電極部と接触する
状態で接合されるように構成される。
As a preferred aspect of the present invention, both ends of the magnetoresistive effect element are configured to be joined in a state in which the entire ends are in contact with the electrode portion.

【0036】本発明の好適な態様として、磁気抵抗効果
素子の両端部に形成された電極部との間に、さらに、連
結用軟磁性層を有し、この連結用軟磁性層と磁気抵抗効
果素子の端部の全体が接触する状態で接続されるように
構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, a soft magnetic layer for connection is further provided between the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and the soft magnetic layer for connection and the magnetoresistive effect are provided. The ends of the elements are configured to be connected in contact with each other.

【0037】本発明の好適な態様として、前記連結用軟
磁性層は、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子
の両端部に形成された電極部との間、および前記電極部
の下面にも接触するように連続して形成されるように構
成される。
In a preferred aspect of the present invention, the soft magnetic layer for connection is provided between the magnetoresistive effect element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and on the lower surface of the electrode portion. Are also configured to be continuously formed in contact with each other.

【0038】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
は、バイアス磁界印加機構をもたないように構成され
る。
As a preferred embodiment of the present invention, the magnetic conversion element is constructed so as not to have a bias magnetic field applying mechanism.

【0039】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と同一、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のであり、前記軟磁性層は、その成膜時に信号磁場方向
と垂直、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外部磁場
を印加して形成されたものであるように構成される。ま
た、本発明は、磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極部
とを含む磁気変換素子であって、前記導体膜は、前記電
極部を介して前記磁気抵抗効果素子と導通しており、前
記磁気抵抗効果素子は、隣接する強磁性層の磁化の向き
をピン止めするためのピン止め層と、このピン止め層の
両側にそれぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層お
よび一対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユニ
ットを有する磁性多層膜を備えており、前記強磁性層と
一対のピン止め層とは、それぞれ、エピタキシャル成長
により接合されているように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction of the film, which is the same as the signal magnetic field direction at the time of film formation, The soft magnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe perpendicular to the signal magnetic field direction and in the film in-plane direction during the film formation. Further, the present invention is a magnetoresistive effect element, a conductor film, a magnetic conversion element including an electrode portion, wherein the conductor film is electrically connected to the magnetoresistive effect element through the electrode portion, The magnetoresistive element includes a pinning layer for pinning the magnetization directions of adjacent ferromagnetic layers, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of non-magnetic metal layers and a pair of ferromagnetic layers on both sides of the pinning layer. A magnetic multi-layer film having a magnetic multi-layer film unit in which soft magnetic layers are sequentially arranged is provided, and the ferromagnetic layer and the pair of pinning layers are each configured to be joined by epitaxial growth.

【0040】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性層、硬質磁性層、ピン止め層に接続され
る強磁性層とは異なる材質からなるピン止め用強磁性
層、および人工的な構造欠陥を導入した層の中から選ば
れた少なくとも1つであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer is an antiferromagnetic layer, a hard magnetic layer, a pinning ferromagnetic layer made of a material different from the ferromagnetic layer connected to the pinning layer, and It is configured to be at least one selected from layers in which artificial structural defects are introduced.

【0041】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、(Nix Fe
1-xy Co1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.5≦y≦1.0である)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where, by weight, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w). ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is (Ni x Fe
1-x ) y Co 1-y (however, 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0).

【0042】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-zw Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、Cotu M’q
r (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、0.01
≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.05≦r≦
0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なくとも1種
以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nbから選ば
れた少なくとも1種以上を表す)で表される組成である
ように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is made of (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where, by weight, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w). ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is made of Co t M u M ′ q.
B r (provided that the number of atoms is 0.6 ≦ t ≦ 0.95, 0.01
≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦
0.3; M is at least one selected from Fe and Ni, and M ′ is at least one selected from Zr, Si, Mo, and Nb). Is configured as follows.

【0043】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層は、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少な
くとも1種を含む材料からなるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag and Cu.

【0044】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する硬質磁性層は、Fe、CoおよびNiの中
から選ばれた1種の金属からなるか、または、Fe、C
oおよびNiの中から選ばれた1種の金属を50wt%
以上含む合金からなるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the hard magnetic layer forming the pinning layer is made of one metal selected from Fe, Co and Ni, or Fe, C.
50 wt% of one metal selected from o and Ni
It is composed of an alloy containing the above.

【0045】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層を構成する反強磁性層は、Fe、Ni、Co、Cr、
Mn、Ru、Rh、Mo、Oの中から選ばれた少なくと
も2種以上を含む材料からなるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the antiferromagnetic layer forming the pinned layer is Fe, Ni, Co, Cr,
It is composed of a material containing at least two kinds selected from Mn, Ru, Rh, Mo, and O.

【0046】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
および前記軟磁性層の厚さは、それぞれ、20〜100
Åであるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer and the soft magnetic layer have a thickness of 20 to 100, respectively.
Configured to be Å.

【0047】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
の厚さは、20〜60Å、前記軟磁性層の厚さは、40
〜100Åであるように構成される。
In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer has a thickness of 20 to 60Å and the soft magnetic layer has a thickness of 40.
Is configured to be ~ 100Å.

【0048】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層の厚さは、20〜60Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the thickness of the nonmagnetic metal layer is 20 to 60Å.

【0049】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の厚さは、50〜700Åであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer has a thickness of 50 to 700Å.

【0050】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , these ratios are given. The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0051】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗効果素子は、
1MHzでの高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗
変化の傾きが0.2%/Oe以上であるように構成され
る。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) ... Formula (1) In a preferred embodiment of the present invention, the magnetoresistive element is:
The gradient of the change in magnetoresistance in a width of 6 Oe in a high frequency magnetic field of 1 MHz is 0.2% / Oe or more.

【0052】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
が、磁気抵抗効果型ヘッドであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the magnetic conversion element is configured to be a magnetoresistive head.

【0053】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子の両端部は、その端部全体が電極部と接触する
状態で接合されているように構成される。
As a preferred aspect of the present invention, both ends of the magnetoresistive effect element are joined so that the entire ends thereof are in contact with the electrode portions.

【0054】本発明の好適な態様として、磁気抵抗効果
素子の両端部に形成された電極部との間に、さらに、連
結用軟磁性層を有し、この連結用軟磁性層と磁気抵抗効
果素子の端部の全体が接触する状態で接続されているよ
うに構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, a soft magnetic layer for connection is further provided between the electrode portions formed on both ends of the magnetoresistive effect element, and the soft magnetic layer for connection and the magnetoresistive effect are provided. It is configured so that the entire ends of the elements are connected in contact.

【0055】本発明の好適な態様として、前記連結用軟
磁性層は、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子
の両端部に形成された電極部との間、および前記電極部
の下面にも接触するように連続して形成されているよう
に構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the connecting soft magnetic layer is provided between the magnetoresistive effect element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and on the lower surface of the electrode portion. Are formed so as to be in contact with each other.

【0056】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
はバイアス磁界印加機構をもたないように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, the magnetic conversion element is constructed so as not to have a bias magnetic field applying mechanism.

【0057】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と同一、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のであり、前記軟磁性層は、その成膜時に信号磁場方向
と垂直、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外部磁場
を印加して形成されたものであるように構成される。
In a preferred aspect of the present invention, the ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction of the film in the same direction as the signal magnetic field during film formation. The soft magnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe perpendicular to the signal magnetic field direction and in the film in-plane direction during the film formation.

【0058】また、本発明は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の
磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成さ
れたピン止め層とを有する磁性多層膜を備えてなる磁気
抵抗効果素子であって、前記強磁性層とピン止め層と
は、エピタキシャル成長により接合されているように構
成される。
The present invention also provides a non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multilayer film having a pinning layer formed on a ferromagnetic layer for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer, the ferromagnetic layer and the pinning The layer is configured to be joined by epitaxial growth.

【0059】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , these ratios are given. The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0060】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、1MHzでの高周波磁界に
おける6Oe幅での磁気抵抗変化の傾きが0.2%/O
e以上であるように構成される。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) As a preferred embodiment of the present invention, a 6 Oe width in a high frequency magnetic field at 1 MHz. Slope of magnetic resistance change at 0.2% / O
e or more.

【0061】また、本発明は、隣接する強磁性層の磁化
の向きをピン止めするためのピン止め層と、このピン止
め層の両側にそれぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金
属層および一対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層
膜ユニットとを有する磁性多層膜を備えてなる磁気抵抗
効果素子であって、前記強磁性層とピン止め層とは、エ
ピタキシャル成長により接合されているように構成され
る。
Further, according to the present invention, a pinning layer for pinning the magnetization direction of an adjacent ferromagnetic layer, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of nonmagnetic metal layers and a pair of nonmagnetic metal layers on both sides of the pinning layer, respectively. A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multi-layer film having a magnetic multi-layer film unit in which a pair of soft magnetic layers are sequentially arranged, wherein the ferromagnetic layer and the pinned layer are joined by epitaxial growth. Is configured as follows.

【0062】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の比抵抗をρp 、前記強磁性層の比抵抗をρf 、前記
軟磁性層の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関
係が下記式(1)を満たすように構成される。
As a preferred embodiment of the present invention, when the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , these ratios are given. The resistance relationship is configured to satisfy the following expression (1).

【0063】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) 本発明の好適な態様として、1MHzでの高周波磁界に
おける6Oe幅での磁気抵抗変化の傾きが0.2%/O
e以上であるように構成される。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) Equation (1) As a preferred embodiment of the present invention, a 6 Oe width in a high frequency magnetic field at 1 MHz. Slope of magnetic resistance change at 0.2% / O
e or more.

【0064】上記の第1の磁気抵抗効果素子に関する発
明によれば、MR傾きが0.3%/Oe以上の抵抗変化率
をもつ磁性多層膜が得られる。しかも、0 磁場でのMR
曲線の立ち上がり特性はきわめて良好であり、高い耐熱
性を示す。また、上記第2の磁気抵抗効果素子に関する
発明では、さらに加えて1MHz の高周波におけるMR傾
きが0.3%/Oe以上の高い値を示し、比抵抗が小さ
く、さらに10-7Torr以下の圧力で350℃前後の熱処理
をしても特性の劣化が生じることのない耐熱性の高い磁
性多層膜が得られる。前記第1の磁気抵抗効果素子を有
する第1の磁気変換素子に関する発明によれば、従来材
料に比較して3倍近い大きい出力電圧を得ることができ
る。さらに、第2の1の磁気抵抗効果を有する第2の磁
気変換素子に関する発明によれば、高周波領域でのMR
傾きが0.3%/Oe以上の高い値を示し、比抵抗が小さ
く、測定電流による発熱量を小さく、3.8倍の出力電
圧とすることができる。したがって信頼性の極めて高
い、1Gbit/ inch2 を越えるような超高密度磁気記録の
読み出しを可能にするすぐれたMRヘッド等の磁気変換
素子を提供することができる。
According to the invention relating to the above-mentioned first magnetoresistive effect element, a magnetic multilayer film having a resistance change rate of MR gradient of 0.3% / Oe or more can be obtained. Moreover, MR at 0 magnetic field
The rising characteristics of the curve are extremely good and show high heat resistance. In addition, in the invention relating to the second magnetoresistive effect element, in addition, the MR slope at a high frequency of 1 MHz exhibits a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, and the pressure of 10 -7 Torr or less is used. It is possible to obtain a magnetic multilayer film having high heat resistance which does not cause deterioration of characteristics even when heat-treated at about 350 ° C. According to the invention relating to the first magnetic conversion element having the first magnetoresistive effect element, it is possible to obtain an output voltage nearly three times as large as that of the conventional material. Further, according to the invention relating to the second magnetic conversion element having the second first magnetoresistance effect, the MR in the high frequency region is
The slope shows a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, the amount of heat generated by the measured current is small, and the output voltage can be 3.8 times higher. Therefore, it is possible to provide a highly reliable magnetic conversion element such as an MR head that enables reading of ultra-high density magnetic recording exceeding 1 Gbit / inch 2 with extremely high reliability.

【0065】[0065]

【発明の実施の態様】以下、本発明の具体的構成につい
て詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The specific constitution of the present invention will be described in detail below.

【0066】図1は、本発明の第1の実施例である磁気
抵抗効果素子3の断面図である。この磁気抵抗効果素子
3は、人工格子磁性多層膜1(以下単に、第1の磁性多
層膜又は磁性多層膜1と称す)を備えてなる。図1にお
いて、磁性多層膜1は、非磁性金属層30と、この非磁
性金属層30の一方の面に形成された強磁性層40と、
非磁性金属層30の他方の面に形成された軟磁性層20
と、強磁性層40の磁化の向きをピン止めするために強
磁性層40の上に形成されたピン止め層50を有する積
層体構造をなしている。
FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive effect element 3 which is a first embodiment of the present invention. The magnetoresistive effect element 3 includes an artificial lattice magnetic multilayer film 1 (hereinafter simply referred to as a first magnetic multilayer film or magnetic multilayer film 1). In FIG. 1, the magnetic multilayer film 1 includes a nonmagnetic metal layer 30 and a ferromagnetic layer 40 formed on one surface of the nonmagnetic metal layer 30.
Soft magnetic layer 20 formed on the other surface of the non-magnetic metal layer 30.
And a pinned layer 50 formed on the ferromagnetic layer 40 for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer 40.

【0067】これらの積層体は、図1に示されるよう
に、通常、基板5の上に形成され、この基板5と軟磁性
層20との間には金属下地層10が介在される。また、
ピン止め層50の上には、図示のごとく保護層80が形
成される。
As shown in FIG. 1, these laminated bodies are usually formed on the substrate 5, and the metal underlayer 10 is interposed between the substrate 5 and the soft magnetic layer 20. Also,
A protective layer 80 is formed on the pinning layer 50 as shown in the figure.

【0068】本発明では、外部から加わる信号磁界の向
きに応じて非磁性金属層30を介して、その両側に隣接
して形成された軟磁性層20と強磁性層40との互いの
磁化の向きが実質的に異なることが必要である。その理
由は、本発明の原理が、非磁性金属層30を介して形成
された軟磁性層20と強磁性層40の磁化の向きがズレ
ているとき、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、
抵抗が増え、磁化の向きが互いに逆向きに向いたとき、
最大の抵抗を示すことにあるからである。すなわち、本
発明では、図2に示されるように外部からの信号磁場が
プラス(記録媒体90の記録面93から向かって上向き
(符号92で表される)であるとき、隣合った磁性層の
磁化の方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大す
るのである。
In the present invention, depending on the direction of the signal magnetic field applied from the outside, the mutual magnetization of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40, which are formed on both sides of the non-magnetic metal layer 30 and adjacent to each other, are set. It is necessary that the orientation be substantially different. The reason is that, according to the principle of the present invention, when the magnetization directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 formed via the nonmagnetic metal layer 30 are deviated, conduction electrons are subjected to spin-dependent scattering. ,
When the resistance increases and the magnetization directions are opposite to each other,
This is because it has the maximum resistance. That is, in the present invention, as shown in FIG. 2, when the signal magnetic field from the outside is positive (upward from the recording surface 93 of the recording medium 90 (represented by reference numeral 92), the magnetic layers adjacent to each other are The components in which the directions of magnetization are opposite to each other are generated, and the resistance increases.

【0069】ここで、本発明の磁気抵抗効果素子に用い
られる(スピンバルブ)磁性多層膜における、磁気記録
媒体からの外部信号磁場と、軟磁性層20と強磁性層4
0の互いの磁化の方向、及び電気抵抗の変化の関係を説
明する。
Here, in the (spin valve) magnetic multilayer film used in the magnetoresistive element of the present invention, the external signal magnetic field from the magnetic recording medium, the soft magnetic layer 20, and the ferromagnetic layer 4 are used.
The relationship between the mutual magnetization directions of 0 and the change in electric resistance will be described.

【0070】今、本発明の理解を容易にするために、図
1に示されるごとく、1つの非磁性金属層30を介して
1組の軟磁性層20と強磁性層40とが存在する最もシ
ンプルな磁性多層膜1の場合について、図2を参照しつ
つ説明する。
In order to facilitate understanding of the present invention, as shown in FIG. 1, a pair of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 is most likely to exist via one nonmagnetic metal layer 30. The case of the simple magnetic multilayer film 1 will be described with reference to FIG.

【0071】図2に示されるように、強磁性層40は後
に述べる方法によって媒体面に向かって下向き方向にそ
の磁化をピン止めされている(符号41)。もう一方の
軟磁性層20は、非磁性金属層30を介して形成されて
いるので、その磁化方向は外部からの信号磁界によって
向きを変える(符号21)。このとき、軟磁性層20と
強磁性層40の磁化の相対角度は、磁気記録媒体90か
らの信号磁界の向きによって大きく変化する。その結
果、磁性層内に流れる伝導電子が散乱される度合いが変
化し、電気抵抗が大きく変化する。
As shown in FIG. 2, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is pinned downward toward the medium surface by the method described later (reference numeral 41). Since the other soft magnetic layer 20 is formed via the non-magnetic metal layer 30, its magnetization direction is changed by a signal magnetic field from the outside (reference numeral 21). At this time, the relative angle of magnetization of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 largely changes depending on the direction of the signal magnetic field from the magnetic recording medium 90. As a result, the degree of scattering of conduction electrons flowing in the magnetic layer changes, and the electric resistance changes significantly.

【0072】これによって通常のパーマロイの異方性磁
気抵抗効果とはメカニズムが本質的に異なる大きなMR
(Magneto-Resistive)効果が得られる。
As a result, a large MR whose mechanism is essentially different from the anisotropic magnetoresistive effect of the usual permalloy.
(Magneto-Resistive) effect is obtained.

【0073】軟磁性層20,強磁性層40と、ピン止め
効果を示すピン止め層50の磁化の向きが外部磁場に対
して相対的に変化する。それらの磁化の向きの変化が磁
化曲線とMR曲線とに対応させて図3に示される。ここ
では、ピン止め層50により、強磁性層40の磁化は全
てマイナス方向(記録媒体90の記録面から向かって下
向き)に固定されている。外部信号磁場がマイナスの時
は軟磁性層20の磁化もマイナス方向を向く。いま、説
明を簡単にするために軟磁性層20,強磁性層40の保
磁力を0に近い値とする。信号磁場HがH<0の領域
(I)では、まだ軟磁性層20および強磁性層40両磁
性層の磁化方向は一方向を向いている。外部磁場を上げ
てHが軟磁性層20の保磁力を越えると軟磁性層の磁化
方向は信号磁場の方向に回転し、軟磁性層20および強
磁性層40のそれぞれの磁化の向きが反平行となるのに
つれて磁化と電気抵抗が増加をする。そして一定値とな
る(領域(II)の状態)。このときピン止め層50によ
り、あるピン止め磁場Hexが働いている。信号磁場がこ
のHexを越えると強磁性層40の磁化も信号磁場の方向
に回転し、領域(III)で軟磁性層20および強磁性層4
0のそれぞれの磁化方向は、一方向に揃って向く。この
とき、磁化はある一定値に、MR曲線は0となる。
The magnetization directions of the soft magnetic layer 20, the ferromagnetic layer 40, and the pinning layer 50 exhibiting the pinning effect change relative to the external magnetic field. The change in the direction of those magnetizations is shown in FIG. 3 corresponding to the magnetization curve and the MR curve. Here, the pinning layer 50 fixes all the magnetizations of the ferromagnetic layer 40 in the minus direction (downward from the recording surface of the recording medium 90). When the external signal magnetic field is negative, the magnetization of the soft magnetic layer 20 also faces the negative direction. Now, in order to simplify the explanation, the coercive forces of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are set to values close to zero. In the region (I) where the signal magnetic field H is H <0, the magnetization directions of both the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are still in one direction. When the external magnetic field is increased and H exceeds the coercive force of the soft magnetic layer 20, the magnetization direction of the soft magnetic layer rotates in the direction of the signal magnetic field, and the magnetization directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are antiparallel. As it becomes, the magnetization and the electric resistance increase. Then, it becomes a constant value (state of area (II)). At this time, a certain pinning magnetic field Hex is working by the pinning layer 50. When the signal magnetic field exceeds this Hex, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 also rotates in the direction of the signal magnetic field, and the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4 in the region (III).
The respective magnetization directions of 0 are aligned in one direction. At this time, the magnetization becomes a certain constant value and the MR curve becomes zero.

【0074】逆に信号磁場Hが減少するときは、今まで
と同様に、軟磁性層20および強磁性層40の磁化反転
に伴い、領域(III)から(II)、(I)と順次変化する。
ここで領域(II)のはじめの部分で、伝導電子がスピン
に依存した散乱を受け、抵抗は大きくなる。領域(II)
のうち、強磁性層40はピン止めされているためほとん
ど磁化反転はしないが、軟磁性層20は直線的にその磁
化を増加させるため、軟磁性層20の磁化変化に対応
し、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が徐
々に大きくなる。すなわち、軟磁性層20に例えばHc
の小さなNi0.8Fe0.2 を選び、適当な異方性磁場H
kを付与することにより、Hk付近以下の数Oe〜数10
Oeの範囲の小外部磁場で抵抗変化が直線的、かつ大きな
抵抗変化率を示す磁性多層膜が得られる。
On the contrary, when the signal magnetic field H decreases, the regions (III) to (II) and (I) are sequentially changed with the magnetization reversal of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 as before. To do.
Here, in the first part of the region (II), the conduction electrons undergo the spin-dependent scattering, and the resistance increases. Area (II)
Among them, the ferromagnetic layer 40 is pinned, so that the magnetization is hardly inverted. However, since the soft magnetic layer 20 linearly increases its magnetization, it corresponds to the magnetization change of the soft magnetic layer 20 and depends on the spin. The proportion of conduction electrons that undergo the scattered scattering gradually increases. That is, for example, Hc is added to the soft magnetic layer 20.
Of Ni 0.8 Fe 0.2 with a small
By adding k, the number Oe to several 10 below Hk can be obtained.
It is possible to obtain a magnetic multilayer film in which the resistance change is linear and the resistance change rate is large under a small external magnetic field in the range of Oe.

【0075】本発明において、各薄膜層の膜厚にはそれ
ぞれ個別の制約値がある。非磁性金属層の層厚がこの制
約値より厚くなると、この層内のみ流れる伝導電子の割
合が増えてしまい、全体のMR変化が小さくなってしま
うので都合が悪い。一方、伝導電子は非磁性金属層と軟
磁性層20および強磁性層40との界面部分で散乱を受
けるので、これら2層の磁性層20,40の厚さが10
0Åより厚くなっても実質的な効果の向上はない。むし
ろ全体の膜厚が厚くなるので都合が悪い。これら2層の
磁性層20,40の厚さの下限は20Å以上が好まし
い。これより薄くなると、耐熱性と加工耐性が劣化して
しまう。
In the present invention, the film thickness of each thin film layer has its own constraint value. If the layer thickness of the non-magnetic metal layer becomes thicker than this limit value, the ratio of conduction electrons flowing only in this layer increases, and the MR change of the whole becomes small, which is inconvenient. On the other hand, since the conduction electrons are scattered at the interface between the non-magnetic metal layer and the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40, the two magnetic layers 20 and 40 have a thickness of 10
Even if it is thicker than 0Å, there is no substantial improvement in the effect. Rather, it is not convenient because the entire film thickness becomes thick. The lower limit of the thickness of the two magnetic layers 20 and 40 is preferably 20 Å or more. If it is thinner than this, heat resistance and working resistance deteriorate.

【0076】以下、上述してきた第1の磁性多層膜の各
構成について以下詳細に説明する。この多層膜の第一の
特徴点は、前記強磁性層40とピン止め層50とはエピ
タクシー(epitaxy)に積層されていることにある。つま
り、前記強磁性層40とピン止め層50とは、エピタキ
シャル成長により接合された状態で形成されている点に
ある。
The respective structures of the above-mentioned first magnetic multilayer film will be described below in detail. The first characteristic of this multilayer film is that the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are laminated by epitaxy. That is, the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are formed in a state of being joined by epitaxial growth.

【0077】エピタクシー(epitaxy)とは、層間での結
晶成長の現象を表す言葉であり、本発明では、ピン止め
層50とこれに接して形成される強磁性層40の双方の
原子がある結晶配向面に、ある程度きれいにそって形成
され、しかも、これらの層ごとが結晶学的にある関係を
持って形成されている状態をいう。本発明において、形
成された磁性多層膜を積層方向に切断し、その積層断面
を高分解能電子顕微鏡(TEM)で観察する。そして、
上記前記強磁性層40とピン止め層50との内部を観察
し、結晶格子縞が確認されれば、その層の結晶配向性は
そろっているとわかる。その間隔から配向面も同定でき
る。次に、ピン止め層50と強磁性層40との界面部分
を詳細に観察し、各々の層の干渉じまが界面部分でつな
がっていれば、これらの層間にはエピタクシー(epitax
y)関係が存在していると判断する。
Epitaxy is a term that represents the phenomenon of crystal growth between layers, and in the present invention, there are atoms in both the pinning layer 50 and the ferromagnetic layer 40 formed in contact with it. It is a state in which the layers are formed along the crystallographically oriented surface with a certain degree of cleanness, and each of these layers has a crystallographic relationship. In the present invention, the formed magnetic multilayer film is cut in the stacking direction and the cross section of the stack is observed with a high resolution electron microscope (TEM). And
When the insides of the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are observed and crystal lattice fringes are confirmed, it is understood that the crystal orientations of the layers are uniform. The orientation plane can also be identified from the distance. Next, the interface portion between the pinned layer 50 and the ferromagnetic layer 40 is observed in detail, and if the interference stripes of each layer are connected at the interface portion, epitaxy (epitax
y) Judge that the relationship exists.

【0078】このように本発明では、前記強磁性層40
とピン止め層50とはエピタキシャル成長により接合さ
れていることがまず重要な要件となっているのであり、
もしもこれらの層40,50がエピタキシャル成長によ
り形成されてなければ、ピン止め層50による前記強磁
性層40のピン止め効果が減少し、その結果、前記軟磁
性層20と前記強磁性層40とのスピン間に相対角度が
生じないために、大きな電気抵抗変化が生じないという
不都合が生じる。
As described above, in the present invention, the ferromagnetic layer 40 is
First, it is an important requirement that the pinning layer 50 and the pinning layer 50 are bonded by epitaxial growth.
If these layers 40 and 50 are not formed by epitaxial growth, the pinning effect of the pinned layer 50 on the ferromagnetic layer 40 is diminished, and as a result, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are separated from each other. Since a relative angle does not occur between spins, there is a disadvantage that a large change in electric resistance does not occur.

【0079】前記強磁性層40は、Fe,Ni,Co,
Mn,Cr,Dy,Er,Nd,Tb,Tm,Ce,G
d等やこれらの元素を含む合金や化合物から構成される
が、特に、(Coz Ni1-zw Fe1-w (ただし、重
量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)
で表される組成で構成することが好ましい。これらの組
成範囲を外れると、大きな電気抵抗の変化が得られなく
なるという不都合が生じる。
The ferromagnetic layer 40 is made of Fe, Ni, Co,
Mn, Cr, Dy, Er, Nd, Tb, Tm, Ce, G
It is composed of d etc. and alloys and compounds containing these elements, but in particular (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 by weight). ≦ w ≦ 1.0)
The composition is preferably represented by If the composition is out of these ranges, there is a disadvantage that a large change in electric resistance cannot be obtained.

【0080】このような強磁性層の厚さは、20〜10
0Å、より好ましくは、20〜60Åとされる。この値
が、20Å未満となると、磁性層としての特性が失われ
る。この一方で、この値が100Åを超えると、前記ピ
ン止め層50からのピン止め力が小さくなり、この強磁
性層のスピンのピン止め効果が十分に得られなくなる。
The thickness of such a ferromagnetic layer is 20 to 10
It is 0Å, more preferably 20 to 60Å. If this value is less than 20Å, the characteristics of the magnetic layer are lost. On the other hand, when this value exceeds 100 Å, the pinning force from the pinning layer 50 becomes small, and the spin pinning effect of this ferromagnetic layer cannot be sufficiently obtained.

【0081】ピン止め層50は、実質的に隣接する磁性
層の磁化を固着させる方法ならいずれでも良いが、特
に、反強磁性層、硬質磁性層、ピン止め層に接続される
前記強磁性層40とは異なる材質からなるピン止め用強
磁性層、および人工的な構造欠陥を導入した層の中から
選ばれる。
The pinning layer 50 may be formed by any method as long as the magnetization of the adjacent magnetic layers is fixed. In particular, the ferromagnetic layer connected to the antiferromagnetic layer, the hard magnetic layer or the pinning layer is used. It is selected from a pinning ferromagnetic layer made of a material different from 40, and a layer having artificial structural defects introduced therein.

【0082】反強磁性層としてはFe,Ni,Co,C
r,Mn,Ru,Rh,Mo,Oのうち少なくとも2種
を含むものがよい。例えば、FeMn,FeMnPt,
FeMnRu,FeMnRh,FeMnMo,FeNi
O,CoNiO,CrMn,CrMnO,Fe23
NiO等が好ましい。
As the antiferromagnetic layer, Fe, Ni, Co, C
Those containing at least two of r, Mn, Ru, Rh, Mo and O are preferable. For example, FeMn, FeMnPt,
FeMnRu, FeMnRh, FeMnMo, FeNi
O, CoNiO, CrMn, CrMnO, Fe 2 0 3,
NiO or the like is preferable.

【0083】硬質磁性層はFe,CoおよびNiの中か
ら選ばれた1種の金属からなるか、またはFe,Coお
よびNiの中から選ばれた1種の金属を50at%以上
含む材料が好ましい。例えば、FeNi,CoNi,F
eTb,CoPt,CoFePt等が好ましい。
The hard magnetic layer is preferably made of one metal selected from Fe, Co and Ni, or a material containing one metal selected from Fe, Co and Ni in an amount of 50 at% or more. . For example, FeNi, CoNi, F
eTb, CoPt, CoFePt and the like are preferable.

【0084】また、材質の異なる強磁性層としてはF
e,Ni,Co,Mn,Cr,Dy,Er,Nd,T
b,Tm,Ce,Gd等や、これらの元素を含む合金や
化合物を用いる。例えば、FeSi,FeNi,FeC
o,FeAl,FeAlSi,FeY,FeGd,Fe
Mn,CoNi,CrSb,Fe系アモルファス合金、
Co系アモルファス合金、MnSb,NiMn,フェラ
イト等が好ましい。
Further, as the ferromagnetic layers made of different materials, F
e, Ni, Co, Mn, Cr, Dy, Er, Nd, T
b, Tm, Ce, Gd, etc., or alloys or compounds containing these elements are used. For example, FeSi, FeNi, FeC
o, FeAl, FeAlSi, FeY, FeGd, Fe
Mn, CoNi, CrSb, Fe-based amorphous alloy,
Co-based amorphous alloy, MnSb, NiMn, ferrite and the like are preferable.

【0085】強磁性層40のピン止め層50と相対する
界面部分に人工的に構造欠陥を導入することにより、同
様のピン止め効果が得られる。これは強磁性層40を形
成した後、その表面をイオン電流10〜50mA、加速電
圧100〜500eV程度の弱いイオンビームで2〜20
Å程度、強磁性層40をエッチングすることによって得
られる。この時、強磁性層40の磁化は導入された界面
部分の構造欠陥によってピン止めされ、他の方法と同様
の効果をもたらす。
A similar pinning effect can be obtained by artificially introducing a structural defect in the interface portion of the ferromagnetic layer 40 facing the pinning layer 50. After forming the ferromagnetic layer 40, the surface of the ferromagnetic layer 40 is weakly irradiated with an ion current of 10 to 50 mA and an accelerating voltage of 100 to 500 eV by a weak ion beam of 2 to 20 mA.
It is obtained by etching the ferromagnetic layer 40 to about Å. At this time, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is pinned by the introduced structural defect in the interface portion, and the same effect as other methods is obtained.

【0086】これらの方法により、隣接する強磁性層4
0とピン止め層50とが実質的に直接接しているため、
両者に直接層間相互作用が働き、強磁性層40の磁化回
転が阻止される。一方、後に詳述する軟磁性層20は、
外部からの信号磁場により、自由にその磁化を回転させ
ることができる。その結果、軟磁性層20と強磁性層4
0との両者の磁化に相対的な角度が生み出され、この磁
化の向きの違いに起因した大きなMR効果が得られる。
By these methods, the adjacent ferromagnetic layer 4
0 and the pinning layer 50 are in direct contact with each other,
Direct interlayer interaction acts on both of them, and the magnetization rotation of the ferromagnetic layer 40 is blocked. On the other hand, the soft magnetic layer 20, which will be described later in detail,
The magnetization can be freely rotated by an external signal magnetic field. As a result, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4
A relative angle is generated between the magnetizations of 0 and 0, and a large MR effect resulting from the difference in the direction of the magnetization is obtained.

【0087】ピン止め層50の厚さは50〜700Åと
することが好ましい。この値が50Å未満となると、ピ
ン止め層の結晶性が悪く、ピン止め効果が十分に得られ
ない。その結果、大きなMR効果が得られない。この値
が700Åを超えると、磁性多層膜全体の厚さが厚くな
りすぎてしまい、膜全体の抵抗が大きくなる。その結
果、MR変化率の減少が起こってしまう。また、シール
ド層厚が厚くなり、超高密度磁気記録に適さなくなって
しまう。
The thickness of the pinning layer 50 is preferably 50 to 700Å. If this value is less than 50Å, the crystallinity of the pinning layer is poor and the pinning effect cannot be sufficiently obtained. As a result, a large MR effect cannot be obtained. If this value exceeds 700Å, the thickness of the entire magnetic multilayer film becomes too thick, and the resistance of the entire film increases. As a result, the MR change rate is reduced. In addition, the shield layer becomes thick, which makes it unsuitable for ultra-high density magnetic recording.

【0088】前記軟磁性層20は、Fe,Ni,Co等
やこれらの元素を含む合金や化合物から構成されるが、
保磁力Hcの小さな磁性層を用いた方がMR曲線の立ち上
がりが急峻となり、好ましい結果が得られる。特に好ま
しくは(Nix Fe1-xyCo1-y (ただし、重量で
0.7≦x≦0.9、0.5≦y≦1.0)で表わされ
る組成である。ここでx,yがこの範囲にあるとHcが小
さくなり良好な軟磁気特性となり、その結果、磁場感度
の高い良好なMR特性が得られる。一方、x,yがこの
範囲を外れると、Hcが大きくなってしまい磁場感度の高
いMR特性が得られなくなという不都合が生じる。
The soft magnetic layer 20 is made of Fe, Ni, Co or the like, or an alloy or compound containing these elements.
When a magnetic layer having a small coercive force Hc is used, the rise of the MR curve becomes steeper, and a preferable result is obtained. Particularly preferably a composition represented by (Ni x Fe 1-x) y Co 1-y ( however, 0.7 ≦ x ≦ 0.9,0.5 ≦ y ≦ 1.0 by weight). Here, when x and y are in this range, Hc becomes small and favorable soft magnetic characteristics are obtained, and as a result, favorable MR characteristics with high magnetic field sensitivity can be obtained. On the other hand, if x and y deviate from this range, Hc becomes large, and the MR characteristic with high magnetic field sensitivity cannot be obtained.

【0089】さらに、前記軟磁性層20の組成として、
Cotu M’qr (ただし、原子で0.6≦t≦
0.95、0.01≦u≦0.2、0.01≦q≦0.
1、0.05≦r≦0.3)で表わされる組成も優れた
特性を示すものである。ここで、Mは、Fe,Niから
選ばれた少なくとも1種以上であり、M’は、Zr,S
i,Mo,Nbから選ばれた少なくとも1種以上を表
す。MやM’が2種以上の場合は、2種以上の総和量が
上記の組成範囲内に入るようにする。このような組成
は、Coの含有量が多いため、先の組成に比べてMR変
化率がより大きくなるという極めて優れた特徴を有す
る。また、その結晶構造としては、超微細結晶粒の集ま
り、もしくはアモルファス構造のためより良好な軟磁性
特性を示し、その結果大きなMR傾きが得られる。これ
らの組成の具体例としては、Coを主成分として、Ni
および/またはFeを磁歪が0となるような含有量とし
て選択する。これにZr,Si,Mo,Nb等を添加
し、アモルファス組成を安定化させればよい。Coが
0.6未満になると、アモルファスが得られにくくな
る。Coが0.95を超えてもよいが、FeやNiを少
量添加した方が軟磁性材料としての特性がよくなり都合
がよい。M’の含有割合は、0.01≦q≦0.1とさ
れ、qが0.01未満であるとその添加による効果が得
られない。qが0.1を超えると、軟磁性材料としての
特性が劣化してしまう。B(ボロン)は、アモルファス
化するための主元素であり、その含有割合は0.05≦
r≦0.3である。rが0.05未満であるとその添加
による効果が得られない。rが0.3を超えると、軟磁
性材料としての特性が劣化してしまう。
Further, as the composition of the soft magnetic layer 20,
Co t M u M'q B r (where 0.6 ≦ t ≦
0.95, 0.01≤u≤0.2, 0.01≤q≤0.
The composition represented by 1, 0.05 ≦ r ≦ 0.3) also shows excellent characteristics. Here, M is at least one selected from Fe and Ni, and M ′ is Zr and S.
Represents at least one selected from i, Mo, and Nb. When M and M ′ are two or more, the total amount of the two or more should be within the above composition range. Since such a composition has a large content of Co, it has an extremely excellent characteristic that the MR change rate becomes larger than that of the previous composition. Further, as its crystal structure, a collection of ultrafine crystal grains or an amorphous structure shows better soft magnetic characteristics, and as a result, a large MR gradient can be obtained. Specific examples of these compositions include Co as a main component and Ni.
And / or Fe is selected as the content such that the magnetostriction becomes zero. Zr, Si, Mo, Nb or the like may be added to this to stabilize the amorphous composition. If Co is less than 0.6, it becomes difficult to obtain amorphous. Although Co may exceed 0.95, it is convenient to add Fe or Ni in a small amount because the characteristics as a soft magnetic material are improved. The content ratio of M ′ is 0.01 ≦ q ≦ 0.1, and if q is less than 0.01, the effect due to the addition cannot be obtained. When q exceeds 0.1, the characteristics as a soft magnetic material deteriorate. B (boron) is a main element for amorphization, and its content ratio is 0.05 ≦.
r ≦ 0.3. If r is less than 0.05, the effect due to the addition cannot be obtained. If r exceeds 0.3, the characteristics as a soft magnetic material deteriorate.

【0090】このような軟磁性層20の厚さは、20〜
100Å、好ましくは、40〜100Å、さらに好まし
くは、50〜80Åとされる。この値が、20Å未満と
なると、良好な軟磁性層としての特性が得られない。こ
の一方で、この値が100Åを超えると、多層膜全体の
厚さが厚くなり、磁性多層膜全体の抵抗が大きくなり、
MR効果が減少してしまう。
The thickness of such a soft magnetic layer 20 is 20 to 20.
It is set to 100Å, preferably 40 to 100Å, and more preferably 50 to 80Å. If this value is less than 20Å, good characteristics as a soft magnetic layer cannot be obtained. On the other hand, if this value exceeds 100Å, the overall thickness of the multilayer film increases, and the resistance of the entire magnetic multilayer film increases,
The MR effect is reduced.

【0091】このような軟磁性層20と前記強磁性層4
0との間に介在される非磁性金属層30は、効率的に電
子を導くために、伝導性のある金属が望ましい。より具
体的には、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少
なくとも1種、またはこれらの少なくとも1種以上を6
0wt%以上含む合金等が挙げられる。
The soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4
It is desirable that the non-magnetic metal layer 30 interposed between 0 and 0 be a conductive metal in order to efficiently guide electrons. More specifically, at least one selected from Au, Ag, and Cu or at least one selected from these is 6
Examples thereof include alloys containing 0 wt% or more.

【0092】このような非磁性金属層30の厚さは、2
0〜60Åであることが好ましい。この値が20Å以下
になると、このものを介して配置されている軟磁性層2
0と強磁性層40とが交換結合してしまい、軟磁性層2
0と強磁性層40とのスピンがそれぞれ独立に機能しな
くなってしまうという不都合が生じる。この値が60Å
を超えると、上下に位置する軟磁性層20と強磁性層4
0の界面で散乱される電子の割合が現象してしまい、M
R変化率の減少が起こってしまうという不都合が生じ
る。
The thickness of such a non-magnetic metal layer 30 is 2
It is preferably 0 to 60Å. When this value is 20 Å or less, the soft magnetic layer 2 arranged through this
0 and the ferromagnetic layer 40 are exchange-coupled with each other, and the soft magnetic layer 2
There is a problem that the spins of 0 and the ferromagnetic layer 40 do not function independently. This value is 60Å
Above, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4 located above and below
The ratio of electrons scattered at the 0 interface causes a phenomenon, and M
There is an inconvenience that the R change rate decreases.

【0093】また、前記ピン止め層50と、前記強磁性
層40と、前記軟磁性層20との関係において、ピン止
め層50の比抵抗をρp 、強磁性層40の比抵抗をρ
f 、軟磁性層20の比抵抗をρs とした場合、これらの
比抵抗関係が下記式(1)を満たすことが好ましい。
In the relationship among the pinned layer 50, the ferromagnetic layer 40 and the soft magnetic layer 20, the specific resistance of the pinned layer 50 is ρ p and the specific resistance of the ferromagnetic layer 40 is ρ p .
When f 1 and the specific resistance of the soft magnetic layer 20 are ρ s , it is preferable that the specific resistance relationship satisfies the following formula (1).

【0094】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) このρp の値が式(1)の下限以下となると、効果的に
電子のパスが分離しないという不都合が生じる。このρ
p の値が式(1)の上限以上になると、製造方法が極め
て困難となる。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) ... Equation (1) When the value of this ρ p is equal to or lower than the lower limit of Equation (1), The inconvenience arises that the electron paths are not effectively separated. This ρ
If the value of p is greater than or equal to the upper limit of equation (1), the manufacturing method becomes extremely difficult.

【0095】なお、金属下地層10は特に限定されるも
のではないが、用いる非磁性金属層30と同じ結晶構造
を有するものが好ましい。すなわち、面心立方格子(f
cc)であるTa,Hf,Cu,Au,Ag,Nb,Z
rやこれらの合金等を用いることができる。金属下地層
10は、磁性多層膜全体の結晶配向性を向上させるとい
う目的のために形成される。厚さは、通常、30〜30
0Å程度とされる。
The metal underlayer 10 is not particularly limited, but preferably has the same crystal structure as the nonmagnetic metal layer 30 used. That is, the face-centered cubic lattice (f
cc) Ta, Hf, Cu, Au, Ag, Nb, Z
r, alloys thereof, or the like can be used. The metal underlayer 10 is formed for the purpose of improving the crystal orientation of the entire magnetic multilayer film. The thickness is usually 30-30
It is said to be about 0Å.

【0096】保護層80は、成膜プロセスの過程での磁
性多層膜表面の酸化を防止し、その上部に形成される電
極材料とのぬれ性や、密着強度の向上という目的のため
に形成され、このものは、Ti,Ta,W,Cr,H
f,Zr、Zn等の材料より形成される。厚さは、通
常、30〜300Å程度とされる。
The protective layer 80 is formed for the purpose of preventing oxidation of the surface of the magnetic multilayer film in the course of the film forming process, improving the wettability with the electrode material formed thereon and improving the adhesion strength. , This is Ti, Ta, W, Cr, H
It is formed of a material such as f, Zr, or Zn. The thickness is usually about 30 to 300Å.

【0097】基板5は、ガラス、ケイ素、MgO、Ga
As、フェライト、アルティック、CaTiO3 等の材
料により形成される。厚さは、通常、0.5〜10mm
程度とされる。
The substrate 5 is made of glass, silicon, MgO, Ga.
It is formed of a material such as As, ferrite, altic, CaTiO 3 . The thickness is usually 0.5-10 mm
Degree.

【0098】次に、本発明の第2の実施例の磁気抵抗効
果素子、すなわち図4に示されるような磁性多層膜(以
下、単に、第2の磁性多層膜又は磁性多層膜2と称す)
を有する磁気抵抗効果素子4について説明する。
Next, the magnetoresistive effect element according to the second embodiment of the present invention, that is, the magnetic multilayer film as shown in FIG. 4 (hereinafter, simply referred to as the second magnetic multilayer film or the magnetic multilayer film 2).
The magnetoresistive effect element 4 having will be described.

【0099】第2の実施例の磁気抵抗効果素子4が備え
る磁性多層膜2は、図4に示されるようにピン止め層5
0の両側に,それぞれ一対の強磁性層40,40、一対
の非磁性金属層30,30および一対の軟磁性層20,
20を順次配置してなる磁性多層ユニット7を有してい
る。このユニット7は、本実施例の場合、図示のごとく
基板5の上に金属下地層10を介して形成されている。
さらに、図示のごとく上部の軟磁性層20の上には保護
層80が形成される。また、金属下地膜10と軟磁性層
20との間に非磁性金属層が形成されていてもよい。な
お、図4において、前記磁性多層膜1の説明で用いた符
号(図1)と、同一の符号の部材は、同じ部材を意味
し、基本的な作用も同じである。
The magnetic multilayer film 2 included in the magnetoresistive effect element 4 of the second embodiment has a pinning layer 5 as shown in FIG.
On both sides of 0, a pair of ferromagnetic layers 40, 40, a pair of nonmagnetic metal layers 30, 30 and a pair of soft magnetic layers 20, respectively.
It has a magnetic multilayer unit 7 in which 20 are sequentially arranged. In the case of this embodiment, this unit 7 is formed on the substrate 5 via the metal underlayer 10 as shown.
Further, as shown in the figure, a protective layer 80 is formed on the upper soft magnetic layer 20. Further, a nonmagnetic metal layer may be formed between the metal underlayer film 10 and the soft magnetic layer 20. In FIG. 4, the members having the same reference numerals (FIG. 1) used in the description of the magnetic multilayer film 1 mean the same members and have the same basic operation.

【0100】発明者らは、すでに述べた第1実施例の磁
気抵抗効果素子3が有する磁性多層膜1(図1)の膜構
成に関する研究をさらにすすめた結果、大きなMR効果
を得るためには図4に示されるような磁性多層膜2の構
造が特に好ましいとの知見を得た。
The inventors further conducted research on the film structure of the magnetic multilayer film 1 (FIG. 1) included in the magnetoresistive effect element 3 of the first embodiment, and as a result, obtained a large MR effect. It was found that the structure of the magnetic multilayer film 2 as shown in FIG. 4 is particularly preferable.

【0101】すなわち、ピン止め層50は、本質的に外
部の信号磁場に対し、ある方向に固着された磁性スピン
構造を有する。そしてこのスピンは、外部の信号磁場程
度ではその大きさを変えることはない。一方、本発明に
おける磁性多層膜は、信号磁場に対し、軟磁性層20の
スピンがその向きを変えることにより、大きな磁気抵抗
の変化を示す。したがって、磁気抵抗を大きくするため
には、スピンが自由に回転する軟磁性層20をピン止め
層50の数より多くすればよい。つまり、図4に示され
るようにピン止め層50を中心にその両側に強磁性層4
0,40、非磁性金属層30,30を介して、軟磁性層
20,20を形成することにより、磁気抵抗効果を大き
く向上させた磁性多層膜2(磁気抵抗効果素子4)を作
ることができる。
That is, the pinning layer 50 essentially has a magnetic spin structure fixed in a certain direction with respect to an external signal magnetic field. And this spin does not change its magnitude with an external signal magnetic field. On the other hand, the magnetic multilayer film of the present invention exhibits a large change in magnetic resistance due to the spin of the soft magnetic layer 20 changing its direction with respect to the signal magnetic field. Therefore, in order to increase the magnetic resistance, the number of soft magnetic layers 20 in which spins freely rotate may be larger than the number of pinning layers 50. That is, as shown in FIG. 4, the ferromagnetic layer 4 is formed on both sides of the pinning layer 50 as a center.
By forming the soft magnetic layers 20 and 20 via the 0 and 40 and the non-magnetic metal layers 30 and 30, the magnetic multilayer film 2 (magnetoresistive effect element 4) in which the magnetoresistive effect is greatly improved can be manufactured. it can.

【0102】強磁性層40、非磁性金属層30、軟磁性
層20およびピン止め層50は、それぞれ、前記第1の
実施例で述べたものと同様の材質、厚さのものを用いる
ことが望ましい。保護層80、金属下地膜10および基
板5についても同様である。このような磁性多層膜2に
おいても、ピン止め層50とこのピン止め層50の両側
に形成される一対の強磁性層40とは、エピタキシャル
成長により接合されている必要がある。
The ferromagnetic layer 40, the non-magnetic metal layer 30, the soft magnetic layer 20, and the pinning layer 50 are made of the same material and have the same thickness as those described in the first embodiment. desirable. The same applies to the protective layer 80, the metal base film 10, and the substrate 5. Also in such a magnetic multilayer film 2, the pinning layer 50 and the pair of ferromagnetic layers 40 formed on both sides of the pinning layer 50 need to be joined by epitaxial growth.

【0103】伝導電子の散乱に寄与しているのは強磁性
層40,40と軟磁性層20,20の両者のスピンであ
る。最も効率よく散乱が起きるためには、この両者のス
ピンの大きさがほぼ同じ程度のときである。つまり、基
本的に各々の層がもつ磁化の量がほぼ同じ程度がよい。
しかしながら、第2の実施例の磁性多層膜2の場合、強
磁性層40,40は,ピン止め層50の両側に形成され
た構造をとっているので、1つの強磁性層40について
考えれば、強磁性層40の磁化は軟磁性層20の磁化よ
り小さくした方が散乱がより効率よく行われる。この強
磁性層40はあまり厚いとその層40全体としての磁化
が軟磁性層20の磁化より大きくなってしまうので、こ
れらがほぼ同じ値となるようにこの強磁性層40の厚さ
を設定するとよい。具体的には、強磁性層40の磁化を
Mf、軟磁性層20の磁化をMsとしたときに0.3M
s≦Mf≦0.8Ms、好ましくは、0.4Ms≦Mf
≦0.7Msとなるように、おのおのの層20および4
0の厚さを調整したときに、おのおのの層厚と散乱効率
とのバランスがよくなる。
The spins of both the ferromagnetic layers 40, 40 and the soft magnetic layers 20, 20 contribute to the scattering of conduction electrons. In order for the scattering to occur most efficiently, the spin magnitudes of the two are almost the same. That is, it is basically preferable that the magnetization amounts of the respective layers are substantially the same.
However, in the case of the magnetic multilayer film 2 of the second embodiment, since the ferromagnetic layers 40, 40 have a structure formed on both sides of the pinning layer 50, considering one ferromagnetic layer 40, When the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is smaller than that of the soft magnetic layer 20, scattering is performed more efficiently. If the ferromagnetic layer 40 is too thick, the magnetization of the layer 40 as a whole becomes larger than the magnetization of the soft magnetic layer 20, so if the thickness of the ferromagnetic layer 40 is set so that they have almost the same value. Good. Specifically, when the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is Mf and the magnetization of the soft magnetic layer 20 is Ms, 0.3 M
s ≦ Mf ≦ 0.8 Ms, preferably 0.4 Ms ≦ Mf
Each of layers 20 and 4 such that ≦ 0.7 Ms
When the thickness of 0 is adjusted, the balance between the layer thickness and the scattering efficiency is improved.

【0104】各層の材質及び層厚を上記のように規定
し、さらに、少なくとも軟磁性層20の成膜時に、後述
する膜面内の一方向に外部磁場を印加して、異方性磁界
Hkを3〜20Oe、より好ましくは3〜16Oe、特に3
〜12Oe付与することが好ましい。これによって、形成
された磁性多層膜2(磁気抵抗効果素子4)は、MR変
化曲線の立ち上がり部分におけるMR傾きが0.3%/
Oe以上、特に0.4%/Oe以上、通常0.4〜1.0%
/Oeが得られる。また、MR変化曲線の最大ヒステリシ
ス幅が8Oe以下、通常0〜6Oeとなる。その上さらに、
1MHz の高周波磁界でのMR傾きが0.2%/Oe以上、
より好ましくは0.25以上、通常0.3〜1.0%/
Oeとすることができ、高密度記録の読み出し用のMRヘ
ッド等に用いる場合、十分な性能を得ることができる。
なお、前記第1の実施例の磁性多層膜1(磁気抵抗効果
素子3)においても軟磁性層20に同様な処理を施すの
がよい。軟磁性層の異方性磁界Hkが3Oe未満となる
と、保磁力と同程度となってしまい、0磁場を中心とし
た直線的なMR変化曲線が実質的に得られなくなるた
め、MR素子としての特性が劣化する。また20Oeより
大きいとMR傾きが小さくなり、この膜をMRヘッド等
に適用した場合、出力が低下しやすく、かつ分解能が低
下する。ここでこれらのHkは、外部磁場として成膜時
に10〜300Oeの磁場を印加することで得られる。外
部磁場が10Oe以下ではHkを誘起するのに十分ではな
いし、また、300Oeを越えても効果は変わらないが、
磁場発生のためのコイルが大きくなってしまい、費用も
かさんで非効率的である。
The material and layer thickness of each layer are defined as described above. Further, at least when the soft magnetic layer 20 is formed, an external magnetic field is applied in one direction in the film plane, which will be described later, to obtain an anisotropic magnetic field Hk. 3 to 20 Oe, more preferably 3 to 16 Oe, especially 3
It is preferable to add ~ 12 Oe. As a result, the magnetic multilayer film 2 (magnetoresistive element 4) thus formed has an MR slope of 0.3% / in the rising portion of the MR change curve.
Oe or more, especially 0.4% / Oe or more, usually 0.4 to 1.0%
/ Oe is obtained. The maximum hysteresis width of the MR change curve is 8 Oe or less, usually 0 to 6 Oe. Besides,
MR slope in high frequency magnetic field of 1MHz is 0.2% / Oe or more,
More preferably 0.25 or more, usually 0.3 to 1.0% /
It can be set to Oe, and sufficient performance can be obtained when used for an MR head for reading high density recording.
In the magnetic multilayer film 1 (magnetoresistive element 3) of the first embodiment, the soft magnetic layer 20 should preferably be treated in the same manner. When the anisotropic magnetic field Hk of the soft magnetic layer is less than 3 Oe, the coercive force is almost the same, and a linear MR change curve centering on the 0 magnetic field cannot be obtained substantially. The characteristics deteriorate. On the other hand, if it is larger than 20 Oe, the MR inclination becomes small, and when this film is applied to an MR head or the like, the output tends to decrease and the resolution also decreases. Here, these Hk are obtained by applying a magnetic field of 10 to 300 Oe as an external magnetic field during film formation. If the external magnetic field is 10 Oe or less, it is not enough to induce Hk, and if it exceeds 300 Oe, the effect does not change,
The coil for generating the magnetic field becomes large, which is expensive and inefficient.

【0105】なお、MR変化率は、最大比抵抗をρmax
、最小比抵抗をρsat としたとき、(ρmax −ρsat
)×100/ρsat (%)として表される。また、最
大ヒステリシス幅は、磁気抵抗変化曲線(MRカーブ)
を測定して算出したヒステリシス幅の最大値である。さ
らに、MR傾きは、MRカーブを測定し、その微分曲線
を求めて得られた−20〜+20Oeでの微分値の最大値
である。そして、高周波MR傾きは、1MHz 6Oeの磁場
幅の交流磁場でMR変化率を測定したときのMR傾きで
ある。
The MR change rate is expressed by the maximum resistivity ρmax
, And the minimum specific resistance is ρsat, (ρmax − ρsat
) × 100 / ρsat (%). The maximum hysteresis width is the magnetic resistance change curve (MR curve).
Is the maximum value of the hysteresis width calculated by measuring. Furthermore, the MR slope is the maximum value of the differential value at -20 to +20 Oe obtained by measuring the MR curve and obtaining the differential curve. The high frequency MR slope is the MR slope when the MR change rate is measured with an alternating magnetic field having a magnetic field width of 1 MHz 6 Oe.

【0106】上述してきた、第1及び第2の実施例にお
ける磁性多層膜1および磁性多層膜2をそれぞれ繰り返
し積層したものを、磁気抵抗効果素子とすることもでき
る。磁性多層膜の繰り返し積層回数nに特に制限はな
く、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選択すれ
ばよい。昨今の磁気記録の超高密度化に対応するために
は、磁性多層膜の全層厚が薄いほど良い。しかし薄くな
ると通常、MR効果は同時に小さくなってしまうが、本
発明に用いられる磁性多層膜は、繰り返し積層回数nが
1の場合でも十分実用に耐えうる多層膜を得ることがで
きる。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も
増加するが、生産性が悪くなり、さらにnが大きすぎる
と素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じ
ることから、通常、nを10以下とするのが好ましい。
なお、人工格子の長周期構造は、小角X線回折パターン
にて、くり返し周期に応じた1次2次ピーク等の出現に
より確認することができる。超高密度磁気記録用MRヘ
ッド等の磁気変換素子に応用するための、nの好ましい
範囲は1〜5である。
The magnetic multilayer film 1 and the magnetic multilayer film 2 in the first and second embodiments described above may be repeatedly laminated to form a magnetoresistive effect element. The number n of repeated laminations of the magnetic multilayer film is not particularly limited and may be appropriately selected according to the target magnetoresistance change rate and the like. In order to cope with the recent ultra-high density of magnetic recording, the thinner the total thickness of the magnetic multilayer film is, the better. However, when the thickness is reduced, the MR effect is usually reduced at the same time, but the magnetic multilayer film used in the present invention can provide a multilayer film that can be practically used even when the number n of repeated laminations is 1. Further, as the number of laminated layers increases, the rate of change in resistance also increases, but productivity deteriorates. Further, if n is too large, the resistance of the entire device becomes too low, which causes practical inconvenience. Is preferably 10 or less.
The long-period structure of the artificial lattice can be confirmed by the appearance of primary and secondary peaks according to the repeating period in a small-angle X-ray diffraction pattern. A preferred range of n is 1 to 5 for application to a magnetic conversion element such as an MR head for ultrahigh density magnetic recording.

【0107】前記磁性多層膜1および2の各層の成膜
は、イオンビームスパッタ法、スパッタリング法、蒸着
法、分子線エピタキシー法(MBE)等の方法で行なわ
れる。基板5としては、前述したようにガラス、ケイ
素、MgO、GaAs、フェライト、アルティック、C
aTiO3 等を用いることができる。成膜に際しては、
前述したように軟磁性層20成膜時に、膜面内の一方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加することが好まし
い。これにより、軟磁性層20にHkを付与することが
できる。なお、外部磁場の印加方法は、軟磁性層20成
膜時のみ、磁場の印加時期を容易に制御できる例えば電
磁石等を備えた装置を用いて印加し、ピン止め層50成
膜時は印加しない方法であってもよい。あるいは、成膜
時を通して常に一定の磁場を印加する方法であってもよ
い。
The respective layers of the magnetic multilayer films 1 and 2 are formed by a method such as an ion beam sputtering method, a sputtering method, a vapor deposition method and a molecular beam epitaxy method (MBE). As the substrate 5, as described above, glass, silicon, MgO, GaAs, ferrite, altic, C
aTiO 3 or the like can be used. When forming a film,
As described above, when forming the soft magnetic layer 20, it is preferable to apply an external magnetic field of 10 to 300 Oe in one direction within the film surface. As a result, Hk can be applied to the soft magnetic layer 20. Note that the external magnetic field is applied only when the soft magnetic layer 20 is formed, by using an apparatus having an electromagnet or the like that can easily control the application time of the magnetic field, and not when the pinning layer 50 is formed. It may be a method. Alternatively, a method of always applying a constant magnetic field during film formation may be used.

【0108】次に、前記第1の実施例で説明した、磁性
多層膜1を備える磁気抵抗効果素子3の発明を発展さ
せ、電子の流れる経路を詳細に検討し、第1の磁気変換
素子の発明に至った。ここでいう磁気変換素子とは、磁
気抵抗効果素子、導電膜および電極部を含んでなるもの
であって、より具体的には、磁気抵抗効果型ヘッド(M
Rヘッド)、MRセンサ、強磁性メモリ素子、角度セン
サ等を含む広い概念のものである。
Next, the invention of the magnetoresistive effect element 3 including the magnetic multilayer film 1 described in the first embodiment was developed, and the electron flow path was examined in detail, and the first magnetic conversion element Invented. The magnetic conversion element mentioned here includes a magnetoresistive effect element, a conductive film and an electrode portion, and more specifically, a magnetoresistive effect type head (M
R head), MR sensor, ferromagnetic memory element, angle sensor, and the like.

【0109】ここでは、磁気変換素子の一例として磁気
抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)を取り挙げて、以下、
説明する。
Here, a magnetoresistive head (MR head) is taken as an example of the magnetic conversion element.
explain.

【0110】図5に示されるように第1の磁気抵抗効果
型ヘッド(MRヘッド)150は、信号磁場を感磁する
ための感磁部分としての磁気抵抗効果素子200と、こ
の磁気抵抗効果素子200の両端部200a,200a
に形成された電極部100,100とを有している。そ
して、感磁部分としての磁気抵抗効果素子200の端部
200a,200aは、その両端部全体が電極部10
0,100に接する状態で接続されていることが好まし
い。なお、導体膜120,120は、前記電極部10
0,100を介して磁気抵抗効果素子200と導通して
いる。本発明では、後の説明をわかりやすくするため
に、便宜上、導体膜120と電極部100とに分けてい
るが、導体膜120と電極部100は、本来一体的に薄
膜形成法により形成されている場合が多く、これらは一
つ部材と考えてもよいものである。
As shown in FIG. 5, the first magnetoresistive effect type head (MR head) 150 has a magnetoresistive effect element 200 as a magnetosensitive part for sensing a signal magnetic field, and this magnetoresistive effect element. Both ends 200a of the 200, 200a
And electrode portions 100, 100 formed on the. The end portions 200a, 200a of the magnetoresistive effect element 200 serving as the magnetically sensitive portion have their both end portions entirely in the electrode portion 10.
It is preferable that they are connected in contact with 0,100. In addition, the conductor films 120, 120 are the same as those of the electrode portion 10.
It is electrically connected to the magnetoresistive effect element 200 through 0 and 100. In the present invention, the conductor film 120 and the electrode portion 100 are separated for the sake of convenience in order to make the following description easy to understand. However, the conductor film 120 and the electrode portion 100 are originally formed integrally by a thin film forming method. In many cases, these may be considered as one member.

【0111】第1のMRヘッドにおける感磁部分として
の磁気抵抗効果素子200は、前記図1に示される磁性
多層膜1を有する磁気抵抗効果素子3と実質的に同様な
積層構造のものが用いられる。すなわち、磁気抵抗効果
素子200は、図1に示される磁性多層膜1を有する磁
気抵抗効果素子3に置換され、その結果、磁気抵抗効果
素子200は、磁性金属層30と、非磁性金属層30の
一方の面に形成された強磁性層40と、非磁性金属層3
0の他方の面に形成された軟磁性層20と、前記強磁性
層40の磁化の向きをピン止めするために強磁性層40
の上に形成されたピン止め層50とを有している。そし
て、前記強磁性層40とピン止め層50とは、エピタキ
シャル成長により接合されている。
The magnetoresistive effect element 200 as the magnetically sensitive portion in the first MR head has a laminated structure substantially similar to that of the magnetoresistive effect element 3 having the magnetic multilayer film 1 shown in FIG. To be That is, the magnetoresistive effect element 200 is replaced with the magnetoresistive effect element 3 having the magnetic multilayer film 1 shown in FIG. 1, and as a result, the magnetoresistive effect element 200 has the magnetic metal layer 30 and the nonmagnetic metal layer 30. Of the ferromagnetic layer 40 formed on one surface of the non-magnetic metal layer 3
0 and the soft magnetic layer 20 formed on the other surface of the ferromagnetic layer 40 for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer 40.
And a pinning layer 50 formed on the top surface. The ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50 are joined by epitaxial growth.

【0112】そして図5に示されるように磁気抵抗効果
素子200および電極部100,100を上下にはさむ
ようにシールド層300,300が形成されるととも
に、磁気抵抗効果素子200とシールド層300,30
0との間の部分には非磁性絶縁層400が形成される。
As shown in FIG. 5, the shield layers 300 and 300 are formed so as to sandwich the magnetoresistive effect element 200 and the electrode portions 100 and 100 from above and below, and the magnetoresistive effect element 200 and the shield layers 300 and 30 are formed.
The non-magnetic insulating layer 400 is formed in the portion between 0 and 0.

【0113】ここで感磁部分としての磁気抵抗効果素子
200に用いられる強磁性層40、非磁性金属層30、
軟磁性層20およびピン止め層50は、それぞれ、前記
第1の磁性多層膜の実施例で述べた膜1と同様の材質、
厚さのものを用いることが望ましい。ここで磁気抵抗効
果素子200の磁性多層膜に流れる電流の経路を詳細に
検討した結果、電流としての電子は磁性多層膜内のある
部分に片寄って流れていることが判明した。すなわち、
磁性多層膜を構成する各層のうち、ピン止め層50は比
抵抗の大きい材料である。例えば、FeMnは100〜
200μΩcmの比抵抗であるが、FeNiは15〜30
μΩcmと、かなり小さい。したがって、電子は比抵抗の
小さい軟磁性層20や非磁性金属層30に片寄って流れ
る。従来のMRヘッドでは感磁部分としてのNiFe層
を形成した後に、その層の上面に電極を形成していた。
これでは比抵抗の大きなピン止め層に電極が接するた
め、電流が効果的に流れることが困難となる。また、接
触抵抗が大きく、製造工程上歩留まりも低下してしま
う。
Here, the ferromagnetic layer 40 and the non-magnetic metal layer 30, which are used in the magnetoresistive effect element 200 as the magnetic sensitive portion,
The soft magnetic layer 20 and the pinning layer 50 are made of the same material as the film 1 described in the first magnetic multilayer film example, respectively.
It is desirable to use a thick one. As a result of detailed examination of the path of the current flowing through the magnetic multilayer film of the magnetoresistive element 200, it has been found that the electrons as the current are biased to a certain portion within the magnetic multilayer film. That is,
Of the layers forming the magnetic multilayer film, the pinning layer 50 is a material having a large specific resistance. For example, FeMn is 100-
FeNi has a specific resistance of 200 μΩcm, but 15 to 30 for FeNi.
μΩcm, which is quite small. Therefore, the electrons flow toward the soft magnetic layer 20 or the nonmagnetic metal layer 30 having a low specific resistance. In a conventional MR head, after forming a NiFe layer as a magnetically sensitive portion, an electrode was formed on the upper surface of the layer.
In this case, the electrode is in contact with the pinned layer having a large specific resistance, so that it becomes difficult for current to flow effectively. Further, the contact resistance is large, and the yield in the manufacturing process is also reduced.

【0114】そこで、図5に示すように、電流を流す電
極部100を磁気抵抗効果素子200の積層方向にその
端部200a,200a全体が接する構造とすること
で、これらの問題点を解することができるのである。つ
まり、電子は軟磁性層20と強磁性層40に挟まれた部
分を中心に流れる。すると、この軟磁性層20と強磁性
層40とのスピンの方向によって磁気散乱され、抵抗が
大きく変化する。したがって微小な外部磁場の変化を大
きな電気抵抗の変化として検出することができるのであ
る。
Therefore, as shown in FIG. 5, the electrode portion 100 for passing a current is made to have a structure in which the entire end portions 200a, 200a are in contact with each other in the stacking direction of the magnetoresistive effect element 200, thereby solving these problems. It is possible. That is, the electrons flow around the portion sandwiched between the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40. Then, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are magnetically scattered depending on the spin directions, and the resistance changes significantly. Therefore, a minute change in the external magnetic field can be detected as a large change in electric resistance.

【0115】さらに、前記図4に基づいて説明したよう
な磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子の発明を発展
させ、電子の流れる経路をピン止め層50を中心に2つ
以上有する磁気変換素子である第2のMRヘッドの実施
例について説明する。このものの基本的構成は図5に示
されるものと同じであり、感磁部分としての磁性多層膜
を有する磁気抵抗効果素子200は、前記図4に示され
る磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子4と実質的に
同様な積層構成のものが用いられる。すなわち、図5に
おいて磁気抵抗効果素子200は、図4に示される磁性
多層膜2を有する磁気抵抗効果素子4が、実質的に置換
されたものと考えれば良い。磁気抵抗効果素子200の
両端部はその端部200a,200a全体がそれぞれ電
極100と接する状態で接続されている。すなわち、磁
気抵抗効果素子200の積層方向全体と電極部とが接触
する構造とされる。
Further, the invention of the magnetoresistive effect element having the magnetic multilayer film 2 as described with reference to FIG. 4 was developed, and the magnetic conversion element having two or more electron flow paths centering on the pinning layer 50. An example of the second MR head will be described. The basic configuration of this is the same as that shown in FIG. 5, and the magnetoresistive effect element 200 having a magnetic multilayer film as a magnetically sensitive portion is a magnetoresistive effect element having the magnetic multilayer film 2 shown in FIG. A laminated structure substantially similar to that of No. 4 is used. That is, it can be considered that the magnetoresistive effect element 200 in FIG. 5 is substantially replaced with the magnetoresistive effect element 4 having the magnetic multilayer film 2 shown in FIG. Both ends of the magnetoresistive effect element 200 are connected such that the entire ends 200a, 200a are in contact with the electrode 100, respectively. That is, the structure is such that the entire lamination direction of the magnetoresistive effect element 200 and the electrode portion are in contact with each other.

【0116】第2のMRヘッドにおける磁気抵抗効果素
子200の構造を図4を用いて具体的に説明する。磁気
抵抗効果素子200の磁性多層膜は、基板5の上に金属
下地層10、軟磁性層20,非磁性金属層30、強磁性
層40、ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層
30、軟磁性層20、金属保護層80の順に積層されて
構成されている。そして、ピン止め層50とこのピン止
め層50の両側に形成される一対の強磁性層40とは、
エピタキシャル成長により接合されている。
The structure of the magnetoresistive effect element 200 in the second MR head will be specifically described with reference to FIG. The magnetic multilayer film of the magnetoresistive effect element 200 includes a metal underlayer 10, a soft magnetic layer 20, a nonmagnetic metal layer 30, a ferromagnetic layer 40, a pinning layer 50, a ferromagnetic layer 40, a nonmagnetic metal on the substrate 5. The layer 30, the soft magnetic layer 20, and the metal protective layer 80 are laminated in this order. The pinned layer 50 and the pair of ferromagnetic layers 40 formed on both sides of the pinned layer 50 are
Joined by epitaxial growth.

【0117】磁性多層膜を電子が流れるとき、各々の層
の厚さは極めて薄いので、電子は量子論的な確率をもち
多層膜内を流れる。つまり、確率論的には多層膜内全体
に電子が流れることになるが、大きな比抵抗を持つ層内
に流れる電子の割合は当然低くなる。一般的にピン止め
層50は、非磁性金属層30や軟磁性層20と比べて2
倍以上の比抵抗をもつ。例えば、反強磁性体であるFe
Mnは100〜200μΩcmの比抵抗であるが、軟磁性
体であるFeNiは15〜30μΩcmと、かなり小さ
い。したがって、電子は比抵抗の小さい軟磁性層20や
非磁性金属層30に片寄って流れる。ここでは、比抵抗
の大きいピン止め層50を中心にほぼ対称に強磁性層4
0、非磁性金属層30、軟磁性層20が配置されている
ので、この多層膜内を電子が流れる場合にはピン止め層
50を境界として2つ以上の電子の流れる経路があるこ
とになる。前述したように、確率論的には多層膜内全体
に電子が流れることになるが、その中でもうまく比抵抗
の大きい層を配置することにより、少なくとも2つ以上
の電子の流れる経路を形成することが可能である。その
結果、外部磁場により反平行になった磁化により磁気的
な散乱を受ける電子の数が増え、電流の経路が実質的に
1つの場合に比べて大きなMR効果を示すようになる。
When electrons flow through the magnetic multilayer film, the thickness of each layer is extremely thin, so that electrons have quantum probability and flow inside the multilayer film. That is, stochastically, electrons flow in the entire multilayer film, but the ratio of electrons flowing in the layer having a large specific resistance is naturally low. In general, the pinning layer 50 is 2 times thicker than the non-magnetic metal layer 30 and the soft magnetic layer 20.
With a specific resistance more than double. For example, Fe, which is an antiferromagnetic material
Mn has a specific resistance of 100 to 200 μΩcm, but FeNi, which is a soft magnetic material, has a very small value of 15 to 30 μΩcm. Therefore, the electrons flow toward the soft magnetic layer 20 or the nonmagnetic metal layer 30 having a low specific resistance. Here, the ferromagnetic layer 4 is symmetrically formed about the pinning layer 50 having a large specific resistance.
0, the non-magnetic metal layer 30, and the soft magnetic layer 20 are arranged. Therefore, when electrons flow in this multilayer film, there are two or more electron flow paths with the pinning layer 50 as a boundary. . As described above, stochastically electrons will flow in the entire multilayer film, but at least two or more electron flow paths should be formed by arranging a layer having a large specific resistance. Is possible. As a result, the number of electrons magnetically scattered by the antiparallel magnetization due to the external magnetic field increases, and the MR effect becomes larger than that in the case where the number of current paths is substantially one.

【0118】この時、実質的に電子の流れる経路を2つ
以上にするためには、前述したようにピン止め層50の
比抵抗をρp 、強磁性層40の比抵抗をρf 、軟磁性層
20の比抵抗をρs とした場合、これらの比抵抗関係が
下記式(1)を満たすようにするのがよい。
At this time, in order to substantially set two or more electron flow paths, as described above, the specific resistance of the pinning layer 50 is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer 40 is ρ f , and the soft resistance is ρ f . When the specific resistance of the magnetic layer 20 is ρ s , it is preferable that these specific resistance relationships satisfy the following expression (1).

【0119】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1) なお、実質的に電子の流れる経路は2〜10つであるこ
とが望ましい。これは、ピン止め層50を1〜4つ含む
多層膜を、前述の構成で形成すればよい。経路を3つと
する場合は、例えば、基板5上の金属下地層10の上
に、軟磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、
ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟
磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、ピン止
め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟磁性層
20および保護層80の順に積層する。また、経路を4
つとする場合は、例えば、基板5上の金属下地層10の
上に、軟磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層4
0、ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層3
0、軟磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、
ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟
磁性層20、非磁性金属層30、強磁性層40、ピン止
め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟磁性層
20、および保護層80の順に積層する。この経路が1
0以上になると磁性多層膜全体の膜厚が厚くなってしま
い、超高密度磁気記録用のMRヘッド等に応用すること
ができなくなってしまう。また、経路が1つでもよい
が、より大きなMR効果を得るためには2つ以上とする
ほうがよい。応用上、より好ましくは2〜5つである。
3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) ... Equation (1) Note that there are substantially 2 to 10 electron flow paths. Is desirable. This can be achieved by forming a multilayer film including 1 to 4 pinning layers 50 with the above-described configuration. When the number of paths is three, for example, the soft magnetic layer 20, the non-magnetic metal layer 30, the ferromagnetic layer 40, on the metal underlayer 10 on the substrate 5,
Pinning layer 50, ferromagnetic layer 40, non-magnetic metal layer 30, soft magnetic layer 20, non-magnetic metal layer 30, ferromagnetic layer 40, pinning layer 50, ferromagnetic layer 40, non-magnetic metal layer 30, soft magnetic layer The layer 20 and the protective layer 80 are laminated in this order. In addition, route 4
In this case, for example, the soft magnetic layer 20, the nonmagnetic metal layer 30, and the ferromagnetic layer 4 are provided on the metal underlayer 10 on the substrate 5.
0, pinning layer 50, ferromagnetic layer 40, nonmagnetic metal layer 3
0, the soft magnetic layer 20, the non-magnetic metal layer 30, the ferromagnetic layer 40,
Pinning layer 50, ferromagnetic layer 40, non-magnetic metal layer 30, soft magnetic layer 20, non-magnetic metal layer 30, ferromagnetic layer 40, pinning layer 50, ferromagnetic layer 40, non-magnetic metal layer 30, soft magnetic layer The layer 20 and the protective layer 80 are laminated in this order. This route is 1
When it is 0 or more, the thickness of the entire magnetic multi-layer film becomes thick, and it becomes impossible to apply it to an MR head for super high density magnetic recording. Also, the number of paths may be one, but it is better to use two or more in order to obtain a larger MR effect. In terms of application, it is more preferably 2 to 5.

【0120】前述したように磁気抵抗効果素子200の
両端部200a,200aはその端部全体が、それぞ
れ、電極部100と接する状態で接続されている。それ
ゆえ、電子は形成された2以上の軟磁性層20と強磁性
層40に挟まれた部分を中心に、すべて等価に流れる。
すると、この軟磁性層20と強磁性層40とのスピンの
方向によって磁気散乱される電子の割合が1つの経路の
場合に比べて増加し、磁気抵抗変化がエンハンスされ
る。したがって微小な外部磁場の変化を大きな電気抵抗
の変化として検出することができる。また、ピン止め層
50は前述したように比抵抗が100μΩcm以上と大き
いので、感磁部分としての磁性多層膜全体の比抵抗が大
きくなってしまう。従来材料であるNiFe(パーマロ
イ)に比較して3〜10倍にもなるが、このように、電
子の流れる経路を多数形成することで、比抵抗をパーマ
ロイと同程度にまで下げることが可能となる。その結
果、測定電流を流すことによる感磁部分の温度上昇や、
それに伴う特性劣化を避けることができる。
As described above, both ends 200a, 200a of the magnetoresistive effect element 200 are connected so that the entire ends thereof are in contact with the electrode portion 100, respectively. Therefore, all the electrons equivalently flow around the portion sandwiched between the formed two or more soft magnetic layers 20 and the ferromagnetic layer 40.
Then, the ratio of electrons magnetically scattered by the spin directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 is increased as compared with the case of one path, and the magnetoresistance change is enhanced. Therefore, a minute change in the external magnetic field can be detected as a large change in electric resistance. Further, since the pinning layer 50 has a large specific resistance of 100 μΩcm or more as described above, the specific resistance of the entire magnetic multilayer film as a magnetically sensitive portion becomes large. Compared with NiFe (permalloy) which is a conventional material, it is 3 to 10 times as large, but by forming a large number of electron flow paths in this way, it is possible to reduce the specific resistance to the same level as permalloy. Become. As a result, the temperature rise of the magnetic sensitive part due to flowing the measurement current,
It is possible to avoid the characteristic deterioration associated therewith.

【0121】また、前記したように、ピン止め層50を
境界として2つ以上の電子の流れる経路がある場合にお
いて、強磁性層の磁化をMf、軟磁性層の磁化をMsと
したときに、0.3Ms≦Mf≦0.8Ms、好ましく
は0.4Ms≦Mf≦0.7Msとなるようにおのおの
の層厚を調整したときに、おのおのの層厚と散乱効率と
のバランスがよくなる。
Further, as described above, when there are two or more electron flow paths with the pinned layer 50 as a boundary, when the magnetization of the ferromagnetic layer is Mf and the magnetization of the soft magnetic layer is Ms, When the layer thicknesses are adjusted so that 0.3 Ms ≦ Mf ≦ 0.8 Ms, preferably 0.4 Ms ≦ Mf ≦ 0.7 Ms, the balance between the layer thickness and the scattering efficiency becomes good.

【0122】第2のMRヘッドにおける感磁部分である
磁気抵抗効果素子200の各層の材質及び層厚は、上述
した磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子4と同様に
すると良い。
The material and layer thickness of each layer of the magnetoresistive effect element 200, which is the magnetically sensitive portion in the second MR head, may be the same as those of the magnetoresistive effect element 4 having the magnetic multilayer film 2 described above.

【0123】また、前述したように、少なくとも軟磁性
層20の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して
異方性磁場Hk誘起することで、さらに高周波特性を優
れたものとすることができる。ここで、磁性多層膜にM
R効果を起こさせるための電流を流す方向に外部磁場を
印加し、これにより異方性磁場を誘起させる。通常、磁
性多層膜を短冊状に加工し、その長手方向に電流を流す
ので、磁場をその長手方向に印加して成膜すると良い。
言い換えれば、MRヘッドとしての電流が流れる方向と
同じ方向、すなわち、信号磁場方向と垂直かつ面内方向
に磁場を印加して成膜するとよい。すると、磁性多層膜
を構成する軟磁性層は短冊長手方向が磁化容易方向に、
短冊短辺方向が磁化困難方向となり、異方性磁場Hkが
発生する。ここで信号磁場は短冊状磁性多層膜の短辺方
向に印加されるので、軟磁性層の高周波磁気特性が向上
し、大きな高周波領域でのMR特性が得られる。ここで
印加する磁場の大きさは10〜300Oeの範囲にあれば
よい。そして、軟磁性層20に誘起する異方性磁場Hk
は3〜20Oe、より好ましくは3〜16Oe、特に3〜1
2Oeとするとよい。異方性磁界Hkが3Oe未満では軟磁
性層20の保磁力と同程度となってしまい、0磁場を中
心とした直線的なMR変化曲線が実質的に得られなくな
り、MRヘッドとしての特性が劣化する。また20Oeよ
り大きいとMR傾き(単位磁場当たりのMR変化率)が
小さくなり、MRヘッド等として用いる際、出力が低下
しやすく、かつ分解能が低下する。本発明の膜は、高い
耐熱性を示し、MR変化曲線の立ち上がり部分における
MR傾きが0.3%/Oe以上、特に0.4%/Oe以上、
通常0.4〜1.0%/Oeが得られる。また、MR変化
曲線の最大ヒステリシス幅が8Oe以下、通常0〜6Oeと
なる。その上さらに、1MHz の高周波磁界でのMR傾き
が0.2%/Oe以上、より好ましくは0.25以上、通
常0.3〜1.0%/Oeとすることができ、高密度記録
の読み出し用のMRヘッド等として、十分な性能を得る
ことができる。
Further, as described above, at least at the time of forming the soft magnetic layer 20, an anisotropic magnetic field Hk is induced by applying an external magnetic field in one direction in the film surface, thereby further improving the high frequency characteristics. can do. Here, M is added to the magnetic multilayer film.
An external magnetic field is applied in the direction in which a current for causing the R effect is applied, thereby inducing an anisotropic magnetic field. Usually, a magnetic multilayer film is processed into a strip shape, and an electric current is passed in the longitudinal direction thereof. Therefore, a magnetic field may be applied in the longitudinal direction to form the film.
In other words, it is advisable to apply the magnetic field in the same direction as the direction in which the current flows as the MR head, that is, in the in-plane direction perpendicular to the signal magnetic field direction to form the film. Then, in the soft magnetic layer forming the magnetic multilayer film, the longitudinal direction of the strip is the direction of easy magnetization,
The strip short side direction becomes the magnetization difficult direction, and the anisotropic magnetic field Hk is generated. Here, since the signal magnetic field is applied in the short side direction of the strip-shaped magnetic multilayer film, the high-frequency magnetic characteristic of the soft magnetic layer is improved, and the MR characteristic in a large high-frequency region is obtained. The magnitude of the magnetic field applied here may be in the range of 10 to 300 Oe. Then, the anisotropic magnetic field Hk induced in the soft magnetic layer 20.
Is 3-20 Oe, more preferably 3-16 Oe, especially 3-1
It should be 2 Oe. When the anisotropic magnetic field Hk is less than 3 Oe, the coercive force of the soft magnetic layer 20 is almost the same, and a linear MR change curve centering on the 0 magnetic field is substantially not obtained, and the characteristics of the MR head are improved. to degrade. On the other hand, if it is larger than 20 Oe, the MR gradient (MR change rate per unit magnetic field) becomes small, and when it is used as an MR head or the like, the output tends to decrease and the resolution also decreases. The film of the present invention exhibits high heat resistance, and the MR slope at the rising portion of the MR change curve is 0.3% / Oe or more, particularly 0.4% / Oe or more,
Usually 0.4 to 1.0% / Oe is obtained. The maximum hysteresis width of the MR change curve is 8 Oe or less, usually 0 to 6 Oe. Furthermore, the MR gradient in a high-frequency magnetic field of 1 MHz can be 0.2% / Oe or more, more preferably 0.25 or more, usually 0.3 to 1.0% / Oe. Sufficient performance can be obtained as a read MR head or the like.

【0124】さらに、ピン止め層50として反強磁性層
を成膜する際には、軟磁性層20を成膜する際の印加磁
場の方向と垂直方向に磁場を印加すると良い。つまり磁
性多層膜の膜面内でかつ、測定電流と直角方向となる。
ここで印加する磁場の大きさは10〜300Oeの範囲に
あればよい。これにより、ピン止め層50により強磁性
層40の磁化の方向が確実に印加磁場方向(測定電流と
直角方向)に固着され、信号磁場によってその向きを容
易に変えうる軟磁性層20の磁化と最も合理的に反平行
状態を作り出すことができる。もっともこれは必要条件
ではなく、反強磁性層を成膜する際に、軟磁性層を成膜
する際に印加する磁場の方向と同じ向きであっても良
い。この時は磁性多層膜の成膜後、工程中で200℃程
度の熱処理を行う際に、短冊短辺方向(軟磁性層20を
成膜する際の印加磁場の方向と垂直方向)に磁場を印加
しながら、温度を下げていくと良い。
Further, when forming the antiferromagnetic layer as the pinning layer 50, it is preferable to apply a magnetic field in the direction perpendicular to the direction of the applied magnetic field when forming the soft magnetic layer 20. That is, it is in the film plane of the magnetic multilayer film and in the direction perpendicular to the measured current.
The magnitude of the magnetic field applied here may be in the range of 10 to 300 Oe. As a result, the pinning layer 50 reliably fixes the magnetization direction of the ferromagnetic layer 40 in the applied magnetic field direction (direction perpendicular to the measurement current), and the magnetization of the soft magnetic layer 20 whose direction can be easily changed by the signal magnetic field. The most rational antiparallel state can be created. However, this is not a necessary condition and may be the same direction as the direction of the magnetic field applied when forming the soft magnetic layer when forming the antiferromagnetic layer. At this time, a magnetic field is applied in the strip short side direction (the direction perpendicular to the applied magnetic field when forming the soft magnetic layer 20) when performing heat treatment at about 200 ° C. in the process after forming the magnetic multilayer film. It is better to lower the temperature while applying.

【0125】MR曲線の立ち上がり部分を規定するのは
軟磁性層20の磁化回転である。より急峻なMR曲線の
立ち上がりを得るためには、軟磁性層20が信号磁場に
対し、完全に磁化回転によりその磁化の向きを変えてい
くことが望ましい。しかし、実際は軟磁性層20に磁区
が発生してしまい、信号磁場に対し磁壁移動と磁化回転
が同時に起こってしまう。その結果、バルクハウゼンノ
イズが発生し、MRヘッド特性が安定しなくなってい
た。
The magnetization rotation of the soft magnetic layer 20 defines the rising portion of the MR curve. In order to obtain a steeper rise of the MR curve, it is desirable that the soft magnetic layer 20 completely changes its magnetization direction by the magnetization rotation with respect to the signal magnetic field. However, in reality, magnetic domains are generated in the soft magnetic layer 20, and domain wall movement and magnetization rotation occur at the same time with respect to the signal magnetic field. As a result, Barkhausen noise was generated and the MR head characteristics were not stable.

【0126】そこで発明者等は鋭意、研究を進めた結
果、図6に示されるように、感磁部分である磁気抵抗効
果素子200と測定電流を流すための電極部100との
間に、それぞれ、連結用軟磁性層500を介在させるこ
とにより、上記ノイズの改善が図られることを確認し
た。もちろん、この場合、連結用軟磁性層500と磁気
抵抗効果素子200の端部200a,200aの全体が
連結用軟磁性層500と接触する状態で接続されてい
る。磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)に隣接して形成さ
れた連結用軟磁性層500,500は、磁性多層膜を構
成している軟磁性層と磁気的に直接接触する。この付加
された連結用軟磁性層500は、磁性多層膜中の軟磁性
層の磁区を単磁区構造に近づけ、磁区構造を安定化する
効果がある。その結果、磁性多層膜中の軟磁性層は信号
磁場に対し、磁化回転モードで動作し、ノイズのない、
良好な特性を得ることができる。
Therefore, as a result of earnest studies, the inventors of the present invention have found that, as shown in FIG. 6, the magnetoresistive effect element 200, which is a magnetically sensitive portion, and the electrode portion 100 for passing a measurement current are respectively provided. It was confirmed that the noise can be improved by interposing the coupling soft magnetic layer 500. Of course, in this case, the connecting soft magnetic layer 500 and the entire end portions 200a and 200a of the magnetoresistive effect element 200 are connected in contact with the connecting soft magnetic layer 500. The connecting soft magnetic layers 500, 500 formed adjacent to the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) magnetically directly contact the soft magnetic layer forming the magnetic multilayer film. The added coupling soft magnetic layer 500 has an effect of bringing the magnetic domains of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film closer to the single magnetic domain structure and stabilizing the magnetic domain structure. As a result, the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film operates in the magnetization rotation mode with respect to the signal magnetic field, and is free from noise.
Good characteristics can be obtained.

【0127】磁性多層膜中の軟磁性層の磁区を単磁区に
近づけ、磁区構造を安定化させるためには、さらに図7
に示されるような形状の連結用軟磁性層510,510
を設けることが好ましい。この連結用軟磁性層510
は、感磁部分である磁気抵抗効果素子200と電極部1
00との間のみならず、電極部100の下面101にも
連続して形成されている。これは磁区構造安定化のため
の連結用軟磁性層510の体積が大きい方がその安定化
の度合いが大きいからである。しかも電極部100に直
接接していれば電圧効果は生じないので、この磁区構造
安定化のための連結用軟磁性層自身のMR効果は磁性多
層膜のMR効果に影響を与えず、都合がよい。また、よ
り積極的に磁性多層膜中の軟磁性層の磁区を安定化する
ためには、上記磁区構造安定化のための連結用軟磁性層
と電極部100との間に反強磁性層をはさんでも良い。
In order to bring the magnetic domain of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film close to that of a single magnetic domain to stabilize the magnetic domain structure, the structure shown in FIG.
Soft magnetic layers 510 and 510 having a shape as shown in FIG.
Is preferably provided. This soft magnetic layer 510 for connection
Indicates the magnetoresistive effect element 200 and the electrode portion 1 which are magnetically sensitive portions.
No. 00, and is continuously formed on the lower surface 101 of the electrode portion 100. This is because the larger the volume of the coupling soft magnetic layer 510 for stabilizing the magnetic domain structure, the greater the degree of stabilization. Moreover, since the voltage effect does not occur when it is in direct contact with the electrode portion 100, the MR effect of the coupling soft magnetic layer itself for stabilizing the magnetic domain structure does not affect the MR effect of the magnetic multilayer film, which is convenient. . Further, in order to more positively stabilize the magnetic domain of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film, an antiferromagnetic layer is provided between the coupling soft magnetic layer for stabilizing the magnetic domain structure and the electrode portion 100. It may be sandwiched.

【0128】一般にパーマロイを用いたMRヘッドにお
いては、通常Ti等のシャント層やCoZrMo,Ni
FeRh等の比抵抗の大きな軟磁性材料のバイアス磁界
印加層が感磁部分に隣接して設けられている。これらは
ソフトフィルムバイアスや、シャントバイアスと呼ば
れ、パーマロイの曲線をシフトし、ゼロ磁場を中心に直
線領域を生み出す働きをしている。しかし、これらの機
構は複雑であり、製造工程上、製造歩留まりを大きく下
げる要因となっているのが実情である。これに対して上
述してきた本発明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)で
は、0磁場の極近傍からMR曲線が立ち上がっているの
で、磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)に流す電流によっ
て生じる自己バイアスにより、ゼロ磁場を中心に直線領
域を生じさせることができる。この結果、複雑な機構の
バイアス法を設けなくて良いので、製造歩留まりの向
上、製造時間の短縮とコスト削減等の効果がある。ま
た、バイアス機構のない分、感磁部分の厚さがうすくな
るので、MRヘッドにしたときのシールド厚さが小さく
なり、超高密度記録による信号の短波長化に対し大きな
効果がある。
Generally, in an MR head using permalloy, a shunt layer such as Ti or CoZrMo, Ni is usually used.
A bias magnetic field applying layer made of a soft magnetic material having a large specific resistance such as FeRh is provided adjacent to the magnetically sensitive portion. These are called soft film bias and shunt bias, and they work to shift the permalloy curve and create a linear region around the zero magnetic field. However, these mechanisms are complicated and, in the manufacturing process, are the factors that greatly reduce the manufacturing yield. On the other hand, in the above-described magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention, since the MR curve rises from the vicinity of the zero magnetic field, the self-current generated by the current flowing through the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film). The bias can produce a linear region around the zero magnetic field. As a result, since it is not necessary to provide a biasing method having a complicated mechanism, it is possible to improve the manufacturing yield, shorten the manufacturing time, and reduce the cost. Further, since there is no bias mechanism, the thickness of the magnetically sensitive portion becomes thin, so that the shield thickness when used as an MR head becomes small, which is very effective in shortening the wavelength of the signal due to ultra-high density recording.

【0129】これらMRヘッドを製造する場合、その製
造工程の中でパターニング、平坦化等でベーキング、ア
ニーリング、レジストキュア等の熱処理が不可避であ
る。
When manufacturing these MR heads, heat treatment such as baking, annealing, resist curing, etc., is inevitable in the manufacturing process, such as patterning and flattening.

【0130】一般的にこれら人工格子と呼ばれるような
磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子では、構成する各
層の厚さ故、耐熱性が問題となる場合が多かった。本発
明による磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)では磁場を印
加し、磁性層に異方性磁場を付与することにより、50
0℃以下、一般に50〜400℃、100〜300℃、
2時間程度の熱処理に十分対応できる。熱処理は通常、
真空中、不活性ガス雰囲気中、大気中等で行えばよい
が、特に10-7Torr以下の真空(減圧下)中で行なうこ
とで特性劣化の極めて少ない磁気抵抗効果素子(磁性多
層膜)が得られる。また、加工工程でのラッピングやポ
リッシングにおいてもMR特性が劣化することはほとん
どない。
In a magnetoresistive effect element having a magnetic multilayer film generally called an artificial lattice, heat resistance often becomes a problem due to the thickness of each layer constituting the magnetoresistive effect element. In the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) according to the present invention, a magnetic field is applied to give an anisotropic magnetic field to the magnetic layer,
0 ° C or lower, generally 50 to 400 ° C, 100 to 300 ° C,
Sufficiently compatible with heat treatment for about 2 hours. The heat treatment is usually
It may be performed in a vacuum, an inert gas atmosphere, an air, etc., but especially in a vacuum (under reduced pressure) of 10 -7 Torr or less, a magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) with extremely little characteristic deterioration can be obtained. To be Further, MR characteristics are hardly deteriorated even in lapping and polishing in the processing step.

【0131】[0131]

【実施例】前記第1および第2の磁気抵抗効果素子の発
明、並びにこれらを用いた第1および第2の磁気変換素
子(例えばMRヘッド)の発明を、以下に示す具体的実
施例によりさらに詳細に説明する。まず最初に磁性多層
膜1を有する磁気抵抗効果素子3(図1対応)の発明の
具体的実施例を実施例1として示す。
EXAMPLES The inventions of the first and second magnetoresistive elements and the inventions of the first and second magnetic conversion elements (for example, MR heads) using them will be further described by the following specific examples. The details will be described. First, a specific embodiment of the invention of a magnetoresistive effect element 3 (corresponding to FIG. 1) having a magnetic multilayer film 1 will be shown as a first embodiment.

【0132】実施例1 基板としてガラス基板を用い、このものをイオンビーム
スパッタ装置の中に入れ、1×10-7Torrまで真空引き
を行った。基板温度は10℃に冷却したまま基板を20
rpm で回転させながら、以下の組成をもつ人工格子磁性
多層膜を作成した。この際、磁界を基板の面内でかつ、
測定電流と平行方向に印加しながら、約0.3Å/秒以
下の成膜速度で成膜を行った。Ar流量は8〜10scc
m、スパッタガンの加速電圧は300V、イオン電流は
30mAとした。成膜後、10-5Torrの真空中で、測定
電流と直角かつ面内方向に200Oeの磁界を印加しなが
ら150℃から冷却し、強磁性層のピン止め効果を誘起
した。このようにして表1に示されるような本発明の各
サンプル1〜11を作成した。
Example 1 A glass substrate was used as a substrate, which was placed in an ion beam sputtering apparatus and vacuumed to 1 × 10 −7 Torr. The substrate temperature is 20 ° C while it is cooled to 10 ° C.
While rotating at rpm, an artificial lattice magnetic multilayer film having the following composition was prepared. At this time, the magnetic field is in the plane of the substrate and
Film formation was performed at a film formation rate of about 0.3 Å / sec or less while applying in the direction parallel to the measurement current. Ar flow rate is 8-10scc
m, the sputter gun acceleration voltage was 300 V, and the ion current was 30 mA. After the film formation, the film was cooled from 150 ° C. in a vacuum of 10 −5 Torr while applying a magnetic field of 200 Oe perpendicular to the measurement current and in the in-plane direction to induce the pinning effect of the ferromagnetic layer. In this way, samples 1 to 11 of the present invention as shown in Table 1 were prepared.

【0133】表1において、例えばサンプル1は、[N
0.81Fe0.19(70)−Cu(30)−Ni0.81Fe
0.19(70)−Fe0.5 Mn0.5 (70)]であって、
70Å厚のNi81%−Fe19%のパーマロイ組成
(NiFe)合金の軟磁性層、30Å厚のCuの非磁性
金属層、70Å厚のNiFeの強磁性層および70Å厚
のFe50%−Mn50%のFeMn合金の反強磁性層
を順次スパッタした磁性多層膜である。各サンプルを構
成する材質を軟磁性層、非磁性金属層、強磁性層、ピン
止め層の順に(m1,m2,m3,m4)として示し
た。また、それらの層厚を同様の順に(t1,t2,t
3,t4)と表1に記載した。なお、各サンプルとも、
下地層(基板と軟磁性層との間)および保護層(反強磁
性層の上)として50ÅのTa層を設けた。
In Table 1, for example, Sample 1 is [N
i 0.81 Fe 0.19 (70) -Cu (30) -Ni 0.81 Fe
0.19 (70) -Fe 0.5 Mn 0.5 (70)],
70Å thick Ni81% -Fe19% permalloy composition (NiFe) alloy soft magnetic layer, 30Å thick Cu non-magnetic metal layer, 70Å thick NiFe ferromagnetic layer and 70Å thick Fe50% -Mn50% FeMn alloy Is a magnetic multilayer film obtained by sequentially sputtering the antiferromagnetic layers of. The materials constituting each sample are shown as (m1, m2, m3, m4) in the order of the soft magnetic layer, the non-magnetic metal layer, the ferromagnetic layer, and the pinning layer. In addition, those layer thicknesses are set in the same order (t1, t2, t
3, t4) and Table 1. In addition, each sample
A 50Å Ta layer was provided as an underlayer (between the substrate and the soft magnetic layer) and a protective layer (on the antiferromagnetic layer).

【0134】表1中のm1材質において、NiFe(サ
ンプル1,2,3,10〜13、15,17)は、Ni
0.81Fe0.19(wt比)を表し、CoFeNiB(サン
プル4,7)は、(Co0.88Fe0.06Si0.060.80
0.20(at比)を表し、NiFeCo(サンプル5,
9)は、Ni0.17Fe0.35Co0.48(wt比)を表し、
NiFeCo(サンプル6,8)は、Ni0.15Fe0.69
Co0.16(wt比)を表す。
In the m1 material in Table 1, NiFe (Samples 1, 2, 3, 10 to 13, 15, and 17) is Ni
0.81 Fe 0.19 (wt ratio), and CoFeNiB (Samples 4 and 7) is (Co 0.88 Fe 0.06 Si 0.06 ) 0.80 B
0.20 (at ratio), which represents NiFeCo (Sample 5,
9) represents Ni 0.17 Fe 0.35 Co 0.48 (wt ratio),
NiFeCo (Samples 6 and 8) is Ni 0.15 Fe 0.69
It represents Co 0.16 (wt ratio).

【0135】表1中のm4材質において、サンプル1,
2,4〜7は反強磁性層の例であり、サンプル8,9は
硬質磁性層の例であり、サンプル3,10は材料の異な
る強磁性層の例であり、サンプル11は、構造欠陥導入
層の例、つまりFe30Tb70層形成時に構造欠陥を導入
しながらこの層を形成した例である。さらに表1中のm
4材質において、サンプル8のCoPtはCo0.14Pt
0.86(at比)を、サンプルのCoSmはCo0.63Sm
0.37(at比)を、サンプル3のCoFeはCo0.81
0.19を、サンプル10のCoFeNiはCo0.72Fe
0.13Ni0.15を表わす。
For the m4 material in Table 1, Sample 1,
2, 4 to 7 are examples of antiferromagnetic layers, Samples 8 and 9 are examples of hard magnetic layers, Samples 3 and 10 are examples of ferromagnetic layers made of different materials, and Sample 11 is a structural defect. This is an example of an introduced layer, that is, an example in which this layer was formed while introducing structural defects when the Fe 30 Tb 70 layer was formed. Furthermore, m in Table 1
Of the four materials, CoPt of sample 8 is Co 0.14 Pt
0.86 (at ratio), CoSm of the sample is Co 0.63 Sm
0.37 (at ratio), CoFe of sample 3 is Co 0.81 F
e 0.19 , CoFeNi of sample 10 is Co 0.72 Fe
0.13 represents Ni 0.15 .

【0136】以下、それぞれの発明に共通な特性評価に
ついて説明する。B−Hループの測定は、振動型磁力計
により行った。抵抗測定は、表1に示される構成の試料
から0.5×10mmの形状のサンプルを作成し、外部磁
界を面内に電流と垂直方向になるようにかけながら、−
300〜300Oeまで変化させたときの抵抗を4端子法
により測定し、その抵抗から比抵抗の最小値ρsat およ
びMR変化率ΔR/Rを求めた。MR変化率ΔR/R
は、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat とし、次
式により計算した:ΔR/R=(ρmax −ρsat )×1
00/ρsat (%)。また、測定したMR曲線の微分曲
線を取り、そのゼロ磁場付近の極大値をMR傾き(単位
%/Oe)として、立ち上がり特性を評価した。この値は
前記のとおり0.3%/Oe以上あることが必要である。
The characteristic evaluation common to each invention will be described below. The BH loop was measured by a vibrating magnetometer. For resistance measurement, a sample having a shape of 0.5 × 10 mm was prepared from the sample having the configuration shown in Table 1, and an external magnetic field was applied in a plane perpendicular to the current,
The resistance when changing from 300 to 300 Oe was measured by the four-terminal method, and the minimum value ρsat of the specific resistance and the MR change rate ΔR / R were obtained from the resistance. MR change rate ΔR / R
Was calculated by the following equation, where ρmax is the maximum specific resistance and ρsat is the minimum specific resistance: ΔR / R = (ρmax −ρsat) × 1
00 / ρsat (%). Further, a differential curve of the measured MR curve was taken, and the maximum value near the zero magnetic field was taken as the MR slope (unit:% / Oe) to evaluate the rising characteristics. This value must be 0.3% / Oe or more as described above.

【0137】サンプル1は2つの磁性層としてNiFe
(パーマロイ)を用いている。MR変化率は1.8%で
あるが、MR傾きが0.57%/Oeと大きい値となって
いる。図8に直流磁場で測定したMR曲線を示す。これ
は5mAの測定電流で測定した時の出力電圧である。ゼロ
磁場付近でMR曲線が大きく立ち上がっており、大きな
MR傾きを示している。サンプル2は強磁性層がCoの
場合、サンプル3はピン止めを材質の異なる強磁性層に
よる直接交換結合により行ったものである。また、この
サンプル3ではFeCo層をスパッタする前にCo層に
Ar流量10sccm、イオンガンの加速電圧は100V、
イオン電流は10mAとしたアシストイオンビームを照射
し、界面部分を粗し、人工的な構造欠陥を導入した。
Sample 1 has NiFe as two magnetic layers.
(Permalloy) is used. The MR change rate is 1.8%, but the MR gradient is as large as 0.57% / Oe. FIG. 8 shows an MR curve measured with a DC magnetic field. This is the output voltage when measured with a measuring current of 5 mA. The MR curve rises largely near the zero magnetic field, and shows a large MR slope. In Sample 2, when the ferromagnetic layer is Co, in Sample 3, pinning is performed by direct exchange coupling using ferromagnetic layers made of different materials. In addition, in this sample 3, before the FeCo layer is sputtered, the flow rate of Ar in the Co layer is 10 sccm, the acceleration voltage of the ion gun is 100 V,
Irradiation with an assist ion beam with an ion current of 10 mA was performed to roughen the interface portion and introduce an artificial structural defect.

【0138】また、表1に示される本発明のサンプル1
〜11について、X線回折と透過電子顕微鏡による断面
の観察を行ったところ、強磁性層といわゆるピン止め層
は互いの層の格子縞がつながっており、互いの層がエピ
タキシャル成長によって形成されていることが確認でき
た。
In addition, sample 1 of the present invention shown in Table 1
As a result of observing a cross section with respect to Nos. 11 through X-ray diffraction and a transmission electron microscope, the ferromagnetic layer and the so-called pinning layer are connected to each other by lattice fringes, and the mutual layers are formed by epitaxial growth. Was confirmed.

【0139】表1に示されるサンプル12(比較)はサ
ンプル1と同じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いに
より、強磁性層といわゆるピン止め層との互いの層がエ
ピタキシャル成長によって形成されていない例である。
サンプル12(比較)の具体的成膜条件は、Ar流量1
0〜20SCCM、スパッタガンの加速電圧は1200V、
イオン電流は120mAとし、それ以外は上記の成膜条
件と同じである。このような成膜条件の場合には、スパ
ッタビームのエネルギーが大きいので、ターゲットから
スパッタされて基板上に被着される粒子の持つ運動エネ
ルギーも大きくなり、磁性多層膜の界面で各々の層の材
料が相互拡散を起こしてしまい、エピタキシャル成長に
よる膜が得られなかった。
Sample 12 (comparative) shown in Table 1 has the same multilayer film structure as sample 1, but the ferromagnetic layer and the so-called pinning layer are formed by epitaxial growth due to the difference in film forming conditions. Not an example.
The specific film forming condition of Sample 12 (comparison) is Ar flow rate 1
0 ~ 20SCCM, sputter gun acceleration voltage 1200V,
The ion current is 120 mA, and the other conditions are the same as the above film forming conditions. In such a film forming condition, since the energy of the sputter beam is large, the kinetic energy of the particles sputtered from the target and deposited on the substrate also becomes large, and each layer at the interface of the magnetic multilayer film becomes large. The materials caused mutual diffusion, and a film by epitaxial growth could not be obtained.

【0140】サンプル13(比較)および14(比較)
は、それぞれ、ピン止め層(m4に相当)が形成されて
いない場合の例である。
Samples 13 (comparative) and 14 (comparative)
In each case, the pinning layer (corresponding to m4) is not formed.

【0141】サンプル15(比較)は、サンプル1と同
じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いにより、強磁性
層といわゆるピン止め層とがエピタキシャル成長によっ
て形成されていない例である。すなわち、サンプル15
(比較)は、RFスパッタ法により成膜したものであ
る。到達圧力6×10-7Torr、成膜時の圧力0.5mTor
r とした。Ar流量は8〜20SCCMの範囲とした。多層
膜断面を高分解能電子顕微鏡(TEM)で観察した結
果、ピン止め層と強磁性層との結晶格子縞は確認されな
かった。従って、これらの層間にはエピタキシャル成長
の状態は存在しなかった。
Sample 15 (comparative) has the same multilayer film structure as sample 1, but the ferromagnetic layer and the so-called pinning layer are not formed by epitaxial growth due to the difference in film forming conditions. That is, sample 15
(Comparative) is a film formed by the RF sputtering method. Ultimate pressure 6 × 10 -7 Torr, pressure during film formation 0.5 mTor
It was r. The Ar flow rate was in the range of 8 to 20 SCCM. As a result of observing the cross section of the multilayer film with a high resolution electron microscope (TEM), crystal lattice fringes between the pinning layer and the ferromagnetic layer were not confirmed. Therefore, there was no epitaxial growth condition between these layers.

【0142】サンプル16(比較)は、サンプル8と同
じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いにより、強磁性
層といわゆるピン止め層とがエピタキシャル成長によっ
て形成されていない例である。サンプル16(比較)
は、前記サンプル15(比較)と同様な成膜方法によっ
て作成されたものである。
Sample 16 (comparative) has the same multilayer film structure as sample 8, but the ferromagnetic layer and the so-called pinning layer are not formed by epitaxial growth due to the difference in film forming conditions. Sample 16 (comparison)
Is prepared by the same film forming method as the sample 15 (comparative).

【0143】サンプル17(比較)は、サンプル10と
同じ多層膜構成であるが、成膜条件の違いにより、強磁
性層といわゆるピン止め層とがエピタキシャル成長によ
って形成されていない例である。サンプル17(比較)
は、前記サンプル15(比較)と同様な成膜方法によっ
て作成されたものである。
Sample 17 (comparative) has the same multilayer film structure as Sample 10, but the ferromagnetic layer and the so-called pinning layer are not formed by epitaxial growth due to the difference in film forming conditions. Sample 17 (comparison)
Is prepared by the same film forming method as the sample 15 (comparative).

【0144】[0144]

【表1】 表1に示される結果から、強磁性層といわゆるピン止め
層とをエピタキシャル成長によって形成し、強磁性層の
磁化の向きをピン止めすることにより、0.3%/Oeを
越える大きなMR傾きを示すことがわかる(本発明のサ
ンプル1〜11)。このピン止め効果はピン止め層が該
磁性層とエピタキシャル成長により形成されていなけれ
ば効果がない。また、反強磁性層、硬質強磁性層、材質
の異なる強磁性層、および人工的な構造欠陥を導入した
層から選ばれた1つによってピン止め効果がもたらされ
ることがわかる。
[Table 1] From the results shown in Table 1, by forming a ferromagnetic layer and a so-called pinning layer by epitaxial growth and pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer, a large MR gradient exceeding 0.3% / Oe is exhibited. It can be seen (Samples 1 to 11 of the present invention). This pinning effect has no effect unless the pinning layer is formed by epitaxial growth with the magnetic layer. Further, it can be seen that the pinning effect is brought about by one selected from the antiferromagnetic layer, the hard ferromagnetic layer, the ferromagnetic layers made of different materials, and the layer introduced with the artificial structural defect.

【0145】次に、磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果
素子4(図4に対応)の発明の実施例として実施例2を
示す。
Next, a second embodiment will be shown as an embodiment of the invention of the magnetoresistive effect element 4 (corresponding to FIG. 4) having the magnetic multilayer film 2.

【0146】実施例2 基板としてガラス基板を用い、イオンビームスパッタ装
置の中に入れ、1×10-7Torrまで真空引きを行った。
基板温度は10℃に冷却したまま基板を回転させなが
ら、以下の組成をもつ人工格子磁性多層膜を作成した。
この際、磁界を基板の面内でかつ、測定電流と平行方向
に印加しながら、約0.3Å/秒以下の成膜速度で成膜
を行った。Ar流量は8sccm、スパッタガンの加速電圧
は300V、イオン電流は30mAとした。成膜後、10
-7Torrの真空中で、測定電流と直角かつ面内方向に20
0Oeの磁界を印加しながら150℃から冷却し、強磁性
層のピン止め効果を誘起した。
Example 2 A glass substrate was used as a substrate, placed in an ion beam sputtering apparatus, and vacuumed to 1 × 10 −7 Torr.
While rotating the substrate while cooling the substrate temperature to 10 ° C., an artificial lattice magnetic multilayer film having the following composition was prepared.
At this time, film formation was performed at a film formation rate of about 0.3 Å / sec or less while applying a magnetic field in the plane of the substrate and in a direction parallel to the measurement current. The Ar flow rate was 8 sccm, the sputter gun acceleration voltage was 300 V, and the ion current was 30 mA. After film formation, 10
-20 Torr in a plane perpendicular to the measured current in a vacuum of -7 Torr
The pinning effect of the ferromagnetic layer was induced by cooling from 150 ° C. while applying a magnetic field of 0 Oe.

【0147】磁性多層膜の構成と磁気抵抗変化率を下記
表2に示す。
The structure of the magnetic multilayer film and the rate of change in magnetoresistance are shown in Table 2 below.

【0148】なお、表2において、例えばサンプル2−
1は、[Ni0.81Fe0.19(70)−Cu(30)−N
0.81Fe0.19(70)−Fe0.5 Mn0.5 (70)−
Ni0.81Fe0.19(70)−Cu(30)−Ni0.81
0.19(70)]であって、70Å厚のFe50%−M
n50%のFeMn合金の反強磁性層(ピン止め層)の
両側に、それぞれ、強磁性層として用いた70Å厚のN
iFe合金層、30Å厚のCuの非磁性金属層、70Å
厚のNi81%−Fe19%のパーマロイ組成(NiF
e)による軟磁性層および70Å厚のTa金属層を順次
配置した磁性多層膜である。各サンプルを構成する材質
を軟磁性層、非磁性金属層、強磁性層、反強磁性層(ピ
ン止め層)の順に(m1,m2,m3,m4)として示
した。また、それらの層厚を同様の順に(t1,t2,
t3,t4)と表2に記載した。以降の実施例において
NiFe,FeMn層の組成は本実施例1および2と同
様の組成である。また、直流磁場でのMR傾き、及び1
MHz での高周波磁界における6Oe幅でのMR傾き(単位
%/Oe)も併せて示した。この値は前記のとおり0.2
%/Oe以上あることが必要である。加えて、強磁性層の
磁化をMf、軟磁性層の磁化をMsとしたときのMf/
Msの値を示した。この値は0.3〜0.8となるよう
におのおのの層厚を選ぶことが必要である。
In Table 2, for example, Sample 2-
1 is [Ni 0.81 Fe 0.19 (70) -Cu (30) -N
i 0.81 Fe 0.19 (70) -Fe 0.5 Mn 0.5 (70)-
Ni 0.81 Fe 0.19 (70) -Cu (30) -Ni 0.81 F
e 0.19 (70)] and 70Å thick Fe 50% -M
On both sides of the anti-ferromagnetic layer (pinning layer) of n50% FeMn alloy, 70Å thick N used as the ferromagnetic layer, respectively.
iFe alloy layer, 30Å thick Cu non-magnetic metal layer, 70Å
Thick Ni 81% -Fe 19% permalloy composition (NiF
It is a magnetic multilayer film in which a soft magnetic layer according to e) and a Ta metal layer having a thickness of 70Å are sequentially arranged. The materials constituting each sample are shown as (m1, m2, m3, m4) in the order of the soft magnetic layer, the non-magnetic metal layer, the ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer (pinned layer). In addition, those layer thicknesses are set in the same order (t1, t2,
t3, t4) and Table 2. In the following examples, the compositions of the NiFe and FeMn layers are the same as those in Examples 1 and 2. Also, the MR slope in a DC magnetic field and 1
The MR slope (unit:% / Oe) in the width of 6 Oe in the high frequency magnetic field at MHz is also shown. This value is 0.2 as above
% / Oe or more is required. In addition, when the magnetization of the ferromagnetic layer is Mf and the magnetization of the soft magnetic layer is Ms, Mf /
The value of Ms is shown. It is necessary to select each layer thickness so that this value is 0.3 to 0.8.

【0149】[0149]

【表2】 表2に示されるサンプル2−1〜2−4は、磁性多層膜
2を有する磁気抵抗効果素子4(図4に対応)の発明に
よる構造をもったもので、表2に示されるサンプル1,
2は、それぞれ表1におけるサンプル1,2と同じく、
軟磁性層が1層、反強磁性層が1層となっているもので
ある(図1に対応)。X線回折と透過電子顕微鏡による
積層膜断面の観察によって、サンプル2−1〜2−4、
ならびにサンプル1,2における、強磁性層といわゆる
ピン止め層との積層は、それぞれエピタキシャル成長に
よって形成されていることが確認された。
[Table 2] Samples 2-1 to 2-4 shown in Table 2 have the structure of the magnetoresistive effect element 4 (corresponding to FIG. 4) having the magnetic multilayer film 2 according to the invention.
2 is the same as samples 1 and 2 in Table 1,
There is one soft magnetic layer and one antiferromagnetic layer (corresponding to FIG. 1). By observing the cross section of the laminated film by X-ray diffraction and a transmission electron microscope, samples 2-1 to 2-4,
It was confirmed that the laminated layers of the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer in Samples 1 and 2 were formed by epitaxial growth.

【0150】サンプル2−5(比較)は、基板の上に下
地層としてTa(50Å)を形成し、この上にNiFe
(70Å)、Cu(30Å)、NiFe(70Å)、F
eMn(70Å)、Cu(30Å)、NiFe(70
Å)、Cu(30Å)、NiFe(70Å)、FeMn
(70Å)、Cu(30Å)を順次形成して作成した。
膜の形成条件としては、前記表1におけるサンプル12
と同様な条件で行った。その結果、サンプル2−5(比
較)については、強磁性層といわゆるピン止め層とはエ
ピタキシャル成長によって接合されていないことが確認
された。
In Sample 2-5 (comparative), Ta (50 Å) was formed as an underlayer on the substrate, and NiFe was formed on this.
(70Å), Cu (30Å), NiFe (70Å), F
eMn (70Å), Cu (30Å), NiFe (70
Å), Cu (30 Å), NiFe (70 Å), FeMn
(70 Å) and Cu (30 Å) were sequentially formed and created.
The film forming conditions are as follows:
The same conditions were used. As a result, in Sample 2-5 (comparative), it was confirmed that the ferromagnetic layer and the so-called pinned layer were not joined by epitaxial growth.

【0151】表2に示されるサンプル2−1の磁化曲
線、およびMR曲線を図9(A)および(B)にそれぞ
れ示す。なお、後述するが、表1のサンプル1(表2の
サンプル1と同じ)の磁化曲線は図10(A)および
(B)に示してある。
The magnetization curve and MR curve of Sample 2-1 shown in Table 2 are shown in FIGS. 9 (A) and 9 (B), respectively. As will be described later, the magnetization curves of Sample 1 in Table 1 (same as Sample 1 in Table 2) are shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B).

【0152】これらを比較すると、本発明による磁性多
層膜2を有する磁気抵抗効果素子4の方がMR曲線の立
ち上がり部分のMR傾きが大きく、反強磁性層と強磁性
層との交換結合による磁場シフト量Hexが大きいこと
がわかる。
Comparing these, the MR gradient of the rising portion of the MR curve is larger in the magnetoresistive element 4 having the magnetic multilayer film 2 according to the present invention, and the magnetic field due to the exchange coupling between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. It can be seen that the shift amount Hex is large.

【0153】また、表2に示される結果から、ピン止め
層の両側に強磁性層、非磁性金属層、軟磁性層、の順の
配置となるようにこれらの層を積層し、特に、ピン止め
層とこのピン止め層の両側に強磁性層をエピタキシャル
成長により接合することにより、MR変化率、直流磁場
でのMR傾きのみならず、応用上最も重要な1MHz での
MR傾きで代表される高周波MR特性が大きく改善され
ることがわかる。この構造により、特にサンプル2−1
〜2−4のみが0.3%/Oeを越える大きな高周波MR
傾きを示す。
From the results shown in Table 2, the ferromagnetic layer, the non-magnetic metal layer, and the soft magnetic layer were laminated in this order on both sides of the pinning layer, and in particular, the pinned layer was formed. By joining the stop layer and the ferromagnetic layers on both sides of this pinned layer by epitaxial growth, not only the MR change rate and the MR slope in the DC magnetic field but also the high frequency represented by the MR slope at 1MHz, which is the most important for the application. It can be seen that the MR characteristics are greatly improved. Due to this structure, especially sample 2-1
~ 2-4 only large high frequency MR exceeding 0.3% / Oe
Indicates the slope.

【0154】また、強磁性層の磁化をMf、軟磁性層の
磁化をMsとしたときに0.3≦Mf/Ms≦0.8と
なるときに良い高周波MR特性が得られることがわか
る。
It is also understood that good high frequency MR characteristics can be obtained when 0.3 ≦ Mf / Ms ≦ 0.8, where Mf is the magnetization of the ferromagnetic layer and Ms is the magnetization of the soft magnetic layer.

【0155】さらに表1のサンプル1と、表2のサンプ
ル2−1とを10-5Torrの真空中で230℃、4時間熱
処理した。熱処理後の角型比、ρsat と、MR変化率、
直流磁場でのMR傾き、および高周波MR傾きを表3に
示す。
Further, Sample 1 in Table 1 and Sample 2-1 in Table 2 were heat-treated at 230 ° C. for 4 hours in a vacuum of 10 −5 Torr. Squareness ratio after heat treatment, ρsat, MR change rate,
Table 3 shows the MR gradient in a DC magnetic field and the high-frequency MR gradient.

【0156】[0156]

【表3】 表3に示される結果から、初期も熱処理後も、ほとんど
特性の劣化が起こっていない。つまり磁性多層膜2を有
する磁気抵抗効果素子4では、0.3%/Oeを越える大
きな直流場での大きなMR傾き、及び1MHz での大きな
高周波MR傾きを示すことがわかる。
[Table 3] From the results shown in Table 3, there is almost no deterioration of the characteristics both in the initial stage and after the heat treatment. That is, it is understood that the magnetoresistive effect element 4 having the magnetic multilayer film 2 exhibits a large MR gradient in a large DC field exceeding 0.3% / Oe and a large high-frequency MR gradient at 1 MHz.

【0157】なお、図10(A)および(C)には、そ
れぞれ、表1のサンプル1を構成する磁性多層膜の成膜
直後および熱処理後の磁化曲線が示され、図10(B)
および(D)には、それぞれ表1のサンプル1を構成す
る磁性多層膜の成膜直後および熱処理後のMR曲線が示
される。図11(A)および(C)には、それぞれ表2
のサンプル2−1を構成する磁性多層膜の成膜直後およ
び熱処理後の磁化曲線が示され、図11(B)および
(D)には、それぞれ表2のサンプル2−1を構成する
磁性多層膜の成膜直後および熱処理後のMR曲線が示さ
れる。サンプル2−1においては、反強磁性層(ピン止
め層)の上下における交換結合力の大きさが異なってい
るため、Hexが熱処理後に上下の軟磁性層に対して異な
っている。しかし、どちらのサンプルの場合も応用上重
要な、ゼロ磁場付近のMR曲線の立ち上がり部分はほと
んど変化しておらず、成膜直後、熱処理後とも磁化曲線
良好なMR特性が維持されていることがわかる。図12
(A)および(B)には、それぞれ、表2のサンプル2
−2における成膜直後、および熱処理後のX線回折曲線
が示される。44度付近のNiFe及びCo層からの
(111)配向面の回折強度は、成膜直後に比較して熱
処理後に若干強くなっているが、本質的にはほとんど変
化がないことを示している。
10A and 10C show the magnetization curves of the magnetic multilayer film constituting Sample 1 in Table 1 immediately after the film formation and after the heat treatment, respectively, and FIG.
And (D) show MR curves immediately after the formation of the magnetic multilayer film constituting Sample 1 of Table 1 and after the heat treatment, respectively. 11 (A) and 11 (C) show Table 2 respectively.
11B shows the magnetization curves of the magnetic multilayer film constituting Sample 2-1 immediately after the film formation and after the heat treatment, and FIGS. 11B and 11D show the magnetic multilayer films constituting Sample 2-1 of Table 2, respectively. The MR curves immediately after film formation and after heat treatment are shown. In sample 2-1, since the magnitude of the exchange coupling force at the upper and lower sides of the antiferromagnetic layer (pinned layer) is different, Hex is different at the upper and lower soft magnetic layers after the heat treatment. However, in both of the samples, the rising portion of the MR curve near the zero magnetic field, which is important for application, has hardly changed, and good MR characteristics of the magnetization curve are maintained immediately after film formation and after heat treatment. Recognize. 12
Samples 2 of Table 2 are shown in (A) and (B), respectively.
2 shows the X-ray diffraction curves immediately after film formation and after heat treatment. The diffraction intensity of the (111) oriented surface from the NiFe and Co layers near 44 degrees is slightly stronger after the heat treatment than immediately after the film formation, but it shows that there is essentially no change.

【0158】さらに、図13には表2のサンプル2−1
を様々な圧力下で熱処理したときのMR傾きの変化を示
している。250℃の温度ではどの圧力でもほとんどM
R傾きの変化はないが、350℃では圧力によって差が
生じている。すなわち、10-7Torrより圧力の低い範囲
での熱処理ではMR傾きは大きな値を保っているが、1
-7Torrより圧力の高い範囲ではMR傾きが劣化してし
まう。これは真空状態といっても微量残留している酸素
によって磁性多層膜が酸化されるためである。しかし、
450℃では10-9Torrの圧力下においてもMR傾きは
劣化した。したがって、10-7Torrより圧力の低い範囲
での熱処理により、400℃以下の温度範囲においてM
R傾きは大きな値を保つことがわかる。
Further, FIG. 13 shows sample 2-1 of Table 2.
4 shows changes in MR slope when the samples were heat-treated under various pressures. Almost M at any pressure at a temperature of 250 ° C
Although the R slope does not change, at 350 ° C., a difference occurs due to the pressure. That is, in the heat treatment in the pressure range lower than 10 −7 Torr, the MR slope maintains a large value.
The MR slope deteriorates in the range where the pressure is higher than 0 -7 Torr. This is because the magnetic multilayer film is oxidized by a small amount of residual oxygen even in a vacuum state. But,
At 450 ° C, the MR slope deteriorated even under a pressure of 10 -9 Torr. Therefore, by heat treatment at a pressure lower than 10 -7 Torr, M in the temperature range of 400 ° C or lower
It can be seen that the R slope maintains a large value.

【0159】さらに、磁性多層膜2を有する磁気抵抗効
果素子4(図4に対応)の発明において、ピン止め層の
比抵抗ρp と、強磁性層の比抵抗ρf と、軟磁性層の比
抵抗ρs との3者の関係が、多層膜の特性にいかように
影響を及ぼすかを調べる実験を行った。すなわち、下記
表4に示すような種々の積層組成からなる磁性多層膜
(図4に対応)を作製し、各層の比抵抗ρp ,ρf ,ρ
s 、およびR*=ρp /[(ρs +ρf )/2]の値を
求めるとともに、各サンプルについてMR値およびMR
傾きを測定した。結果を下記表4に示した。表4の結果
より、R*=ρp/[(ρs +ρf )/2]の値が、3
〜30にあること、すなわち、下記式(1)を満たすサ
ンプル4−1〜4−4が良好な結果を示すことがわか
る。
Furthermore, in the invention of the magnetoresistive effect element 4 (corresponding to FIG. 4) having the magnetic multilayer film 2, the specific resistance ρ p of the pinning layer, the specific resistance ρ f of the ferromagnetic layer, and the soft magnetic layer. An experiment was conducted to examine how the three-way relationship with the specific resistance ρ s affects the characteristics of the multilayer film. That is, magnetic multilayer films (corresponding to FIG. 4) having various laminated compositions as shown in Table 4 below were prepared, and the specific resistance ρ p , ρ f , ρ of each layer
s and R * = ρ p / [(ρ s + ρ f ) / 2], and the MR value and MR for each sample
The slope was measured. The results are shown in Table 4 below. From the results of Table 4, the value of R * = ρ p / [(ρ s + ρ f ) / 2] is 3
It is understood that the results are in the range of ˜30, that is, the samples 4-1 to 4-4 satisfying the following formula (1) show good results.

【0160】 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1)3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) ... Equation (1)

【0161】[0161]

【表4】 次に、本発明の磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子
(図4に対応)の各層の積み順を考察するために、本発
明の磁性多層膜2(図4に対応)とは積み順序を変えた
比較サンプル5−1の磁性多層膜を作製した。すなわ
ち、比較サンプル5−1の磁性多層膜は、Ta下地層
(50Å)の上に、NiFe(70Å)/Cu(30
Å)/NiFe(70Å)/FeMn(70Å)/Cu
(30Å)/NiFe(70Å)/Cu(30Å)/N
iFe(70Å)/FeMn(70Å)/Cu(50
Å)を順次積層して作製したものである。これは図1に
示される磁性多層膜1を基本ユニットとして、Cu(3
0Å)を間に挟んで同じ積層順で2段に重ねたものであ
る。この比較サンプル5−1における、MR曲線を図1
8に示した。
[Table 4] Next, in order to examine the stacking order of each layer of the magnetoresistive effect element (corresponding to FIG. 4) having the magnetic multilayer film 2 of the present invention, the stacking order of the magnetic multilayer film 2 (corresponding to FIG. 4) of the present invention is considered. A magnetic multilayer film of Comparative Sample 5-1 in which the above was changed was produced. That is, the magnetic multilayer film of Comparative Sample 5-1 was obtained by forming NiFe (70Å) / Cu (30) on the Ta underlayer (50Å).
Å) / NiFe (70Å) / FeMn (70Å) / Cu
(30Å) / NiFe (70Å) / Cu (30Å) / N
iFe (70Å) / FeMn (70Å) / Cu (50
Å) is sequentially laminated and produced. This is based on the magnetic multilayer film 1 shown in FIG.
0 Å) is sandwiched between two layers in the same stacking order. The MR curve of this comparative sample 5-1 is shown in FIG.
8 shows.

【0162】図18に示されるグラフより、比較サンプ
ル5−1のものは、縦軸に示されるMR変化率が極めて
小さく、また、MR曲線における印加磁場を増加させて
いった場合と、逆に減少させていった場合とにおける0
磁場近傍でのMR変化率の値が一致しておらず、このも
のは到底実用に供することができないものであることが
確認された。これは、Ta下地層側から順次積層して初
めの強磁性層であるNiFe層とピン止め層であるFe
Mn層とが仮にエピタキシャル成長により接合されて
も、その後、再び、Cu、NiFe、Cuと積層してい
くにつれ、徐々にエピタキシャル成長が失われ、次のN
iFe−FeMn層間ではエピタキシャル関係が得られ
ていないことを示している。従って、最も効率良く強磁
性層をピン止めするためには、前記本発明の磁性多層膜
2(図4対応)のごとくピン止め層の上下に強磁性層を
形成し、それぞれをエピタキシャルに成長させるのがよ
い。
From the graph shown in FIG. 18, the comparative sample 5-1 has an extremely small MR change rate shown on the vertical axis, and conversely to the case where the applied magnetic field in the MR curve is increased. 0 in case of decreasing
It was confirmed that the values of the MR change rate in the vicinity of the magnetic field did not match, and that this could not be put to practical use at all. This is because the NiFe layer which is the first ferromagnetic layer and the Fe layer which is the pinning layer are sequentially laminated from the Ta underlayer side.
Even if the Mn layer is joined by the epitaxial growth, the epitaxial growth is gradually lost as the Cu, NiFe, and Cu layers are stacked again.
It indicates that no epitaxial relationship is obtained between the iFe-FeMn layers. Therefore, in order to pin the ferromagnetic layer most efficiently, the ferromagnetic layers are formed above and below the pinned layer as in the magnetic multilayer film 2 (corresponding to FIG. 4) of the present invention, and each is grown epitaxially. Is good.

【0163】さらに、磁気変換素子として第1のMRヘ
ッドの発明の実施例および比較例として、以下の実施例
3〜6および比較例1を示す。
Further, the following Examples 3 to 6 and Comparative Example 1 will be shown as Examples and Comparative Examples of the invention of the first MR head as a magnetic conversion element.

【0164】実施例3 アルティック(AlTiC)基板上に、金属下地層とし
てTaを50Å厚さに成膜し、この上にNiFe(70
Å)−Cu(30Å)−NiFe(70Å)−FeMn
(70Å)の順に積層し、磁性多層膜を成膜した。Ni
FeはNi0.81Fe0.19を表す。成膜条件は、到達圧力
2×10-7Torr、成膜時圧力1.4×10-4Torr、基板
温度10℃程度とし、各材料を0.2〜0.3Å/sec
の成膜速度で、成膜中に磁場を基板の面内かつ測定電流
と平行方向に印加しながらイオンビームスパッタ法によ
る成膜を行った。NiFe−FeMn層間にはエピタキ
シャル成長による接合が確認された。
Example 3 On an AlTiC (AlTiC) substrate, Ta was deposited to a thickness of 50Å as a metal underlayer, and NiFe (70
Å) -Cu (30Å) -NiFe (70Å) -FeMn
The layers were laminated in the order of (70Å) to form a magnetic multilayer film. Ni
Fe represents Ni 0.81 Fe 0.19 . The film forming conditions are an ultimate pressure of 2 × 10 −7 Torr, a film forming pressure of 1.4 × 10 −4 Torr, and a substrate temperature of about 10 ° C., and each material is 0.2 to 0.3 Å / sec.
During the film formation, the film formation was performed by the ion beam sputtering method while applying a magnetic field in the plane of the substrate and in the direction parallel to the measurement current during the film formation. Junction by epitaxial growth was confirmed between the NiFe-FeMn layers.

【0165】その後、フォトリソグラフィー技術を用い
て感磁部分として、20μm×6μmのパターンを形
成、その上にトラック幅3μmの電極を形成し、MRヘ
ッドとした。作製したMRヘッドの構造は図5に示すと
おりである。その後、10-5Torrの真空中で、測定電流
方向と直角かつ面内方向に200Oeの磁界を印加しなが
ら150℃から冷却し、強磁性層のピン止め効果を誘起
した。測定電流を5mA、外部磁場を±20Oe、50Hzの
範囲で変化させたときの出力電圧の変化を図14に示
す。本発明による人工格子磁性多層膜を用いたMRヘッ
ドにおいては約2.2mVの出力電圧を得た。
After that, a pattern of 20 μm × 6 μm was formed as a magnetically sensitive portion by using the photolithography technique, and an electrode having a track width of 3 μm was formed on the patterned portion to obtain an MR head. The structure of the manufactured MR head is as shown in FIG. Then, in a vacuum of 10 -5 Torr, the magnetic field of 200 Oe was applied in a direction perpendicular to the measurement current direction and cooled from 150 ° C. to induce the pinning effect of the ferromagnetic layer. FIG. 14 shows changes in the output voltage when the measurement current was changed to 5 mA and the external magnetic field was changed to ± 20 Oe and 50 Hz. In the MR head using the artificial lattice magnetic multilayer film according to the present invention, an output voltage of about 2.2 mV was obtained.

【0166】比較例1 比較例として上記実施例3と同条件でパーマロイを用
い、従来から用いられている異方性磁気抵抗効果を利用
したMRヘッドを作製した。測定電流を5mA、外部磁場
を±20Oe、50Hzの範囲で変化させた。このときの出
力電圧は0.8mVであった。
Comparative Example 1 As a comparative example, a permalloy was used under the same conditions as in Example 3 above to fabricate an MR head utilizing the conventionally used anisotropic magnetoresistive effect. The measurement current was 5 mA, and the external magnetic field was changed in the range of ± 20 Oe and 50 Hz. The output voltage at this time was 0.8 mV.

【0167】実施例3と比較例1により、本発明の第1
のMRヘッドにおいては、従来例と比較して3倍近い出
力が得られた。したがって、本発明の効果は明かであ
る。
The first aspect of the present invention is obtained by the third embodiment and the first comparative example.
In the MR head, the output was nearly three times as high as that of the conventional example. Therefore, the effect of the present invention is clear.

【0168】実施例4 アルティック(AlTiC)基板上に金属下地層として
Taを50Å厚さに成膜し、この上にNiFe(70
Å)−Cu(30Å)−NiFe(70Å)−FeMn
(70Å)−NiFe(70Å)−Cu(30Å)−N
iFe(70Å)層の順に積層し磁性多層膜を成膜し
た。成膜条件は、到達圧力1.7×10-7Torr、成膜時
圧力1.4×10-4Torr、基板温度10℃程度とし、各
材料を0.2〜0.3Å/sec の成膜速度で、成膜中に
磁場を基板の面内かつ測定電流と平行方向に印加しなが
らイオンビームスパッタ法による成膜を行った。その
後、10 -5Torrの真空中で、測定電流方向と直角かつ面
内方向に200Oeの磁界を印加しながら150℃から冷
却し、強磁性層のピン止め効果を誘起した。その他の条
件は上記実施例3と同様にしてMRヘッドを作製した。
NiFe−FeMn−NiFeにはエピタキシャル成長
による接合が確認された。
[0168]Example 4 As a metal underlayer on an AlTiC substrate
A Ta film is formed to a thickness of 50 Å and NiFe (70
Å) -Cu (30Å) -NiFe (70Å) -FeMn
(70Å) -NiFe (70Å) -Cu (30Å) -N
iFe (70Å) layers are laminated in this order to form a magnetic multilayer film.
It was The film forming condition is an ultimate pressure of 1.7 × 10.-7Torr, during film formation
Pressure 1.4 × 10-FourTorr, substrate temperature of about 10 ℃,
The material is deposited at a deposition rate of 0.2 to 0.3Å / sec during film formation.
Do not apply a magnetic field in the plane of the substrate and parallel to the measured current.
Film formation by the ion beam sputtering method. That
After 10 -FiveIn the vacuum of Torr, perpendicular to the measuring current direction and plane
Cool from 150 ℃ while applying a magnetic field of 200 Oe inward.
On the contrary, the pinning effect of the ferromagnetic layer was induced. Other articles
An MR head was manufactured in the same manner as in Example 3 above.
Epitaxial growth for NiFe-FeMn-NiFe
The joining was confirmed.

【0169】作製したMRヘッドの構造は図5に示すと
おりである。外部磁場を±20Oe、50Hz の範囲で変
化させたときの出力電圧の変化を図15に示す。本発明
による人工格子磁性多層膜を用いたMRヘッドにおいて
は3.0mVの出力電圧を得た。実施例3と比較して、電
極間での抵抗値は約30%小さくなっていた。これは磁
性多層膜の比抵抗が小さくなったためである。MRヘッ
ドの動作としては比抵抗が小さい方が測定電流による発
熱を押さえることができるので都合がよい。
The structure of the manufactured MR head is as shown in FIG. FIG. 15 shows changes in the output voltage when the external magnetic field is changed within the range of ± 20 Oe and 50 Hz. An output voltage of 3.0 mV was obtained in the MR head using the artificial lattice magnetic multilayer film according to the present invention. As compared with Example 3, the resistance value between the electrodes was reduced by about 30%. This is because the specific resistance of the magnetic multilayer film has decreased. As for the operation of the MR head, it is convenient that the specific resistance is small because the heat generated by the measurement current can be suppressed.

【0170】また、発熱による、MRヘッドの特性劣化
も押さえることができる。本発明のMRヘッドでは従来
例と比較しても3.8倍近くの効果が確認された。
Further, deterioration of the characteristics of the MR head due to heat generation can be suppressed. With the MR head of the present invention, an effect of approximately 3.8 times was confirmed as compared with the conventional example.

【0171】実施例5 さらに、図16では、本発明の磁気抵抗効果素子をヨー
ク型MRヘッドに応用した例が示される。ここでは、磁
束を導くヨーク600、600の一部に切り欠きを設
け、その間に磁気抵抗効果素子200が薄い絶縁膜40
0を介して形成されている。この磁気抵抗効果素子20
0には、ヨーク600、600で形成される磁路の方向
と平行または直角方向に電流を流すための電極(図示せ
ず)が形成されている。その結果、パーマロイを用いた
場合のMRヘッドより2倍の出力が確認された。本発明
の磁性多層膜では、0磁場での立ち上がり特性が良好で
あるので、通常用いられるシャント層やバイアス磁界印
加手段は設けなくてもよい。
Embodiment 5 Furthermore, FIG. 16 shows an example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a yoke type MR head. Here, a notch is provided in a part of the yokes 600, 600 for guiding the magnetic flux, and the magnetoresistive effect element 200 has a thin insulating film 40 therebetween.
It is formed through 0. This magnetoresistive element 20
At 0, electrodes (not shown) for passing a current in a direction parallel to or perpendicular to the magnetic path formed by the yokes 600, 600 are formed. As a result, it was confirmed that the output was double that of the MR head using Permalloy. Since the magnetic multilayer film of the present invention has a good rising characteristic at 0 magnetic field, it is not necessary to provide a shunt layer or a bias magnetic field applying unit that is normally used.

【0172】実施例6 図17には、本発明の磁気抵抗効果素子を用いて磁気変
換素子、例えばMRヘッドを構成するときの他の実施例
が示される。磁気抵抗効果素子200は高比抵抗フラッ
クスガイド層700,710と磁気的に接触して形成さ
れている。このフラッスガイド層は、磁性多層膜200
より3倍以上大きい比抵抗を持つ材料で構成されている
ので、磁性多層膜200に流れる測定電流は実質的にフ
ラックスガイド層700,710には流れることはな
い。一方、フラックスガイド層700と磁性多層膜20
0とは磁気的に接触しているので、信号磁界はフラック
スガイド層700に導かれ、その強度を失うことなく、
磁性多層膜200に到達する。符号600はもう一方の
異なるフラックスガイド層で、磁性多層膜200を通過
した磁束のリターンガイドの働きをする。このフラック
スガイド層600は磁気抵抗効果素子200、及び高比
抵抗フラックスガイド層700,710対し、両側に設
けられても良い。また、符号710と符号600のガイ
ド層が媒体に対して遠い端部で接触されていても良い。
このとき、パーマロイを用いた場合のMRヘッドより3
倍の出力が確認された。なお、図中、符号400は、非
磁性絶縁層である。
Embodiment 6 FIG. 17 shows another embodiment in which a magnetic conversion element, for example, an MR head is constructed using the magnetoresistive effect element of the present invention. The magnetoresistive effect element 200 is formed in magnetic contact with the high resistivity flux guide layers 700 and 710. This flood guide layer is a magnetic multilayer film 200.
The measurement current flowing through the magnetic multilayer film 200 does not substantially flow through the flux guide layers 700 and 710 because it is made of a material having a specific resistance that is three times or more higher. On the other hand, the flux guide layer 700 and the magnetic multilayer film 20
Since it is in magnetic contact with 0, the signal magnetic field is guided to the flux guide layer 700 and does not lose its strength.
The magnetic multilayer film 200 is reached. Reference numeral 600 denotes another different flux guide layer, which functions as a return guide for the magnetic flux that has passed through the magnetic multilayer film 200. The flux guide layer 600 may be provided on both sides of the magnetoresistive effect element 200 and the high resistivity flux guide layers 700 and 710. Further, the guide layers 710 and 600 may be in contact with the medium at the far end.
At this time, 3 from the MR head when using Permalloy.
Double output was confirmed. In the figure, reference numeral 400 is a non-magnetic insulating layer.

【0173】[0173]

【発明の効果】以上説明してきたように、磁性多層膜1
を有する磁気抵抗効果素子に関する第1の発明によれ
ば、MR傾きが0.3%/Oe以上の抵抗変化率をもつ磁
気抵抗効果素子が得られる。しかも、0 磁場でのMR曲
線の立ち上がり特性はきわめて良好であり、加えて高い
耐熱性をも示す。また、磁性多層膜2を有する磁気抵抗
効果素子に関する第2の発明によれば、さらに加えて1
MHz の高周波におけるMR傾きが0.3%/Oe以上の高
い値を示し、比抵抗が小さく、またこものは10-7Torr以
下の圧力であれば350℃前後の熱処理によっても特性
の劣化は生じない。磁性多層膜1を有する磁気抵抗効果
素子を用いた磁気変換素子、例えばMRヘッドでは従来
材料に比較して3倍近い大きい出力電圧を得ることがで
きる。さらに磁性多層膜2を有する磁気抵抗効果素子を
用いた磁気変換素子、例えばMRヘッドでは、高周波領
域でのMR傾きが0.3%/Oe以上の高い値を示し、比
抵抗が小さく、測定電流による発熱量を小さく、3.8
倍の出力電圧とすることができる。したがって信頼性の
極めて高い、1Gbit/ inch2 を越えるような超高密度磁
気記録の読み出しを可能にするすぐれたMRヘッドを提
供することができる。
As described above, the magnetic multilayer film 1
According to the first invention relating to the magnetoresistive effect element having, the magnetoresistive effect element having an MR gradient of 0.3% / Oe or more in resistance change rate can be obtained. Moreover, the rising characteristics of the MR curve at 0 magnetic field are extremely good, and in addition, high heat resistance is exhibited. According to the second invention relating to the magnetoresistive effect element having the magnetic multilayer film 2, in addition to the above,
The MR slope at a high frequency of MHz shows a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, and if the pressure is 10 -7 Torr or less, the characteristics are not deteriorated even by heat treatment at about 350 ° C. Does not happen. In a magnetic conversion element using a magnetoresistive effect element having the magnetic multilayer film 1, for example, an MR head, it is possible to obtain an output voltage nearly three times as large as that of a conventional material. Further, in a magnetic conversion element using a magnetoresistive effect element having the magnetic multilayer film 2, for example, an MR head, the MR inclination in the high frequency region shows a high value of 0.3% / Oe or more, the specific resistance is small, and the measured current is small. The amount of heat generated by is small, 3.8
The output voltage can be doubled. Therefore, it is possible to provide a highly reliable MR head capable of reading super-high density magnetic recording exceeding 1 Gbit / inch 2 .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、第1の発明の磁気抵抗効果素子の断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive effect element of a first invention.

【図2】図2は、本発明の作用を説明するための磁気抵
抗効果素子、特に磁性多層膜の構造の模式図である。
FIG. 2 is a schematic view of the structure of a magnetoresistive effect element, particularly a magnetic multilayer film, for explaining the operation of the present invention.

【図3】図3は、本発明の作用を説明するための磁化曲
線とMR曲線の模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a magnetization curve and an MR curve for explaining the operation of the present invention.

【図4】図4は、第2の発明の磁気抵抗効果素子の断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view of a magnetoresistive effect element of a second invention.

【図5】図5は、本発明の磁気変換素子の1例を示す一
部省略断面図である。
FIG. 5 is a partially omitted sectional view showing an example of a magnetic conversion element of the present invention.

【図6】図6は、本発明の磁気変換素子の磁気抵抗効果
素子(磁性多層膜)と電極部の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view showing a structure of a magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) and an electrode portion of the magnetic conversion element of the present invention.

【図7】図7は、本発明の磁気変換素子の磁気抵抗効果
素子(磁性多層膜)と電極部の構造の他の例を示す断面
図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) and the electrode portion of the magnetic conversion element of the present invention.

【図8】図8は、第1の発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)の直流磁場でのMR曲線の例である。
FIG. 8 is an example of an MR curve in a DC magnetic field of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the first invention.

【図9】図9(A),(B)は、それぞれ、第2の発明
の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の直流磁場での磁化
曲線とMR曲線を示すグラフである。
9A and 9B are graphs respectively showing a magnetization curve and an MR curve in a DC magnetic field of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the second invention.

【図10】図10(A),(C)は、それぞれ第1の発
明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の成膜直後と熱処
理後の磁化曲線示すグラフであり、図10(B),
(D)は、それぞれ、第1の発明の磁気抵抗効果素子
(磁性多層膜)の成膜直後と熱処理後のMR曲線を示す
グラフである。
10 (A) and 10 (C) are graphs showing magnetization curves of a magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) according to the first invention immediately after film formation and after heat treatment, respectively, and FIG. ,
(D) is a graph showing the MR curve immediately after the film formation and after the heat treatment of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the first invention.

【図11】図11(A),(C)は、それぞれ第2の発
明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の成膜直後と熱処
理後の磁化曲線示すグラフであり、図11(B),
(D)は、それぞれ、第2の発明の磁気抵抗効果素子
(磁性多層膜)の成膜直後と熱処理後のMR曲線を示す
グラフである。
11 (A) and 11 (C) are graphs showing the magnetization curves of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the second invention immediately after film formation and after heat treatment, respectively, and FIG. ,
(D) is a graph showing the MR curve immediately after the film formation of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the second invention and after the heat treatment, respectively.

【図12】図12(A),(B)は、それぞれ第2の発
明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)の成膜直後と熱処
理後のX線回折パターンを示すグラフである。
FIGS. 12A and 12B are graphs showing X-ray diffraction patterns immediately after film formation and after heat treatment of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the second invention.

【図13】図13は、第2の発明の磁気抵抗効果素子
(磁性多層膜)と比較例とを、250℃から450℃の
様々な圧力下で熱処理したときの圧力とMR傾きとの関
係を示すグラフである。
FIG. 13 is a relationship between the pressure and the MR slope when the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the second invention and the comparative example are heat-treated under various pressures of 250 ° C. to 450 ° C. It is a graph which shows.

【図14】図14は、第1の発明の磁気変換素子(MR
ヘッド)の印加磁場と出力電圧を示すチャートである。
FIG. 14 is a magnetic conversion element (MR) of the first invention.
3 is a chart showing an applied magnetic field of a head) and an output voltage.

【図15】図15は、第2の発明の磁気変換素子(MR
ヘッド)の印加磁場と出力電圧を示すチャートである。
FIG. 15 is a diagram showing a magnetic conversion element (MR) of the second invention.
3 is a chart showing an applied magnetic field of a head) and an output voltage.

【図16】図16は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)をヨーク型MRヘッドに応用した1例を示す一
部省略断面図である。
FIG. 16 is a partially omitted cross-sectional view showing an example in which the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention is applied to a yoke type MR head.

【図17】図17は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)をフラックスガイド型MRヘッドに応用した1
例を示す一部省略断面図である。
FIG. 17 is a graph showing a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) of the present invention applied to a flux guide type MR head.
It is a partially omitted sectional view showing an example.

【図18】図18は、比較サンプル5−1のMR曲線を
示したものである。
FIG. 18 shows an MR curve of Comparative Sample 5-1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁性多層膜 2…磁性多層膜 3…磁気抵抗効果素子 5…基盤 7…磁性多層ユニット 10…金属下地層 20…軟磁性層 30…非磁性金属層 40…強磁性層 50…ピン止め層 60…強磁性層とピン止め層との界面 80…保護層 90…記録媒体 93…記録面 150…磁気抵抗効果型ヘッド 200…磁気抵抗効果素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic multilayer film 2 ... Magnetic multilayer film 3 ... Magnetoresistive effect element 5 ... Base | substrate 7 ... Magnetic multilayer unit 10 ... Metal underlayer 20 ... Soft magnetic layer 30 ... Nonmagnetic metal layer 40 ... Ferromagnetic layer 50 ... Pinning layer 60 ... Interface between ferromagnetic layer and pinning layer 80 ... Protective layer 90 ... Recording medium 93 ... Recording surface 150 ... Magnetoresistive head 200 ... Magnetoresistive element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 43/08 Z 43/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 43/08 Z 43/10

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極部
とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層と、非磁性金属
層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の
他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化
の向きをピン止めするために強磁性層の上に形成された
ピン止め層とを有する磁性多層膜を備えており、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気変換素子。
1. A magnetic conversion element including a magnetoresistive effect element, a conductor film, and an electrode portion, wherein the conductor film is electrically connected to the magnetoresistive effect element through the electrode portion, The magnetoresistive element includes a non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, and the ferromagnetic layer. A magnetic multilayer film having a pinning layer formed on the ferromagnetic layer to pin the direction of magnetization of the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. A magnetic conversion element characterized by the above.
【請求項2】 前記ピン止め層は、反強磁性層、硬質磁
性層、ピン止め層に接続される強磁性層とは異なる材質
からなるピン止め用強磁性層、および人工的な構造欠陥
を導入した層の中から選ばれた少なくとも1つである請
求項1記載の磁気変換素子。
2. The pinning layer has an antiferromagnetic layer, a hard magnetic layer, a pinning ferromagnetic layer made of a material different from the ferromagnetic layer connected to the pinning layer, and an artificial structural defect. The magnetic conversion element according to claim 1, which is at least one selected from the introduced layers.
【請求項3】 前記強磁性層は、(Coz Ni1-zw
Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.5
≦w≦1.0である)で表される組成であり、前記軟磁
性層は、(Nix Fe1-xy Co1-y (ただし、重量
で0.7≦x≦0.9、0.5≦y≦1.0である)で
表される組成である請求項1または請求項2記載の磁気
変換素子。
3. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ) w
Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 by weight
≦ w ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is (Ni x Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.9 by weight). , 0.5 ≦ y ≦ 1.0), The magnetic conversion element according to claim 1 or claim 2.
【請求項4】 前記強磁性層は、(Coz Ni1-zw
Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.5
≦w≦1.0である)で表される組成であり、前記軟磁
性層は、Cotu M’qr (ただし、原子で0.6
≦t≦0.95、0.01≦u≦0.2、0.01≦q
≦0.1、0.05≦r≦0.3;Mは、Fe,Niか
ら選ばれた少なくとも1種以上であり、M’は、Zr,
Si,Mo,Nbから選ばれた少なくとも1種以上を表
す)で表される組成である請求項1または請求項2記載
の磁気変換素子。
4. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ) w
Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 by weight
≦ w ≦ 1.0), and the soft magnetic layer has a composition of Co t M u M ′ q B r (provided that the number of atoms is 0.6).
≤t≤0.95, 0.01≤u≤0.2, 0.01≤q
≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦ 0.3; M is at least one selected from Fe and Ni, M ′ is Zr,
The magnetic conversion element according to claim 1, which has a composition represented by at least one selected from Si, Mo, and Nb).
【請求項5】 前記非磁性金属層は、Au、Ag、およ
びCuの中から選ばれた少なくとも1種を含む材料から
なる請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の磁気変
換素子。
5. The magnetic conversion element according to claim 1, wherein the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.
【請求項6】 前記ピン止め層を硬質磁性層で構成する
場合、当該硬質磁性層は、Fe、CoおよびNiの中か
ら選ばれた1種の金属からなるか、もしくは、Fe、C
oおよびNiの中から選ばれた1種の金属を50wt%
以上含む合金からなり、前記ピン止め層を反強磁性層で
構成する場合、当該反強磁性層は、Fe、Ni、Co、
Cr、Mn、Ru、Rh、Mo、Oの中から選ばれた少
なくとも2種以上を含む材料からなる請求項2ないし請
求項5のいずれかに記載の磁気変換素子。
6. When the pinning layer is composed of a hard magnetic layer, the hard magnetic layer is made of one metal selected from Fe, Co and Ni, or Fe, C
50 wt% of one metal selected from o and Ni
When the pinning layer is made of an alloy containing the above and the pinning layer is formed of an antiferromagnetic layer, the antiferromagnetic layer is formed of Fe, Ni, Co,
The magnetic conversion element according to any one of claims 2 to 5, which is made of a material containing at least two or more selected from Cr, Mn, Ru, Rh, Mo, and O.
【請求項7】 前記ピン止め層の比抵抗をρp 、前記強
磁性層の比抵抗をρf 、前記軟磁性層の比抵抗をρs
した場合、これらの比抵抗関係が下記式(1)を満たす
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の磁気変換素
子。 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1)
7. When the specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s , the specific resistance relationship between them is as follows: The magnetic conversion element according to any one of claims 1 to 6, which satisfies 1). 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) ... Equation (1)
【請求項8】 前記磁気抵抗効果素子は、1MHzでの
高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗変化の傾き
が、0.2%/Oe以上である請求項1ないし請求項7
のいずれかに記載の磁気変換素子。
8. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a gradient of magnetoresistive change in a width of 6 Oe in a high frequency magnetic field of 1 MHz is 0.2% / Oe or more.
The magnetic conversion element according to any one of 1.
【請求項9】 磁気変換素子が磁気抵抗効果型ヘッドで
ある請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の磁気変
換素子。
9. The magnetic conversion element according to claim 1, wherein the magnetic conversion element is a magnetoresistive head.
【請求項10】 前記磁気抵抗効果素子の両端部は、そ
の端部全体が電極部と接触する状態で接合されているこ
とを特徴とする請求項9記載の磁気変換素子。
10. The magnetic conversion element according to claim 9, wherein both end portions of the magnetoresistive effect element are joined in a state where the entire end portion is in contact with the electrode portion.
【請求項11】 磁気抵抗効果素子の両端部に形成され
た電極部との間に、さらに、連結用軟磁性層を有し、こ
の連結用軟磁性層と磁気抵抗効果素子の端部の全体が接
触する状態で接続されている請求項10記載の磁気変換
素子。
11. A magnetoresistive effect element further has a coupling soft magnetic layer between the electrode portions formed at both ends thereof, and the coupling soft magnetic layer and the end portion of the magnetoresistive effect element as a whole. The magnetic conversion element according to claim 10, wherein the magnetic conversion elements are connected in contact with each other.
【請求項12】 前記連結用軟磁性層は、磁気抵抗効果
素子と、この磁気抵抗効果素子の両端部に形成された電
極部との間、および前記電極部の下面にも接触するよう
に連続して形成されている請求項11記載の磁気変換素
子。
12. The connecting soft magnetic layer is continuous so as to be in contact with the magnetoresistive effect element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and so as to contact the lower surface of the electrode portion. The magnetic conversion element according to claim 11, wherein the magnetic conversion element is formed as follows.
【請求項13】 バイアス磁界印加機構をもたない請求
項9ないし請求項12のいずれかに記載の磁気変換素
子。
13. The magnetic conversion element according to claim 9, which does not have a bias magnetic field applying mechanism.
【請求項14】 前記強磁性層は、その成膜時に信号磁
場方向と同一、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外
部磁場を印加して形成されたものであり、前記軟磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と垂直、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のである請求項9ないし請求項13のいずれかに記載の
磁気変換素子。
14. The ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the film in-plane direction, which is the same as the signal magnetic field direction during film formation. 14. The magnetic conversion element according to claim 9, which is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction perpendicular to the signal magnetic field direction during the film formation.
【請求項15】 磁気抵抗効果素子と、導体膜と、電極
部とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、隣接する強磁性層の磁化の向
きをピン止めするためのピン止め層と、このピン止め層
の両側にそれぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層
および一対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユ
ニットを有する磁性多層膜を備えており、 前記強磁性層と一対のピン止め層とは、それぞれ、エピ
タキシャル成長により接合されていることを特徴とする
磁気変換素子。
15. A magnetic conversion element including a magnetoresistive effect element, a conductor film, and an electrode portion, wherein the conductor film is electrically connected to the magnetoresistive effect element via the electrode portion, The magnetoresistive effect element includes a pinning layer for pinning the magnetization direction of an adjacent ferromagnetic layer, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of nonmagnetic metal layers and a pair of soft layers on both sides of the pinning layer. The magnetic conversion device is provided with a magnetic multilayer film having a magnetic multilayer film unit in which magnetic layers are sequentially arranged, and the ferromagnetic layer and the pair of pinning layers are respectively joined by epitaxial growth. element.
【請求項16】 前記ピン止め層は、反強磁性層、硬質
磁性層、ピン止め層に接続される強磁性層とは異なる材
質からなるピン止め用強磁性層、および人工的な構造欠
陥を導入した層の中から選ばれた少なくとも1つである
請求項15記載の磁気変換素子。
16. The pinning layer has an antiferromagnetic layer, a hard magnetic layer, a pinning ferromagnetic layer made of a material different from the ferromagnetic layer connected to the pinning layer, and an artificial structural defect. The magnetic conversion element according to claim 15, which is at least one selected from the introduced layers.
【請求項17】 前記強磁性層は、(Coz Ni1-z
w Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.
5≦w≦1.0である)で表される組成であり、前記軟
磁性層は、(Nix Fe1-xy Co1-y (ただし、重
量で0.7≦x≦0.9、0.5≦y≦1.0である)
で表される組成である請求項15または請求項16記載
の磁気変換素子。
17. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ).
w Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0 by weight, 0.
5 ≦ w ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is (Ni x Fe 1-x ) y Co 1-y (however, 0.7 ≦ x ≦ 0. 9, 0.5 ≦ y ≦ 1.0)
The magnetic conversion element according to claim 15 or 16, which has a composition represented by:
【請求項18】 前記強磁性層は、(Coz Ni1-z
w Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.
5≦w≦1.0である)で表される組成であり、前記軟
磁性層は、Cotu M’qr (ただし、原子で0.
6≦t≦0.95、0.01≦u≦0.2、0.01≦
q≦0.1、0.05≦r≦0.3;Mは、Fe,Ni
から選ばれた少なくとも1種以上であり、M’は、Z
r,Si,Mo,Nbから選ばれた少なくとも1種以上
を表す)で表される組成である請求項15または請求項
16記載の磁気変換素子。
18. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ).
w Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0 by weight, 0.
5 ≦ w ≦ 1.0), and the soft magnetic layer has a composition of Co t M u M ′ q B r (provided that the atomic number is 0.
6 ≦ t ≦ 0.95, 0.01 ≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦
q ≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦ 0.3; M is Fe, Ni
At least one selected from the group M'is Z
The magnetic conversion element according to claim 15 or 16, which has a composition represented by at least one selected from r, Si, Mo, and Nb).
【請求項19】 前記非磁性金属層は、Au、Ag、お
よびCuの中から選ばれた少なくとも1種を含む材料か
らなる請求項15ないし請求項18のいずれかに記載の
磁気変換素子。
19. The magnetic conversion element according to claim 15, wherein the non-magnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.
【請求項20】 前記ピン止め層を硬質磁性層で構成す
る場合、当該硬質磁性層は、Fe、CoおよびNiの中
から選ばれた1種の金属からなるか、もしくは、Fe、
CoおよびNiの中から選ばれた1種の金属を50wt
%以上含む合金からなり、前記ピン止め層を反強磁性層
で構成する場合、当該反強磁性層は、Fe、Ni、C
o、Cr、Mn、Ru、Rh、Mo、Oの中から選ばれ
た少なくとも2種以上を含む材料からなる請求項16な
いし請求項19のいずれかに記載の磁気変換素子。
20. When the pinning layer is composed of a hard magnetic layer, the hard magnetic layer is made of one metal selected from Fe, Co and Ni, or Fe,
50wt% of one metal selected from Co and Ni
% Or more, and when the pinning layer is formed of an antiferromagnetic layer, the antiferromagnetic layer is made of Fe, Ni, C
20. The magnetic conversion element according to claim 16, which is made of a material containing at least two or more selected from o, Cr, Mn, Ru, Rh, Mo, and O.
【請求項21】 前記ピン止め層の比抵抗をρp 、前記
強磁性層の比抵抗をρf 、前記軟磁性層の比抵抗をρs
とした場合、これらの比抵抗関係が下記式(1)を満た
す請求項15ないし請求項20のいずれかに記載の磁気
変換素子。 3((ρf +ρs )/2)<ρp <30((ρf +ρs )/2)…式(1)
21. The specific resistance of the pinned layer is ρ p , the specific resistance of the ferromagnetic layer is ρ f , and the specific resistance of the soft magnetic layer is ρ s.
The magnetic conversion element according to any one of claims 15 to 20, wherein the specific resistance relationship satisfies the following expression (1). 3 ((ρ f + ρ s ) / 2) <ρ p <30 ((ρ f + ρ s ) / 2) ... Equation (1)
【請求項22】 前記磁気抵抗効果素子は、1MHzで
の高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗変化の傾き
が0.2%/Oe以上である請求項15ないし請求項2
1のいずれかに記載の磁気変換素子。
22. The magnetoresistive effect element according to claim 15, wherein a gradient of magnetoresistance change in a width of 6 Oe in a high frequency magnetic field of 1 MHz is 0.2% / Oe or more.
1. The magnetic conversion element according to any one of 1.
【請求項23】 磁気変換素子が、磁気抵抗効果型ヘッ
ドである請求項15ないし請求項22のいずれかに記載
の磁気変換素子。
23. The magnetic conversion element according to claim 15, wherein the magnetic conversion element is a magnetoresistive head.
【請求項24】 前記磁気抵抗効果素子の両端部は、そ
の端部全体が電極部と接触する状態で接合されているこ
とを特徴とする請求項23記載の磁気変換素子。
24. The magnetic conversion element according to claim 23, wherein both end portions of the magnetoresistive effect element are joined in a state where the entire end portion is in contact with the electrode portion.
【請求項25】 磁気抵抗効果素子の両端部に形成され
た電極部との間に、さらに、連結用軟磁性層を有し、こ
の連結用軟磁性層と磁気抵抗効果素子の端部の全体が接
触する状態で接続されている請求項24記載の磁気変換
素子。
25. A soft magnetic layer for connection is further provided between the electrode portions formed on both ends of the magnetoresistive effect element, and the soft magnetic layer for connection and the entire end of the magnetoresistive effect element. 25. The magnetic conversion element according to claim 24, wherein the magnetic conversion elements are connected in contact with each other.
【請求項26】 前記連結用軟磁性層は、磁気抵抗効果
素子と、この磁気抵抗効果素子の両端部に形成された電
極部との間、および前記電極部の下面にも接触するよう
に連続して形成されている請求項25記載の磁気変換素
子。
26. The soft magnetic layer for connection is continuous between the magnetoresistive effect element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and so as to contact the lower surface of the electrode portion. 26. The magnetic conversion element according to claim 25, which is formed by the following method.
【請求項27】 バイアス磁界印加機構をもたない請求
項23ないし請求項26のいずれかに記載の磁気変換素
子。
27. The magnetic conversion element according to claim 23, which does not have a bias magnetic field applying mechanism.
【請求項28】 前記強磁性層は、その成膜時に信号磁
場方向と同一、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外
部磁場を印加して形成されたものであり、前記軟磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と垂直、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のである請求項23ないし請求項27のいずれかに記載
の磁気変換素子。
28. The ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction, which is the same as the signal magnetic field direction during film formation. 28. The magnetic conversion element according to claim 23, which is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction perpendicular to the signal magnetic field direction during the film formation.
【請求項29】 非磁性金属層と、非磁性金属層の一方
の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面
に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きを
ピン止めするために強磁性層の上に形成されたピン止め
層とを有する磁性多層膜を備えてなる磁気抵抗効果素子
であって、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。
29. A non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, and the ferromagnetic layer. A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multilayer film having a pinning layer formed on a ferromagnetic layer for pinning the direction of magnetization, wherein the ferromagnetic layer and the pinning layer are: A magnetoresistive element characterized by being joined by epitaxial growth.
【請求項30】 隣接する強磁性層の磁化の向きをピン
止めするためのピン止め層と、このピン止め層の両側に
それぞれ一対の強磁性層、一対の非磁性金属層および一
対の軟磁性層を順次配置してなる磁性多層膜ユニットと
を有する磁性多層膜を備えてなる磁気抵抗効果素子であ
って、 前記強磁性層とピン止め層とは、エピタキシャル成長に
より接合されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。
30. A pinning layer for pinning the magnetization direction of adjacent ferromagnetic layers, and a pair of ferromagnetic layers, a pair of non-magnetic metal layers and a pair of soft magnetic layers on both sides of the pinning layer, respectively. A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multilayer film having a magnetic multilayer film unit formed by sequentially arranging layers, wherein the ferromagnetic layer and the pinning layer are joined by epitaxial growth. Magnetoresistive effect element.
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