JPH09259410A - 磁気抵抗型センサ - Google Patents

磁気抵抗型センサ

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JPH09259410A
JPH09259410A JP9087675A JP8767597A JPH09259410A JP H09259410 A JPH09259410 A JP H09259410A JP 9087675 A JP9087675 A JP 9087675A JP 8767597 A JP8767597 A JP 8767597A JP H09259410 A JPH09259410 A JP H09259410A
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thin film
permanent magnet
magnetic
film layer
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Durga P Ravipati
ドゥルガ・ピー・ラビパティ
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板１と該基板上に形成された積層構造とを
備えるスピンバルブ磁気抵抗型センサで、積層構造は、
非磁性スペーサ８により互いに分離された強磁性材料か
らなる１対の薄膜層６、１０を有する。一方の薄膜層６
の磁化の方向は、第１永久磁石層５によりピンされ（固
定され）ている。第２永久磁石層１２が、縦バイアスの
ために他方の薄膜層１０付近に設けられている。第１永
久磁石層は、第２の永久磁石層より実質的に高い飽和保
磁力を有する。 【効果】 従来の薄膜製造技術を用いて簡単な工程で製
造できる。永久磁石層の腐蝕を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気媒体から記録
信号を読み取るために使用される磁気変換器に関し、特
に磁気抵抗（ＭＲ）型読取り変換器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＲセンサは、磁性面から高線記録密度
で記録信号を読み取ることができる。ＭＲセンサは、磁
気読取り素子が感知した磁束の大きさ及び方向の関数と
して該読取り素子における抵抗の変化により磁界信号を
検出する。或る型式の従来のＭＲセンサは、抵抗の成分
が、磁化と電流の流れの向きとがなす角度のコサインの
平方として変化する異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基
づいて動作する。これらのＭＲセンサでは、ＡＭＲ効果
が比較的小さい率での抵抗の変化しか生じないとして
も、この効果に基づいて動作させる。
【０００３】別のＭＲ型のセンサとしては、２つの結合
していない強磁性層間の抵抗が、該２層間における磁化
の角度のコサインとして変化し、かつ電流の向きと無関
係であるものが知られている。この構造では、選択した
材料の組合せについて、ＡＭＲ効果の場合よりも大きい
磁気抵抗が生じ、これは「スピンバルブ」（ＳＶ）磁気
抵抗と呼ばれている。
【０００４】1994年11月発行の IEEE Transaction on M
agnetics、第3801〜3806頁に発表されたツァン（Tsan
g）他の論文「Design, Fabrication and Testing of Sp
in-Valve Read Heads for High Density Recording」に
は、第１強磁性層が固定され、即ちその磁気配向の向き
に「ピン（pin）」され、かつ前記第１強磁性層から分
離された第２強磁性層が、検出される信号磁界に応答し
て自由に回転する磁気的な動作をするＳＶ構造が記載さ
れている。
【０００５】図５に示されるように、ディエニ（Dien
y）他による米国特許第5,159,513号明細書のＳＶ・ＭＲ
センサは、基板上に形成された積層構造を備える。この
ＭＲセンサは、ガラス、セラミックス又は半導体等の基
板２４を備え、その上に軟強磁性材料からなる第１薄膜
層２３、非磁性金属材料からなる薄膜層２５、及び強磁
性材料からなる第２薄膜層２６が付着されている。２つ
の強磁性材料の層２３、２６は、その磁化の向きが、印
加磁界が無い場合に互いに約９０度の角度で配向されて
いる。強磁性材料の第２薄膜層２６の磁化は、矢印２７
で示す位置に固定されている。印加磁界が無い場合の強
磁性材料の第１薄膜層２３の磁化が、点線の矢印２８で
示されている。第１薄膜層２３における磁化の変化が、
磁界ｈのような印加磁界の変化に応答した矢印２８の回
転により示されている。
【０００６】強磁性材料の第２薄膜層２６は、その磁化
を所定位置に固定し得るように、強磁性材料の第１薄膜
層２３より高い飽和保磁力を有する。高抵抗の反強磁性
材料からなる薄膜層２９が、交換結合によりバイアス磁
界が生じるように、第２薄膜層２６と直接接触させて付
着されている。
【０００７】前記ＭＲセンサは、例えばディスクドライ
ブ装置で動作させ、かつデータ信号を記録した磁気ディ
スクに近接配置したとき、その中を流れる電流が生じ
る。検出される磁界の関数として強磁性材料の第１薄膜
層２３の磁化の回転により生じるＭＲ素子の抵抗の変化
により起こる前記ＭＲセンサの両端における電圧の変化
が感知される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の磁気抵抗型変換器を改良することで、従来の
フォトリソグラフィ技術を利用した薄膜製造技術を用い
た簡単な工程により製造し得るＭＲ読取り変換器を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に形成された積層構造を有するＭＲセンサは、非磁性金
属材料の薄膜層で分離された強磁性材料からなる、好適
にはＮｉＦｅで形成された第１及び第２薄膜層を有す
る。前記ＭＲセンサの中を流れる電流が生じると、検出
される磁界の関数として強磁性材料の前記層における磁
化の回転の差によるＭＲセンサの抵抗の変化が感知され
る。
【００１０】本発明は、第１永久磁石（ＰＭ）層を用い
て第１ＭＲ層（ピン層）をピンし、かつ前記第２ＭＲ層
（自由層）付近の別のＰＭ層を用いてバイアスを与え
る。前記第１ＭＲ層は、高飽和保磁力層の上に付着され
て、前記ピンＭＲ層を形成する。この構造の上に、非磁
性材料で前記第１層から分離された前記第２ＭＲ層が付
着される。
【００１１】本発明による構造の製造では、ＣｏＣｒＰ
ｔのような材料の永久磁石（ＰＭ）層を前記ＭＲ構造に
用いる。前記第１ＭＲ層は前記ＰＭ層の上面に付着さ
れ、かつ所定の磁気方向にピンされる。それぞれＣｏ、
Ｃｕ及びＣｏからなる薄層が順に付着され、その次に前
記第２ＭＲ層が付着される。第２ＰＭ層が、前記第２Ｍ
Ｒ層と静磁気的に相互に作用して縦バイアスを与えるよ
うに付着される。前記第２ＭＲ層の磁気配向は、前記第
１ＭＲ層の磁気配向に対して直交する。前記第２ＰＭ層
は、前記第１ＰＭ層と第１ＭＲ層とについて生じるよう
に前記第２ＰＭ層が第２ＭＲ層をピンすることがないよ
うに、前記第１ＰＭ層より飽和保磁力が小さい。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１及び図２に関して、基板１は
アルミナ−炭化チタン（alumina-titanium carbide）の
ような材料で形成され、その上にＭＲ素子が組み立てら
れる。前記ＭＲ素子は、Ａｌ2Ｏ3又はＳｉＯ2で形成さ
れた誘電体層２により、基板１から絶縁されている。誘
電体層２の厚さは一般に４〜２０μｍの範囲内である。
ＮｉＦｅ又は他の高透磁率材料で形成されたシールド層
３が、次に約１．５〜３．０μｍの範囲の厚さまで付着
される。シールド層３の目的は、磁化遷移がＭＲセンサ
ヘッドのシールド間のギャップ内に入るまでＭＲ素子が
前記磁化遷移を「見る」ことができないので、孤立パル
スをスリム化することにある。
【００１３】アルミナのような誘電体材料で形成され
た、好適には膜厚５００〜２５００Åの絶縁ギャップ２
Ａ（第１ギャップ）により、前記ＭＲ素子は電気的にか
つ磁気的に分離される。例えばＣｒで形成された下地層
４により、高透磁率のハード永久磁石（ＰＭ）材料から
なる次の層５について好適な配向（１００）が与えられ
る。Ｃｒ下地層４の膜厚は、１００〜５００Åの範囲内
であることが好ましい。ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、
ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＢ又はこれらの類似物
のような高透磁率材料からなる膜厚約１００〜８００Å
のハードＰＭ層５が、Ｃｒ層４の上に付着される。ま
た、ＰＭ層５はピンニング層と呼ばれるものである。
【００１４】例えばＮｉＦｅで形成されたピン層が、前
記センサの２つのＭＲ層の第１のものである。ＭＲ層６
は高透磁率ＰＭ層５により磁気的にピンされ、１つの磁
気位置に固定される。ＭＲ層６の厚さは１０〜２００Å
の範囲内である。Ｃｏからなる薄層７は、ΔＲ／Ｒ比
（ここで、Ｒは抵抗）を改善するエンハンシング層とし
て機能し、約５〜５０Åの膜厚を有する。
【００１５】例えばＣｕで形成された、約５〜３５Åの
膜厚を有する導電スペーサ層８がＣｏ薄層７の上に付着
される。Ｃｏからなる薄層９は、Ｃｏ薄層７と膜厚範囲
が同じで、同じ機能を発揮する。例えばＮｉＦｅ又はＦ
ｅＣｏで形成された自由ＭＲ層１０が、２０〜２００Å
の範囲の膜厚で付着される。次に、Ｃｒ下地層４と同じ
機能を有するＣｒ下地層１１が付着される。縦バイアス
が自由ＭＲ層１０に印加される。バイアス磁界は、ピン
されたＭＲ層５の磁界に対して直交する。次にハードＰ
Ｍ層１２が付着されるが、これはＰＭ層５と同じ機能を
発揮し、かつ同じ範囲の膜厚を有する。
【００１６】第１ＭＲ層６は高飽和透磁率のハードＰＭ
層５と磁気結合される。第２ＭＲ層１０がＰＭ層１２と
静磁気的に結合されて相互に作用し、横バイアスを与え
る。第１ＰＭ層５の飽和保磁力は、ＭＲ層１０に縦バイ
アスを与える第２ＰＭ層１２の約２倍である。前記ピン
ニング層にハード永久磁石材料を用いることにより、従
来のＭＲセンサに使用されているＦｅＭｎ、ＣｏＮｉ
Ｏ、及びＮｉＭｎのような材料について生じる腐蝕の問
題が解消される。
【００１７】Ａｕ、Ｗ又はＡｕＣｕで形成されている導
電リード層１３により、前記ＭＲ素子の電流通路が得ら
れる。上部層２Ａと同じ機能を有する誘電体材料からな
る第２ギャップ１４が設けられる。シールド層３と同じ
機能を発揮し、かつ同じ範囲の膜厚を有しかつ同じ材料
からなる第２シールド層１５が次に設けられる。
【００１８】図３及び図４の別の実施例に関して、参照
符号１〜３、６〜１５により示される各層は、図１及び
図２の実施例に関連して説明した同じ参照符号の各層に
匹敵する機能、組成及び膜厚範囲を有する。図３及び図
４において、層２５は、例えばＦｅＭｎ、ＮｉＣｏＯ、
ＮｉＯで形成された、高飽和透磁力のピンニング層であ
り、ＭＲ層６を１つの磁気位置に磁気的にピンする機能
を有する。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、ＭＲ読取り変換器構造
は、従来のマスキング、フォトリソグラフィ及び成膜技
術を用いた簡単な工程により製造される。また、前記永
久磁石材料の腐蝕を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＭＲセンサの実施例を示す断面図
である。
【図２】図１に示す実施例の断面斜視図である。
【図３】本発明によるＭＲセンサの別の実施例を示す断
面図である。
【図４】図３に示す実施例の断面斜視図である。
【図５】ディエニ他による米国特許の従来構造を示す分
解斜視図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 誘電体層 ２Ａ 第１ギャップ ３ シールド層 ４ 下地層 ５ 第１ＰＭ層 ６ 第１ＭＲ層 ７ 薄層 ８ 導電スペーサ層 ９ 薄層 １０ 第２ＭＲ層 １１ Ｃｒ下地層 １２ 第２ＰＭ層 １３ 導電リード層 １４ 第２ギャップ １５ 第２シールド層 ２３ 第１薄膜層 ２４ 基板 ２５ 薄膜層 ２６ 第２薄膜層 ２７、２８ 矢印 ２９ 薄膜層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、 分離された強磁性材料の第１及び第２薄膜層を有する、
    前記基板上に形成された積層構造と、 前記第１及び第２薄膜層間に配置された非磁性スペーサ
    材料の層と、 前記第１薄膜層の磁化の向きをピンニングして固定する
    ために前記第１薄膜層付近に設けられた第１永久磁石手
    段と、 前記第２薄膜層に縦バイアスを与えるために前記第２薄
    膜層付近に設けられた第２永久磁石手段とからなる磁気
    抵抗型センサであって、 前記センサの抵抗率の変化が、前記強磁性材料の第２薄
    膜層における磁化の向きの回転の結果として生じる磁気
    抵抗型センサ。
  2. 【請求項２】 前記第１永久磁石手段が、前記第２永久
    磁石手段より実質的に高い飽和保磁力を有することを特
    徴とする請求項１記載の磁気抵抗型センサ。
  3. 【請求項３】 前記第１永久磁石手段が、前記強磁性材
    料の第１薄膜層と直接接触する永久磁石材料の層からな
    ることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗型センサ。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２永久磁石手段に磁気配
    向を与えるために、前記第１及び第２永久磁石手段付近
    にそれぞれ設けられた第１及び第２下地層を更に有する
    ことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗型センサ。
  5. 【請求項５】 前記第１薄膜層付近にエンハンシング層
    を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗型セ
    ンサ。
  6. 【請求項６】 前記エンハンシング層がＣｏからなるこ
    とを特徴とする請求項５記載の磁気抵抗型センサ。
JP9087675A 1996-03-21 1997-03-21 磁気抵抗型センサ Pending JPH09259410A (ja)

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US08/619,369 1996-03-21
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