JPH09115113A - 磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents
磁気抵抗効果ヘッドInfo
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- JPH09115113A JPH09115113A JP18965196A JP18965196A JPH09115113A JP H09115113 A JPH09115113 A JP H09115113A JP 18965196 A JP18965196 A JP 18965196A JP 18965196 A JP18965196 A JP 18965196A JP H09115113 A JPH09115113 A JP H09115113A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな磁気抵抗変化率を再現性よく得ること
を可能にした磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【解決手段】 Co基磁性合金からなる一対の磁性層１、
２間に非磁性中間層３を配置した 3層積層構造のスピン
バルブ膜４を具備する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、一
対の磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 （ただし、ｄ1 ≧
ｄ2 ））を 3nm≦ｄ1 ≦7nm、 3nm≦ｄ2 ≦ 7nmおよび
0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満足させる。5層積層
構造のスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッドに
おいても、同様に外側の 2つの磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ
2 ）を上記条件を満足させる。
を可能にした磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【解決手段】 Co基磁性合金からなる一対の磁性層１、
２間に非磁性中間層３を配置した 3層積層構造のスピン
バルブ膜４を具備する磁気抵抗効果ヘッドにおいて、一
対の磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 （ただし、ｄ1 ≧
ｄ2 ））を 3nm≦ｄ1 ≦7nm、 3nm≦ｄ2 ≦ 7nmおよび
0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満足させる。5層積層
構造のスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッドに
おいても、同様に外側の 2つの磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ
2 ）を上記条件を満足させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ膜を
有する磁気抵抗効果ヘッドに関する。
有する磁気抵抗効果ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、磁気記録媒体に記録された情報
の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録
媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電
磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法によっ
て行われている。また、情報を読み出す場合に、磁気抵
抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）を用いること
も知られている(IEEE MAG-7,150(1971) 等参照）。
の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録
媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電
磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法によっ
て行われている。また、情報を読み出す場合に、磁気抵
抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）を用いること
も知られている(IEEE MAG-7,150(1971) 等参照）。
【０００３】ＭＲヘッドは、ある種の強磁性体の電気抵
抗が外部磁界の強さに応じて変化するという現象を利用
したものであり、磁気記録媒体用の高感度ヘッドとして
知られている。近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が
進められ、情報読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記
録媒体との相対速度が小さくなってきている。このた
め、小さい相対速度であっても大きな出力が取り出せる
ＭＲヘッドへの期待が高まっている。
抗が外部磁界の強さに応じて変化するという現象を利用
したものであり、磁気記録媒体用の高感度ヘッドとして
知られている。近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が
進められ、情報読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記
録媒体との相対速度が小さくなってきている。このた
め、小さい相対速度であっても大きな出力が取り出せる
ＭＲヘッドへの期待が高まっている。
【０００４】従来、ＭＲヘッドの外部磁界を感知して抵
抗が変化する部分（以下、ＭＲエレメントと呼ぶ）に
は、 Ni-Fe合金いわゆるパーマロイ系合金が使用されて
きた。しかし、パーマロイ系合金は、良好な軟磁気特性
を有するものでも、磁気抵抗変化率が最大で3%程度であ
り、小型・大容量化された磁気記録媒体用のＭＲエレメ
ントとしては、パーマロイ系合金は磁気抵抗変化率が不
十分である。このため、ＭＲエレメント材料として、よ
り高感度な磁気抵抗効果を示すものが望まれている。
抗が変化する部分（以下、ＭＲエレメントと呼ぶ）に
は、 Ni-Fe合金いわゆるパーマロイ系合金が使用されて
きた。しかし、パーマロイ系合金は、良好な軟磁気特性
を有するものでも、磁気抵抗変化率が最大で3%程度であ
り、小型・大容量化された磁気記録媒体用のＭＲエレメ
ントとしては、パーマロイ系合金は磁気抵抗変化率が不
十分である。このため、ＭＲエレメント材料として、よ
り高感度な磁気抵抗効果を示すものが望まれている。
【０００５】このような要望に対して、 Fe/Crや Co/Cu
のように、強磁性金属膜と非磁性金属膜とをある条件で
交互に積層して、近接する強磁性金属膜間を反強磁性結
合せしめた多層膜、いわゆる人工格子膜においては、巨
大な磁気抵抗効果が現れることが確認されている。人工
格子膜によれば、最大で100%を超える大きな磁気抵抗変
化率を示すことが報告されている（Phys.Rev.Lett.,Vo
l.61,2474(1988)、Phys．Rev.Lett.,Vol.64,2304(1990)
等参照）。しかし、人工格子膜は、その飽和磁界が高
いために、ＭＲエレメントには不向きである。
のように、強磁性金属膜と非磁性金属膜とをある条件で
交互に積層して、近接する強磁性金属膜間を反強磁性結
合せしめた多層膜、いわゆる人工格子膜においては、巨
大な磁気抵抗効果が現れることが確認されている。人工
格子膜によれば、最大で100%を超える大きな磁気抵抗変
化率を示すことが報告されている（Phys.Rev.Lett.,Vo
l.61,2474(1988)、Phys．Rev.Lett.,Vol.64,2304(1990)
等参照）。しかし、人工格子膜は、その飽和磁界が高
いために、ＭＲエレメントには不向きである。
【０００６】一方、強磁性膜／非磁性膜／強磁性膜のサ
ンドイッチ構造の多層膜で、強磁性膜が反強磁性結合し
ない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告
されている。すなわち、非磁性膜を挟んだ 2つの強磁性
膜の一方に交換バイアスを及ぼして磁化を固定してお
き、他方の強磁性膜を外部磁界により磁化反転させる。
これにより、非磁性膜を挟んで配置された 2つの強磁性
膜の磁化方向の相対的な角度を変化させることにより、
大きな磁気抵抗効果が得られる。このようなタイプの多
層膜は、スピンバルブ膜と呼ばれている(Phys.Rev.B.,V
ol.45,806(1992）、J.Appl.Phys.,Vol.69, 4774(1991)
等参照）。スピンバルブ膜の磁気抵抗変化率は、人工格
子膜に比べて小さいものの、低磁場で磁化を飽和させる
ことができるため、ＭＲエレメントに適している。スピ
ンバルブ膜を用いたＭＲヘッドには、実用上大きな期待
が寄せられている。
ンドイッチ構造の多層膜で、強磁性膜が反強磁性結合し
ない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告
されている。すなわち、非磁性膜を挟んだ 2つの強磁性
膜の一方に交換バイアスを及ぼして磁化を固定してお
き、他方の強磁性膜を外部磁界により磁化反転させる。
これにより、非磁性膜を挟んで配置された 2つの強磁性
膜の磁化方向の相対的な角度を変化させることにより、
大きな磁気抵抗効果が得られる。このようなタイプの多
層膜は、スピンバルブ膜と呼ばれている(Phys.Rev.B.,V
ol.45,806(1992）、J.Appl.Phys.,Vol.69, 4774(1991)
等参照）。スピンバルブ膜の磁気抵抗変化率は、人工格
子膜に比べて小さいものの、低磁場で磁化を飽和させる
ことができるため、ＭＲエレメントに適している。スピ
ンバルブ膜を用いたＭＲヘッドには、実用上大きな期待
が寄せられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、サンドイッ
チ構造を有するスピンバルブ膜では、磁気抵抗効果を起
こす部分の総膜厚が薄く、ＭＲエレメント表面での電子
の散乱の寄与が大きいため、特に強磁性膜からなる磁性
層の膜厚に対する磁気抵抗変化率の依存性が大きい。従
って、スピンバルブ膜を用いて磁気抵抗効果ヘッドを作
製する際には、磁性層における材料の選択と膜厚設定が
重要となる。しかし、これまでのところ、磁性層の材料
と膜厚に対する具体的な指針は見出されていない。この
ため、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜構造は開発されておらず、スピンバルブ膜を
用いたＭＲヘッドは現在まで実用化に至っていない。
チ構造を有するスピンバルブ膜では、磁気抵抗効果を起
こす部分の総膜厚が薄く、ＭＲエレメント表面での電子
の散乱の寄与が大きいため、特に強磁性膜からなる磁性
層の膜厚に対する磁気抵抗変化率の依存性が大きい。従
って、スピンバルブ膜を用いて磁気抵抗効果ヘッドを作
製する際には、磁性層における材料の選択と膜厚設定が
重要となる。しかし、これまでのところ、磁性層の材料
と膜厚に対する具体的な指針は見出されていない。この
ため、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜構造は開発されておらず、スピンバルブ膜を
用いたＭＲヘッドは現在まで実用化に至っていない。
【０００８】一方、磁気記録媒体の記録密度は急速に向
上しており、それに伴って線記録密度も向上している。
このような信号磁界を読み取るためには、ＭＲヘッドの
線分解能を上げる必要がある。一般的なシールドタイプ
のＭＲヘッドにおいては、シールド層とＭＲエレメント
との間隔（ギャップ幅）を小さくすることにより、線分
解能を高めることができる。しかし、単にギャップ幅を
小さくしたのでは、スピンバルブ膜による磁気抵抗変化
率が低下してしまう。そこで、線分解能の向上を図った
上で、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜を用いたＭＲエレメントの開発が望まれてい
る。
上しており、それに伴って線記録密度も向上している。
このような信号磁界を読み取るためには、ＭＲヘッドの
線分解能を上げる必要がある。一般的なシールドタイプ
のＭＲヘッドにおいては、シールド層とＭＲエレメント
との間隔（ギャップ幅）を小さくすることにより、線分
解能を高めることができる。しかし、単にギャップ幅を
小さくしたのでは、スピンバルブ膜による磁気抵抗変化
率が低下してしまう。そこで、線分解能の向上を図った
上で、大きな磁気抵抗変化率が再現性よく得られるスピ
ンバルブ膜を用いたＭＲエレメントの開発が望まれてい
る。
【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、スピンバルブ膜を用いて、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得ることを可能にした磁気抵
抗効果ヘッドを提供することを目的としている。
になされたもので、スピンバルブ膜を用いて、大きな磁
気抵抗変化率を再現性よく得ることを可能にした磁気抵
抗効果ヘッドを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明における第１の磁
気抵抗効果ヘッドは、請求項１に記載したように、少な
くともCoを含む磁性合金からなる一対の磁性層と、一対
の磁性層間に配置された非磁性中間層とを有する 3層積
層構造のスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッド
であって、一対の磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 （ただし、
ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3nm≦ｄ1 ≦ 7nm、 3nm≦ｄ
2 ≦ 7nm、および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満
足することを特徴としている。
気抵抗効果ヘッドは、請求項１に記載したように、少な
くともCoを含む磁性合金からなる一対の磁性層と、一対
の磁性層間に配置された非磁性中間層とを有する 3層積
層構造のスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッド
であって、一対の磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 （ただし、
ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3nm≦ｄ1 ≦ 7nm、 3nm≦ｄ
2 ≦ 7nm、および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満
足することを特徴としている。
【００１１】第２の磁気抵抗効果ヘッドは、請求項３に
記載したように、少なくともCoを含む磁性合金からなる
3つの磁性層と、 3つの磁性層間にそれぞれ配置された
2つの非磁性中間層とを有する 5層積層構造のスピンバ
ルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッドであって、 3つの
磁性層のうち、外側の 2つの磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2
（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3nm≦ｄ1 ≦ 7n
m、 3nm≦ｄ2 ≦ 7nm、および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ
1 ≦0.40を満足することを特徴としている。さらに、上
記した第２の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、 3つの磁性
層のうち、中央の磁性層の膜厚をｄ3 としたとき、 1nm
≦ｄ3 ≦ 2/3ｄ1 を満足することを特徴としている。
記載したように、少なくともCoを含む磁性合金からなる
3つの磁性層と、 3つの磁性層間にそれぞれ配置された
2つの非磁性中間層とを有する 5層積層構造のスピンバ
ルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッドであって、 3つの
磁性層のうち、外側の 2つの磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2
（ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3nm≦ｄ1 ≦ 7n
m、 3nm≦ｄ2 ≦ 7nm、および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ
1 ≦0.40を満足することを特徴としている。さらに、上
記した第２の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、 3つの磁性
層のうち、中央の磁性層の膜厚をｄ3 としたとき、 1nm
≦ｄ3 ≦ 2/3ｄ1 を満足することを特徴としている。
【００１２】本発明の第１の磁気抵抗効果ヘッドにおい
ては、まず一対の磁性層をCoを含む磁性合金により構成
しているため、磁気抵抗効果に影響を及ぼすバルク効果
と界面効果の両方を大きくすることができる。また、一
対の磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 ）を 3nm≦ｄ1 ≦ 7nm、
3nm≦ｄ2 ≦ 7nmおよび 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1≦0.4
0を満足させているため、膜厚的に大きな磁気抵抗変化
率（以下、ＭＲ変化率と呼ぶ）が得られると共に、磁性
層と非磁性中間層との界面が中央付近に位置するため、
これによってもＭＲ変化率を増大させることができる。
これらにより、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ること
が可能となる。
ては、まず一対の磁性層をCoを含む磁性合金により構成
しているため、磁気抵抗効果に影響を及ぼすバルク効果
と界面効果の両方を大きくすることができる。また、一
対の磁性層の膜厚（ｄ1 、ｄ2 ）を 3nm≦ｄ1 ≦ 7nm、
3nm≦ｄ2 ≦ 7nmおよび 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1≦0.4
0を満足させているため、膜厚的に大きな磁気抵抗変化
率（以下、ＭＲ変化率と呼ぶ）が得られると共に、磁性
層と非磁性中間層との界面が中央付近に位置するため、
これによってもＭＲ変化率を増大させることができる。
これらにより、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ること
が可能となる。
【００１３】また、第２の磁気抵抗効果ヘッドにおいて
は、第１の磁気抵抗効果ヘッドと同様な理由から、大き
なＭＲ変化率を再現性よく得ることができる。さらに、
中央の磁性層の膜厚（ｄ3 ）を 1nm≦ｄ3 ≦ 2/3ｄ1 を
満足させ、磁性層と非磁性中間層との界面を中央付近に
位置させることによって、より大きなＭＲ変化率を再現
性よく得ることが可能となる。
は、第１の磁気抵抗効果ヘッドと同様な理由から、大き
なＭＲ変化率を再現性よく得ることができる。さらに、
中央の磁性層の膜厚（ｄ3 ）を 1nm≦ｄ3 ≦ 2/3ｄ1 を
満足させ、磁性層と非磁性中間層との界面を中央付近に
位置させることによって、より大きなＭＲ変化率を再現
性よく得ることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
態について説明する。
【００１５】図１は、本発明の第１の実施形態による磁
気抵抗効果ヘッド（ＭＲヘッド）の要部を示す断面図で
ある。同図において、１、２は一対の磁性層であり、こ
れら磁性層１、２間に非磁性中間層３が配置されて 3層
積層構造のスピンバルブ膜４が構成されている。
気抵抗効果ヘッド（ＭＲヘッド）の要部を示す断面図で
ある。同図において、１、２は一対の磁性層であり、こ
れら磁性層１、２間に非磁性中間層３が配置されて 3層
積層構造のスピンバルブ膜４が構成されている。
【００１６】一対の磁性層１、２のうち、一方の磁性層
はバイアス磁界が付与されて磁化固着されている。他方
の磁性層は、外部磁界により磁化反転するため、非磁性
中間層３を挟んで配置された 2つの磁性層１、２の磁化
方向の相対的な角度が変化して磁気抵抗効果が得られ
る。一方の磁性層へのバイアス磁界は、例えばFeMn膜や
NiO膜等からなる反強磁性層やCoPt膜等からなる硬質強
磁性層を近接配置もしくは積層することにより付与する
ことができる。図１では省略したが、一方の磁性層例え
ば磁性層２の上側には反強磁性層等が接して設けられ
る。
はバイアス磁界が付与されて磁化固着されている。他方
の磁性層は、外部磁界により磁化反転するため、非磁性
中間層３を挟んで配置された 2つの磁性層１、２の磁化
方向の相対的な角度が変化して磁気抵抗効果が得られ
る。一方の磁性層へのバイアス磁界は、例えばFeMn膜や
NiO膜等からなる反強磁性層やCoPt膜等からなる硬質強
磁性層を近接配置もしくは積層することにより付与する
ことができる。図１では省略したが、一方の磁性層例え
ば磁性層２の上側には反強磁性層等が接して設けられ
る。
【００１７】上述した磁性層１、２は少なくともCoを含
む磁性合金からなり、かつこれら磁性層１、２の膜厚ｄ
1 、ｄ2 （ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）は、 3nm≦ｄ1 ≦ 7n
m、 3nm≦ｄ2 ≦ 7nmおよび 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1
≦0.40を満足するものである。ここで、一般にスピンバ
ルブ膜における磁気抵抗効果は、磁性層内でのスピン依
存散乱に基くバルク効果と多層膜の界面でのスピン依存
散乱に基く界面効果に起因することが知られている（Ph
ysical Review B 42, pp8110-8120(1990) ）。ここで、
界面効果の大きさは、アップスピン電子とダウンスピン
電子が界面を非弾性散乱を受けずに透過する確率の比で
表される。バルク効果は、磁性層内でのアップスピン電
子とダウンスピン電子の平均自由行程の比で表される。
む磁性合金からなり、かつこれら磁性層１、２の膜厚ｄ
1 、ｄ2 （ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）は、 3nm≦ｄ1 ≦ 7n
m、 3nm≦ｄ2 ≦ 7nmおよび 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1
≦0.40を満足するものである。ここで、一般にスピンバ
ルブ膜における磁気抵抗効果は、磁性層内でのスピン依
存散乱に基くバルク効果と多層膜の界面でのスピン依存
散乱に基く界面効果に起因することが知られている（Ph
ysical Review B 42, pp8110-8120(1990) ）。ここで、
界面効果の大きさは、アップスピン電子とダウンスピン
電子が界面を非弾性散乱を受けずに透過する確率の比で
表される。バルク効果は、磁性層内でのアップスピン電
子とダウンスピン電子の平均自由行程の比で表される。
【００１８】第１の実施形態におけるＭＲヘッドにおい
ては、これらバルク効果と界面効果の影響を考慮して、
磁性層１、２を少なくともCoを含む磁性合金により構成
している。すなわち、バルク効果と界面効果は磁気抵抗
効果に対し相乗効果があり、両者が増加するほど大きな
ＭＲ変化率が得られる。
ては、これらバルク効果と界面効果の影響を考慮して、
磁性層１、２を少なくともCoを含む磁性合金により構成
している。すなわち、バルク効果と界面効果は磁気抵抗
効果に対し相乗効果があり、両者が増加するほど大きな
ＭＲ変化率が得られる。
【００１９】図２は、バルク効果と界面効果の大きさを
パラメータとし、磁性層材料の組成と膜厚を適宜調整し
て得られるＭＲ変化率の最大値を等高線図として示した
特性図である。なお、ここでは 3層積層構造のスピンバ
ルブ膜における一対の磁性層の膜厚を 1:1とし、磁性層
材料として用いたCoFe合金の組成により、バルク効果と
界面効果の大きさを制御しながら磁性層の膜厚を変え
て、ＭＲ変化率の最大値を求めた。
パラメータとし、磁性層材料の組成と膜厚を適宜調整し
て得られるＭＲ変化率の最大値を等高線図として示した
特性図である。なお、ここでは 3層積層構造のスピンバ
ルブ膜における一対の磁性層の膜厚を 1:1とし、磁性層
材料として用いたCoFe合金の組成により、バルク効果と
界面効果の大きさを制御しながら磁性層の膜厚を変え
て、ＭＲ変化率の最大値を求めた。
【００２０】図２から分かるように、バルク効果と界面
効果の両方がある程度大きいとき、初めて十分なＭＲ変
化率が得られる。バルク効果と界面効果のいずれか一方
のみが大きくても満足な磁気抵抗効果は得られない。従
って、 3層積層構造または 5層積層構造のスピンバルブ
膜において、金属単体としてFeやNiよりも大きなＭＲ変
化率が得られるCoを単独で磁性層に用いても、このとき
界面効果が支配的となるため、さほど大きなＭＲ変化率
は期待できない。これに対し、CoにFe、Ni、その他の元
素を添加すれば、バルク効果を増加させることができ、
ＭＲ変化率が著しく増大する。このようなことから、磁
性層１、２は、Fe、Ni、その他の元素を添加したCo基磁
性合金により構成している。
効果の両方がある程度大きいとき、初めて十分なＭＲ変
化率が得られる。バルク効果と界面効果のいずれか一方
のみが大きくても満足な磁気抵抗効果は得られない。従
って、 3層積層構造または 5層積層構造のスピンバルブ
膜において、金属単体としてFeやNiよりも大きなＭＲ変
化率が得られるCoを単独で磁性層に用いても、このとき
界面効果が支配的となるため、さほど大きなＭＲ変化率
は期待できない。これに対し、CoにFe、Ni、その他の元
素を添加すれば、バルク効果を増加させることができ、
ＭＲ変化率が著しく増大する。このようなことから、磁
性層１、２は、Fe、Ni、その他の元素を添加したCo基磁
性合金により構成している。
【００２１】磁性層１、２の構成材料は、上述したよう
にCo基磁性合金であればよいが、バルク効果の増加を図
り、大きなＭＲ変化率を得る上で、添加元素としてはFe
を用いることが好ましい。添加元素としてはFe以外に、
Ni、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Ir、Rh、Ru、Os、Hf等の 1種
または 2種以上を用いることもできる。添加元素量は5
〜50原子% とすることが好ましく、さらには 8〜20原子
% の範囲とすることが望ましい。これは、添加元素量が
少なすぎると、バルク効果が十分に増加せず、逆に添加
元素量が多すぎると、今度は界面効果が大きく減少する
おそれがあるからである。
にCo基磁性合金であればよいが、バルク効果の増加を図
り、大きなＭＲ変化率を得る上で、添加元素としてはFe
を用いることが好ましい。添加元素としてはFe以外に、
Ni、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Ir、Rh、Ru、Os、Hf等の 1種
または 2種以上を用いることもできる。添加元素量は5
〜50原子% とすることが好ましく、さらには 8〜20原子
% の範囲とすることが望ましい。これは、添加元素量が
少なすぎると、バルク効果が十分に増加せず、逆に添加
元素量が多すぎると、今度は界面効果が大きく減少する
おそれがあるからである。
【００２２】さらに、上述した 2つの磁性層１、２の膜
厚は、独立して設定することができるが、ＭＲ変化率を
最大にするためには、それぞれの膜厚を最適化すること
が重要である。本発明者らは、このような 2つの磁性層
１、２の膜厚の最適値についてさらに研究を進めたとこ
ろ、スピンバルブ膜では両磁性層の膜厚比が 1:1に近い
ときに大きなＭＲ変化率を示すことが明らかとなった。
図３に、両磁性層１、２の膜厚を変えた場合のＭＲ変化
率の変化を解析した結果の一例を等高線図として示す。
ただし、ここでは非磁性中間層（Cu層）３の膜厚を 2nm
とし、非磁性中間層３を挟んで配置されたCo90Fe10から
なる 2つの磁性層１、２の膜厚ｄ1 、ｄ2 をそれぞれ変
化させた。
厚は、独立して設定することができるが、ＭＲ変化率を
最大にするためには、それぞれの膜厚を最適化すること
が重要である。本発明者らは、このような 2つの磁性層
１、２の膜厚の最適値についてさらに研究を進めたとこ
ろ、スピンバルブ膜では両磁性層の膜厚比が 1:1に近い
ときに大きなＭＲ変化率を示すことが明らかとなった。
図３に、両磁性層１、２の膜厚を変えた場合のＭＲ変化
率の変化を解析した結果の一例を等高線図として示す。
ただし、ここでは非磁性中間層（Cu層）３の膜厚を 2nm
とし、非磁性中間層３を挟んで配置されたCo90Fe10から
なる 2つの磁性層１、２の膜厚ｄ1 、ｄ2 をそれぞれ変
化させた。
【００２３】図３から分かるように、両磁性層１、２の
膜厚が 1:1のところに峰があり、大きなＭＲ変化率（△
ρ／ρ0 ）が得られている。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として電子散乱
の様子が変化するため、界面がスピンバルブ膜の中央に
あるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるためであ
る。ただし、ヘッド構造によっては、両磁性層の膜厚比
を変える必要があるが、このような場合でも両磁性層の
膜厚の差を 40%以下とすることにより、大きなＭＲ変化
率を得ることができる。すなわち、磁性層１、２の膜厚
ｄ1 、ｄ2 を 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40の条件を
満足させることにより、大きなＭＲ変化率を得ることが
できる。磁性層１、２の膜厚の差は 20%以下とすること
がより好ましく、最も望ましくは磁性層１、２の膜厚比
を 1:1とすることである。
膜厚が 1:1のところに峰があり、大きなＭＲ変化率（△
ρ／ρ0 ）が得られている。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として電子散乱
の様子が変化するため、界面がスピンバルブ膜の中央に
あるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるためであ
る。ただし、ヘッド構造によっては、両磁性層の膜厚比
を変える必要があるが、このような場合でも両磁性層の
膜厚の差を 40%以下とすることにより、大きなＭＲ変化
率を得ることができる。すなわち、磁性層１、２の膜厚
ｄ1 、ｄ2 を 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40の条件を
満足させることにより、大きなＭＲ変化率を得ることが
できる。磁性層１、２の膜厚の差は 20%以下とすること
がより好ましく、最も望ましくは磁性層１、２の膜厚比
を 1:1とすることである。
【００２４】またさらに、図３に示されるように、磁性
層１、２の膜厚が 3〜 7nmのときに大きなＭＲ変化率を
得ることができる。しかも、磁性層１、２の膜厚がこの
範囲を外れると、種々の問題が生じる。例えば、 3nm未
満では成膜が困難となり、7nmを超えると磁性層１、２
間の反磁界の影響により、バルクハウゼンノイズが生じ
るおそれがある。磁性層１、２の膜厚は 3nm以上 5nm未
満とすることがより好ましく、この範囲においてより大
きなＭＲ変化率が得られる。なお、図３には磁性層材料
としてCo90Fe10を用いた場合のＭＲ変化率を示したが、
これ以外のCo基磁性合金を磁性層材料として用いるとき
も磁性層の最適値は同程度である。
層１、２の膜厚が 3〜 7nmのときに大きなＭＲ変化率を
得ることができる。しかも、磁性層１、２の膜厚がこの
範囲を外れると、種々の問題が生じる。例えば、 3nm未
満では成膜が困難となり、7nmを超えると磁性層１、２
間の反磁界の影響により、バルクハウゼンノイズが生じ
るおそれがある。磁性層１、２の膜厚は 3nm以上 5nm未
満とすることがより好ましく、この範囲においてより大
きなＭＲ変化率が得られる。なお、図３には磁性層材料
としてCo90Fe10を用いた場合のＭＲ変化率を示したが、
これ以外のCo基磁性合金を磁性層材料として用いるとき
も磁性層の最適値は同程度である。
【００２５】上述したような理由に基いて、第１の実施
形態によるＭＲヘッドは、Co基磁性合金により磁性層
１、２を形成し、かつ磁性層１、２の膜厚を 3〜 7nmの
範囲とすると共に、両磁性層の膜厚の差を 40%以下とし
た 3層積層構造のスピンバルブ膜４を用いている。これ
らにより、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることが可
能となる。
形態によるＭＲヘッドは、Co基磁性合金により磁性層
１、２を形成し、かつ磁性層１、２の膜厚を 3〜 7nmの
範囲とすると共に、両磁性層の膜厚の差を 40%以下とし
た 3層積層構造のスピンバルブ膜４を用いている。これ
らにより、大きなＭＲ変化率を再現性よく得ることが可
能となる。
【００２６】2つの磁性層１、２間に配置される非磁性
中間層３は、常磁性材料、反磁性材料、反強磁性材料、
スピングラス等により構成されるものである。具体的に
は、Cu、Au、Ag、あるいはこれらと磁性元素とを含む常
磁性合金、FeMn、NiMn、CoMn、PtMn、PdMn等の反強磁性
合金、Pd、Pt、およびこれらを主成分とする合金等が例
示される。ここで、非磁性中間層３の膜厚は 1〜 4nmに
設定することが好ましく、さらには 2〜 3nmに設定する
ことが望ましい。非磁性中間層３の膜厚が 4nmを超える
と、抵抗変化感度を十分に得ることができず、また 1nm
未満であると、磁性層１、２間の交換結合を十分に小さ
くすることが困難となる。
中間層３は、常磁性材料、反磁性材料、反強磁性材料、
スピングラス等により構成されるものである。具体的に
は、Cu、Au、Ag、あるいはこれらと磁性元素とを含む常
磁性合金、FeMn、NiMn、CoMn、PtMn、PdMn等の反強磁性
合金、Pd、Pt、およびこれらを主成分とする合金等が例
示される。ここで、非磁性中間層３の膜厚は 1〜 4nmに
設定することが好ましく、さらには 2〜 3nmに設定する
ことが望ましい。非磁性中間層３の膜厚が 4nmを超える
と、抵抗変化感度を十分に得ることができず、また 1nm
未満であると、磁性層１、２間の交換結合を十分に小さ
くすることが困難となる。
【００２７】上述した第１の実施形態におけるＭＲヘッ
ドにおいては、スピンバルブ膜４での電子の膜面に垂直
な方向の運動が重要である。膜厚方向に結晶粒界が多数
存在すると、そこで電子の散乱が起こり、磁気抵抗効果
は小さくなってしまう。このため、スピンバルブ膜４部
分の結晶粒径は、スピンバルブ膜４の総厚よりも大きく
することが好ましい。一方、逆に結晶粒径が大粒径化し
すぎると、Co基強磁性合金では磁気異方性が大きくなる
ため、極端な結晶粒径の大粒径化は避ける必要がある。
そこで、結晶粒径は30nm以下とすることが好ましい。
ドにおいては、スピンバルブ膜４での電子の膜面に垂直
な方向の運動が重要である。膜厚方向に結晶粒界が多数
存在すると、そこで電子の散乱が起こり、磁気抵抗効果
は小さくなってしまう。このため、スピンバルブ膜４部
分の結晶粒径は、スピンバルブ膜４の総厚よりも大きく
することが好ましい。一方、逆に結晶粒径が大粒径化し
すぎると、Co基強磁性合金では磁気異方性が大きくなる
ため、極端な結晶粒径の大粒径化は避ける必要がある。
そこで、結晶粒径は30nm以下とすることが好ましい。
【００２８】上記したようにスピンバルブ膜４の結晶粒
径を制御するためには、例えばスピンバルブ膜４の下地
層として膜厚がスピンバルブ膜４の総厚以上で、かつ30
nm以下のバッファ層を形成すればよい。すなわち、一般
に薄膜の初期成長過程では、その結晶粒径はその膜厚程
度になることが知られており、上記したような膜厚のバ
ッファ層（下地層）を形成したとき、結晶粒径はこの後
形成されるスピンバルブ膜の総厚以上となる。従って、
このバッファ層の上にスピンバルブ膜４を形成すること
により、その結晶粒径をスピンバルブ膜４の総厚以上に
制御することができる。
径を制御するためには、例えばスピンバルブ膜４の下地
層として膜厚がスピンバルブ膜４の総厚以上で、かつ30
nm以下のバッファ層を形成すればよい。すなわち、一般
に薄膜の初期成長過程では、その結晶粒径はその膜厚程
度になることが知られており、上記したような膜厚のバ
ッファ層（下地層）を形成したとき、結晶粒径はこの後
形成されるスピンバルブ膜の総厚以上となる。従って、
このバッファ層の上にスピンバルブ膜４を形成すること
により、その結晶粒径をスピンバルブ膜４の総厚以上に
制御することができる。
【００２９】なお、スピンバルブ膜をＭＲヘッドに用い
る場合には、磁気記録媒体に書き込まれたトラック長さ
方向の線分解能を向上させるために、図４に示すよう
に、スピンバルブ膜からなるＭＲエレメント（ＭＲスト
リップ）１１をシールド膜１２、１３間に配置すること
が一般的である。この場合、スピンバルブ膜における一
方もしくは両方の磁性層に、磁気記録媒体１４から磁束
が侵入する。その信号磁束量が多ければ多いほど、大き
な抵抗変化率が得られるが、その大きさは次のような式
で表すことができることが知られている。
る場合には、磁気記録媒体に書き込まれたトラック長さ
方向の線分解能を向上させるために、図４に示すよう
に、スピンバルブ膜からなるＭＲエレメント（ＭＲスト
リップ）１１をシールド膜１２、１３間に配置すること
が一般的である。この場合、スピンバルブ膜における一
方もしくは両方の磁性層に、磁気記録媒体１４から磁束
が侵入する。その信号磁束量が多ければ多いほど、大き
な抵抗変化率が得られるが、その大きさは次のような式
で表すことができることが知られている。
【００３０】 φ(x) ＝｛φ0 ／（sinhｗ／λ）・sinh｛（ｗ−ｘ）／λ｝……(1) ここで、図示されるように、ｘはスピンバルブ膜のスト
ライプについて磁束侵入方向の座標であり、磁気記録媒
体１４に対向した方のストライプ端面を原点としてい
る。ｗはスピンバルブ膜のストライプの磁束侵入方向の
長さ（デプス）、φ0 はｘ=0における信号磁束侵入量で
ある。φ0 は磁気記録媒体１４とＭＲエレメント１１と
の位置関係により決まる値であり、ｗには依存しない。
λは特性長と呼ばれ、次式のように表される。
ライプについて磁束侵入方向の座標であり、磁気記録媒
体１４に対向した方のストライプ端面を原点としてい
る。ｗはスピンバルブ膜のストライプの磁束侵入方向の
長さ（デプス）、φ0 はｘ=0における信号磁束侵入量で
ある。φ0 は磁気記録媒体１４とＭＲエレメント１１と
の位置関係により決まる値であり、ｗには依存しない。
λは特性長と呼ばれ、次式のように表される。
【００３１】λ＝（μr ｔｇ/2）1/2 ……(2) ここで、μr は磁性層の比透磁率、ｔは磁束が侵入する
磁性層の厚さ、ｇはギャップ幅である。
磁性層の厚さ、ｇはギャップ幅である。
【００３２】式(1) を用いると、スピンバルブ膜のスト
ライプデプスｗを特性長λに対して変えた場合のφ(x)
の様子を計算することができる。ｗ／λを 0.5倍、 1
倍、 2倍、 3倍とした場合の計算結果を図５に示す。横
軸はスピンバルブ膜のストライプデプスｗで規格化して
あり、縦軸はφ0 で規格化してある。
ライプデプスｗを特性長λに対して変えた場合のφ(x)
の様子を計算することができる。ｗ／λを 0.5倍、 1
倍、 2倍、 3倍とした場合の計算結果を図５に示す。横
軸はスピンバルブ膜のストライプデプスｗで規格化して
あり、縦軸はφ0 で規格化してある。
【００３３】図５を見ると、ｗ／λが大きくなればなる
ほど、信号磁束量φの減衰は急速に進み、下に凸になっ
ていることが分かる。特に、スピンバルブ膜のストライ
プデプスｗが特性長λより長いとき、すなわちｗ／λ＞
1の場合には、ＭＲエレメント全体としての平均信号磁
束侵入量φmeenが小さくなり、抵抗変化量が小さくなっ
てしまうため、感度が低下してしまうことが明らかであ
る。このため、ストライプデプスｗは特性長λよりも短
くすることが好ましい。
ほど、信号磁束量φの減衰は急速に進み、下に凸になっ
ていることが分かる。特に、スピンバルブ膜のストライ
プデプスｗが特性長λより長いとき、すなわちｗ／λ＞
1の場合には、ＭＲエレメント全体としての平均信号磁
束侵入量φmeenが小さくなり、抵抗変化量が小さくなっ
てしまうため、感度が低下してしまうことが明らかであ
る。このため、ストライプデプスｗは特性長λよりも短
くすることが好ましい。
【００３４】しかしながら、磁気記録媒体の記録密度は
急速に向上しており、それに伴って線記録密度も向上し
ている。このような信号を読み取るためには、線分解能
を上げる必要がある。そして、再生ヘッドの線分解能を
上げるために、シールド層１２、１３とＭＲエレメント
１１間のギャップ幅ｇを小さくする必要性が高まってい
る。そのため、特性長λはますます短くなる傾向にあ
る。一方、スピンバルブ膜のストライプデプスｗは、加
工技術、信頼性等の点から 0.5μm 以上とすることが好
ましく、 1μm 以上とすることが望ましい。従って、特
性長λも 0.5μm以上とすることが好ましく、さらには
1μm 以上とすることが望ましい。ギャップ幅ｇを小さ
くした上で特性長λを大きくするためには、式(2) から
分かるように、例えば磁性層の比透磁率μr を大きくす
ることが挙げられる。
急速に向上しており、それに伴って線記録密度も向上し
ている。このような信号を読み取るためには、線分解能
を上げる必要がある。そして、再生ヘッドの線分解能を
上げるために、シールド層１２、１３とＭＲエレメント
１１間のギャップ幅ｇを小さくする必要性が高まってい
る。そのため、特性長λはますます短くなる傾向にあ
る。一方、スピンバルブ膜のストライプデプスｗは、加
工技術、信頼性等の点から 0.5μm 以上とすることが好
ましく、 1μm 以上とすることが望ましい。従って、特
性長λも 0.5μm以上とすることが好ましく、さらには
1μm 以上とすることが望ましい。ギャップ幅ｇを小さ
くした上で特性長λを大きくするためには、式(2) から
分かるように、例えば磁性層の比透磁率μr を大きくす
ることが挙げられる。
【００３５】次に、本発明の他の実施形態について、図
６を参照して説明する。図６に示すＭＲヘッドは、 3つ
の磁性層２１、２２、２３の間に、それぞれ非磁性中間
層２４、２５が配置されて構成された 5層積層構造のス
ピンバルブ膜２６を有している。外側の 2つの磁性層２
１、２３は、例えば図示を省略した反強磁性層や硬質強
磁性層と近接配置もしくは積層することにより、磁化が
固着されている。中央の磁性層２２は、外部磁界により
磁化反転するため、非磁性中間層２４、２５を挟んで配
置された中央の磁性層２２と外側の 2つの磁性層２１、
２３の磁化方向の相対的な角度が変化して磁気抵抗効果
が得られる。
６を参照して説明する。図６に示すＭＲヘッドは、 3つ
の磁性層２１、２２、２３の間に、それぞれ非磁性中間
層２４、２５が配置されて構成された 5層積層構造のス
ピンバルブ膜２６を有している。外側の 2つの磁性層２
１、２３は、例えば図示を省略した反強磁性層や硬質強
磁性層と近接配置もしくは積層することにより、磁化が
固着されている。中央の磁性層２２は、外部磁界により
磁化反転するため、非磁性中間層２４、２５を挟んで配
置された中央の磁性層２２と外側の 2つの磁性層２１、
２３の磁化方向の相対的な角度が変化して磁気抵抗効果
が得られる。
【００３６】このとき、前述した第１の実施形態のＭＲ
ヘッドと同様な理由から、外側の 2つの磁性層２１、２
３の膜厚ｄ1 、ｄ2 を 3〜 7nmの範囲とし、かつこれら
両磁性層の膜厚の差を 40%以下とすることによって、大
きなＭＲ変化率を再現性よく得ることができる。両磁性
層２１、２３の膜厚は、 3nm以上 5nm未満とすることが
より好ましい。両磁性層２１、２３の膜厚の差は 20%以
下とすることがより好ましく、最も望ましくは両磁性層
２１、２３の膜厚比を 1:1とすることである。また、磁
性層材料、非磁性中間層材料や膜厚は、上述した第１の
実施形態と同様とすることが好ましい。他の条件につい
ても同様である。
ヘッドと同様な理由から、外側の 2つの磁性層２１、２
３の膜厚ｄ1 、ｄ2 を 3〜 7nmの範囲とし、かつこれら
両磁性層の膜厚の差を 40%以下とすることによって、大
きなＭＲ変化率を再現性よく得ることができる。両磁性
層２１、２３の膜厚は、 3nm以上 5nm未満とすることが
より好ましい。両磁性層２１、２３の膜厚の差は 20%以
下とすることがより好ましく、最も望ましくは両磁性層
２１、２３の膜厚比を 1:1とすることである。また、磁
性層材料、非磁性中間層材料や膜厚は、上述した第１の
実施形態と同様とすることが好ましい。他の条件につい
ても同様である。
【００３７】さらに、 5層積層構造のスピンバルブ膜２
６の中央の磁性層２２の膜厚ｄ3 は、外側の磁性層２
１、２３の膜厚の 2/3以下とすることが好ましく、外側
の磁性層２１、２３の膜厚ｄ1 、ｄ2 が異なる場合、例
えばｄ1 ＞ｄ2 である場合には、少なくとも 2/3ｄ1 以
下とすることが好ましい。これにより、一層大きなＭＲ
変化率を得ることができる。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として、電子の
散乱の様子が変化するため、界面はスピンバルブ膜の中
央にあるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるため
である。
６の中央の磁性層２２の膜厚ｄ3 は、外側の磁性層２
１、２３の膜厚の 2/3以下とすることが好ましく、外側
の磁性層２１、２３の膜厚ｄ1 、ｄ2 が異なる場合、例
えばｄ1 ＞ｄ2 である場合には、少なくとも 2/3ｄ1 以
下とすることが好ましい。これにより、一層大きなＭＲ
変化率を得ることができる。これは、スピンバルブ膜で
は磁性層と非磁性中間層との界面を境界として、電子の
散乱の様子が変化するため、界面はスピンバルブ膜の中
央にあるとき、最も大きな磁気抵抗効果が得られるため
である。
【００３８】すなわち、中央の磁性層２２を外側の磁性
層２１、２３よりも薄くすることにより、磁性層２１、
２２、２３と非磁性中間層２４、２５との界面をスピン
バルブ膜２６の中央付近に配置することができ、より大
きなＭＲ変化率を得ることができる。具体的には、中央
の磁性層２２の膜厚を外側の磁性層２１、２３の膜厚の
2/3以下としたとき、大きなＭＲ変化率が得られる。た
だし、中央の磁性層２２の膜厚をあまり薄くすると、界
面拡散等により中央の磁性層２２の磁気特性が劣化する
上に、マグノンが発生しやすくなってＭＲ変化率が低下
するため、中央の磁性層２２の厚さは 1nm以上とする。
層２１、２３よりも薄くすることにより、磁性層２１、
２２、２３と非磁性中間層２４、２５との界面をスピン
バルブ膜２６の中央付近に配置することができ、より大
きなＭＲ変化率を得ることができる。具体的には、中央
の磁性層２２の膜厚を外側の磁性層２１、２３の膜厚の
2/3以下としたとき、大きなＭＲ変化率が得られる。た
だし、中央の磁性層２２の膜厚をあまり薄くすると、界
面拡散等により中央の磁性層２２の磁気特性が劣化する
上に、マグノンが発生しやすくなってＭＲ変化率が低下
するため、中央の磁性層２２の厚さは 1nm以上とする。
【００３９】上記第１および第２の実施形態のＭＲヘッ
ドにおいて、 3層積層構造または 5層積層構造のスピン
バルブ膜の両面は、反強磁性体、フェリ磁性体、酸化
物、半導体、Cu合金、Au合金、Cr合金、Mn合金、Ti合
金、Ta合金、アモルファス金属、微結晶金属、もしくは
磁性合金にTi、 V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、
W、Re等を添加した合金のいずれかからなる膜、または
それらの積層膜に接しているか、あるいは空間に露出し
ていることが好ましい。
ドにおいて、 3層積層構造または 5層積層構造のスピン
バルブ膜の両面は、反強磁性体、フェリ磁性体、酸化
物、半導体、Cu合金、Au合金、Cr合金、Mn合金、Ti合
金、Ta合金、アモルファス金属、微結晶金属、もしくは
磁性合金にTi、 V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、
W、Re等を添加した合金のいずれかからなる膜、または
それらの積層膜に接しているか、あるいは空間に露出し
ていることが好ましい。
【００４０】このとき、特に抵抗の高い金属、合金、半
導体、酸化物、絶縁体、アモルファス金属、微結晶金属
等からなる膜のみを、スピンバルブ膜と平行に積層する
ことが好ましい。これにより、電流の大部分がスピンバ
ルブ膜部分を流れるので、抵抗変化率を効率よく読み出
すことが可能となる。ただし、電極層やシャント層とし
て上記以外の材料を積層することは可能である。また、
この際の積層構造膜全体の面電気伝導度は、電流が効率
よくスピンバルブ膜部分を流れるようにするために、20
×10-2Ω-1□以下とすることが好ましい。何となれば、
面電気伝導度が上記値より大きい場合には、スピンバル
ブ膜以外の層に電流がとられていることを意味し、磁気
抵抗効果が減少してしまうためである。
導体、酸化物、絶縁体、アモルファス金属、微結晶金属
等からなる膜のみを、スピンバルブ膜と平行に積層する
ことが好ましい。これにより、電流の大部分がスピンバ
ルブ膜部分を流れるので、抵抗変化率を効率よく読み出
すことが可能となる。ただし、電極層やシャント層とし
て上記以外の材料を積層することは可能である。また、
この際の積層構造膜全体の面電気伝導度は、電流が効率
よくスピンバルブ膜部分を流れるようにするために、20
×10-2Ω-1□以下とすることが好ましい。何となれば、
面電気伝導度が上記値より大きい場合には、スピンバル
ブ膜以外の層に電流がとられていることを意味し、磁気
抵抗効果が減少してしまうためである。
【００４１】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例とその評価結
果について述べる。
果について述べる。
【００４２】実施例１ サファイア基板上に、スパッタ法により適宜磁性層の膜
厚を変えながら、Co90Fe10(dCoFenm)/Cu(2.2nm)/Co90Fe
10(dCoFenm)/Fe50Mn50(15nm)を順次積層して、3層積層
構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメントを形成し
た。そして、ＭＲ変化率の磁性層厚に対する依存性を測
定した。その結果を図７に示す。なお、Fe50Mn50層は、
隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気異方性を与え
るために積層したものである。
厚を変えながら、Co90Fe10(dCoFenm)/Cu(2.2nm)/Co90Fe
10(dCoFenm)/Fe50Mn50(15nm)を順次積層して、3層積層
構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメントを形成し
た。そして、ＭＲ変化率の磁性層厚に対する依存性を測
定した。その結果を図７に示す。なお、Fe50Mn50層は、
隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気異方性を与え
るために積層したものである。
【００４３】図７から明らかなように、この実施例にお
いては、磁性層厚（=dCoFe）が 4nmのときに最大ＭＲ変
化率 11%が得られた。また、磁性層厚が 3〜 7nmの範囲
内で十分なＭＲ変化率を有していることが確認された。
このように、Co基磁性合金を用いたスピンバルブ膜で
は、最適磁性層厚が 3〜 7nmの間にあり、ＭＲヘッドと
しては、そのような膜厚の磁性層を有するスピンバルブ
膜を用いることが有利である。
いては、磁性層厚（=dCoFe）が 4nmのときに最大ＭＲ変
化率 11%が得られた。また、磁性層厚が 3〜 7nmの範囲
内で十分なＭＲ変化率を有していることが確認された。
このように、Co基磁性合金を用いたスピンバルブ膜で
は、最適磁性層厚が 3〜 7nmの間にあり、ＭＲヘッドと
しては、そのような膜厚の磁性層を有するスピンバルブ
膜を用いることが有利である。
【００４４】実施例２ 熱酸化Si基板上に、スパッタ法により適宜磁性層の膜厚
を変えながら、Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次
積層して、 3層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲ
エレメントを形成した。この後、スピンバルブ膜にパタ
ーニングを施して、ＭＲヘッドを作製した。ここで、Fe
50Mn50層は、隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気
異方性を与えるために積層したものであり、その膜厚は
5〜20nmの範囲とすることが好ましい。Cu層の膜厚は
1.5〜 3.5nmの範囲内で適宜設定できる。
を変えながら、Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次
積層して、 3層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲ
エレメントを形成した。この後、スピンバルブ膜にパタ
ーニングを施して、ＭＲヘッドを作製した。ここで、Fe
50Mn50層は、隣接するCo90Fe10磁性層に所定方向の磁気
異方性を与えるために積層したものであり、その膜厚は
5〜20nmの範囲とすることが好ましい。Cu層の膜厚は
1.5〜 3.5nmの範囲内で適宜設定できる。
【００４５】上記構成のＭＲヘッドにおいては、両Co90
Fe10磁性層の膜厚を 5nm、Cu層（非磁性中間層）の膜厚
を 2.2nmとしたとき、 10%のＭＲ変化率が得られた。こ
れに対して、本発明との比較のために、Cu層の膜厚は同
じく 2.2nmとし、両磁性層の膜厚を15nmと厚くした場合
には、ＭＲ変化率は5%と小さな値しか得られなかった。
これは、最適磁性層厚に対して実際の磁性層厚が厚すぎ
たためである。また、両磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nm
と非対称とした場合にも、ＭＲ変化率は6%と小さな値し
か得られなかった。これは、両磁性層の膜厚が非対称と
なることにより、磁性層と非磁性中間層の界面がスピン
バルブ膜の中央からずれてしまい、磁気抵抗効果を有効
に利用できなくなったためである。
Fe10磁性層の膜厚を 5nm、Cu層（非磁性中間層）の膜厚
を 2.2nmとしたとき、 10%のＭＲ変化率が得られた。こ
れに対して、本発明との比較のために、Cu層の膜厚は同
じく 2.2nmとし、両磁性層の膜厚を15nmと厚くした場合
には、ＭＲ変化率は5%と小さな値しか得られなかった。
これは、最適磁性層厚に対して実際の磁性層厚が厚すぎ
たためである。また、両磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nm
と非対称とした場合にも、ＭＲ変化率は6%と小さな値し
か得られなかった。これは、両磁性層の膜厚が非対称と
なることにより、磁性層と非磁性中間層の界面がスピン
バルブ膜の中央からずれてしまい、磁気抵抗効果を有効
に利用できなくなったためである。
【００４６】実施例３ 熱酸化Si基板上に、スパッタ法により適宜磁性層の膜厚
を変えながら、 (Ni80Fe20）90Nb10/ Fe50Mn50/ Co90Fe
10/Cu/Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次積層し
て、 5層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメ
ントを作製した。この後、ＭＲエレメントにパターニン
グを施してＭＲヘッドとした。
を変えながら、 (Ni80Fe20）90Nb10/ Fe50Mn50/ Co90Fe
10/Cu/Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/ Fe50Mn50を順次積層し
て、 5層積層構造のスピンバルブ膜を有するＭＲエレメ
ントを作製した。この後、ＭＲエレメントにパターニン
グを施してＭＲヘッドとした。
【００４７】ここで、Fe50Mn50層は、隣接するCo90Fe10
磁性層にそれぞれ所定方向の磁気異方性を与えるために
積層したものであり、その膜厚は 5〜20nmの範囲とする
ことが好ましい。また、熱酸化Si基板上の (Ni80Fe20）
90Nb10層は、隣接するFe50Mn50層の結晶構造を fcc構造
とし、反強磁性層とするためのバッファ層である。な
お、このバッファ層としては、 fcc構造の強磁性材料が
適しており、電気抵抗を高くするためにNb等の添加元素
が加えてあることが好ましい。また、上述したバッファ
層の膜厚は 5〜20nmの範囲とすることが好ましい。
磁性層にそれぞれ所定方向の磁気異方性を与えるために
積層したものであり、その膜厚は 5〜20nmの範囲とする
ことが好ましい。また、熱酸化Si基板上の (Ni80Fe20）
90Nb10層は、隣接するFe50Mn50層の結晶構造を fcc構造
とし、反強磁性層とするためのバッファ層である。な
お、このバッファ層としては、 fcc構造の強磁性材料が
適しており、電気抵抗を高くするためにNb等の添加元素
が加えてあることが好ましい。また、上述したバッファ
層の膜厚は 5〜20nmの範囲とすることが好ましい。
【００４８】この 5層積層構造のスピンバルブ膜では、
外側の 2つのCo90Fe10磁性層に、同一方向の磁気異方性
を与えている。このため、低磁場中では中央の磁性層だ
けが外部磁場の方向に磁化方向を変えることとなり、外
部磁場により外側の磁性層および中央の磁性層の磁化方
向の相対的な角度が変化し、それに伴って磁気抵抗効果
が得られる。
外側の 2つのCo90Fe10磁性層に、同一方向の磁気異方性
を与えている。このため、低磁場中では中央の磁性層だ
けが外部磁場の方向に磁化方向を変えることとなり、外
部磁場により外側の磁性層および中央の磁性層の磁化方
向の相対的な角度が変化し、それに伴って磁気抵抗効果
が得られる。
【００４９】上記構成のＭＲヘッドにおいては、外側の
2つの磁性層厚を 5nmとし、中央の磁性層厚を 2nmと
し、かつ 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたとき、 25%のＭ
Ｒ変化率が得られた。これに対して、中央の磁性層厚を
5nmと厚くした場合には、 18%のＭＲ変化率しか得られ
なかった。これは、中央の磁性層厚を厚くすることによ
り、磁性層と非磁性中間層との界面がスピンバルブ膜の
中央からずれてしまったためである。また、中央の磁性
層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたまま、外側
の 2つの磁性層厚を20nmと厚くした場合には、 14%のＭ
Ｒ変化率しか得られなかった。これは、外側の磁性層厚
が最適磁性層厚に比べて厚すぎたためである。さらに、
中央の磁性層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとした
まま、外側の 2つの磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nmと非
対称とした場合には、 16%のＭＲ変化率しか得られなか
った。これは、外側の磁性層の膜厚が非対称となること
により、磁性層と非磁性中間層の界面の位置がスピンバ
ルブ膜の中央からずれてしまったためである。
2つの磁性層厚を 5nmとし、中央の磁性層厚を 2nmと
し、かつ 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたとき、 25%のＭ
Ｒ変化率が得られた。これに対して、中央の磁性層厚を
5nmと厚くした場合には、 18%のＭＲ変化率しか得られ
なかった。これは、中央の磁性層厚を厚くすることによ
り、磁性層と非磁性中間層との界面がスピンバルブ膜の
中央からずれてしまったためである。また、中央の磁性
層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとしたまま、外側
の 2つの磁性層厚を20nmと厚くした場合には、 14%のＭ
Ｒ変化率しか得られなかった。これは、外側の磁性層厚
が最適磁性層厚に比べて厚すぎたためである。さらに、
中央の磁性層厚を 2nm、 2つのCu層の膜厚を 2nmとした
まま、外側の 2つの磁性層厚をそれぞれ 5nm、10nmと非
対称とした場合には、 16%のＭＲ変化率しか得られなか
った。これは、外側の磁性層の膜厚が非対称となること
により、磁性層と非磁性中間層の界面の位置がスピンバ
ルブ膜の中央からずれてしまったためである。
【００５０】上記したような 5層積層構造のスピンバル
ブ膜をＭＲヘッドに用いる場合には、外側の 2つの磁性
層と中央の磁性層の間に、非磁性中間層を介した弱い交
換結合を生じさせ、中央の磁性層の単磁区化を図ること
も可能である。また、交換結合を小さくしたまま外部か
らのバイアス磁界によって、単磁区化を図ることも可能
である。さらに、外側の磁性層材料と中央の磁性層材料
は必ずしも同一とする必要はなく、場合によっては変え
ることもできる。
ブ膜をＭＲヘッドに用いる場合には、外側の 2つの磁性
層と中央の磁性層の間に、非磁性中間層を介した弱い交
換結合を生じさせ、中央の磁性層の単磁区化を図ること
も可能である。また、交換結合を小さくしたまま外部か
らのバイアス磁界によって、単磁区化を図ることも可能
である。さらに、外側の磁性層材料と中央の磁性層材料
は必ずしも同一とする必要はなく、場合によっては変え
ることもできる。
【００５１】なお、上述した各実施例のＭＲヘッドにお
いて、Fe50Mn50等により磁性層に付与する磁気異方性の
方向は、信号磁界に対して平行方向であっても直角方向
であってもよく、特に限定されるものではない。
いて、Fe50Mn50等により磁性層に付与する磁気異方性の
方向は、信号磁界に対して平行方向であっても直角方向
であってもよく、特に限定されるものではない。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果ヘッドによれば、大きな磁気抵抗変化率を再現性よ
く得ることが可能となる。
効果ヘッドによれば、大きな磁気抵抗変化率を再現性よ
く得ることが可能となる。
【図１】 本発明の第１の実施形態によるＭＲヘッドの
要部構造を示す断面図である。
要部構造を示す断面図である。
【図２】 ＭＲ変化率のバルク効果および界面効果に対
する依存性を示す等高線図である。
する依存性を示す等高線図である。
【図３】 ＭＲ変化率の磁性層厚に対する依存性を示す
等高線図である。
等高線図である。
【図４】 シールドタイプのＭＲヘッドの構造を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図５】 シールドタイプのＭＲヘッドにおける信号磁
束の侵入状態のストライプ幅ｗ／特性長λに対する依存
性を示す図である。
束の侵入状態のストライプ幅ｗ／特性長λに対する依存
性を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態によるＭＲヘッドの
要部構造を示す断面図である。
要部構造を示す断面図である。
【図７】 本発明の一実施例によるスピンバルブ膜のＭ
Ｒ変化率の磁性層厚依存性を示す特性図である。
Ｒ変化率の磁性層厚依存性を示す特性図である。
１、２、２１、２２、２３……磁性層 ３、２４、２５……非磁性中間層 ４…… 3層積層構造のスピンバルブ膜 ２６… 5層積層構造のスピンバルブ膜
フロントページの続き (72)発明者 大沢 裕一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくともCoを含む磁性合金からなる一
対の磁性層と、前記一対の磁性層間に配置された非磁性
中間層とを有する 3層積層構造のスピンバルブ膜を具備
する磁気抵抗効果ヘッドであって、 前記一対の磁性層の膜厚をｄ1 、ｄ2 （ただし、ｄ1 ≧
ｄ2 ）としたとき、3nm≦ｄ1 ≦ 7nm、 3nm≦ｄ2 ≦ 7n
m、および 0≦（ｄ1 −ｄ2 ）／ｄ1 ≦0.40を満足する
ことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項２】 請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記一対の磁性層は、 3nm≦ｄ1 ＜ 5nm、 3nm≦ｄ2 ＜
5nmを満足することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項３】 少なくともCoを含む磁性合金からなる 3
つの磁性層と、前記3つの磁性層間にそれぞれ配置され
た 2つの非磁性中間層とを有する 5層積層構造のスピン
バルブ膜を具備する磁気抵抗効果ヘッドであって、 前記 3つの磁性層のうち、外側の 2つの磁性層の膜厚を
ｄ1 、ｄ2 （ただし、ｄ1 ≧ｄ2 ）としたとき、 3nm≦
ｄ1 ≦ 7nm、 3nm≦ｄ2 ≦ 7nm、および 0≦（ｄ1 −ｄ
2 ）／ｄ1 ≦0.40を満足することを特徴とする磁気抵抗
効果ヘッド。 - 【請求項４】 請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記 3つの磁性層のうち、中央の磁性層の膜厚をｄ3 と
したとき、 1nm≦ｄ3≦ 2/3ｄ1 を満足することを特徴
とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項５】 請求項３記載の磁気抵抗効果ヘッドにお
いて、 前記外側の 2つの磁性層は、 3nm≦ｄ1 ＜ 5nm、 3nm≦
ｄ2 ＜ 5nmを満足することを特徴とする磁気抵抗効果ヘ
ッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18965196A JPH09115113A (ja) | 1993-09-09 | 1996-07-18 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22478693 | 1993-09-09 | ||
| JP5-224786 | 1993-09-09 | ||
| JP18965196A JPH09115113A (ja) | 1993-09-09 | 1996-07-18 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20995494A Division JP2656449B2 (ja) | 1993-09-09 | 1994-09-02 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09115113A true JPH09115113A (ja) | 1997-05-02 |
Family
ID=26505590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18965196A Pending JPH09115113A (ja) | 1993-09-09 | 1996-07-18 | 磁気抵抗効果ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09115113A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007123637A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Toshiba Corp | スピン注入磁気ランダムアクセスメモリ |
-
1996
- 1996-07-18 JP JP18965196A patent/JPH09115113A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007123637A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Toshiba Corp | スピン注入磁気ランダムアクセスメモリ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030603 |