JPH09275233A - 磁気抵抗効果多層膜 - Google Patents
磁気抵抗効果多層膜Info
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- JPH09275233A JPH09275233A JP8082788A JP8278896A JPH09275233A JP H09275233 A JPH09275233 A JP H09275233A JP 8082788 A JP8082788 A JP 8082788A JP 8278896 A JP8278896 A JP 8278896A JP H09275233 A JPH09275233 A JP H09275233A
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハードディスク装置の記録密度は年々飛躍的
に上昇している。このニーズにマッチした高記録密度に
対応できる高感度再生ヘッドを提供するものである。 【解決手段】 非磁性層で分離された２層以上の強磁性
層を有し、反強磁性層からの交換結合磁界が印加される
ピン層と交換結合磁界が印加されないフリー層からなる
磁気抵抗効果多層膜の構成であって、ピン層はＣｏで形
成され、Ｎｉ−Ｍｎによる反強磁性層からの交換結合磁
界は２５ｋＡ／ｍ以上で飽和している。
に上昇している。このニーズにマッチした高記録密度に
対応できる高感度再生ヘッドを提供するものである。 【解決手段】 非磁性層で分離された２層以上の強磁性
層を有し、反強磁性層からの交換結合磁界が印加される
ピン層と交換結合磁界が印加されないフリー層からなる
磁気抵抗効果多層膜の構成であって、ピン層はＣｏで形
成され、Ｎｉ−Ｍｎによる反強磁性層からの交換結合磁
界は２５ｋＡ／ｍ以上で飽和している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気ヘッドあるいは磁気
センサ等の感磁部に使用される磁気抵抗効果素子に係わ
り、特に強磁性層と反強磁性層間で作用する交換結合磁
界を利用した磁気抵抗効果多層膜に関するものである。
センサ等の感磁部に使用される磁気抵抗効果素子に係わ
り、特に強磁性層と反強磁性層間で作用する交換結合磁
界を利用した磁気抵抗効果多層膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスク装置に代表される磁気記
録再生装置の大容量化、高記録密度化にともない、記録
媒体に情報を記録する単位である記録ビットはますます
小さくなってきている。このため、極小になった記録ビ
ットが発生する磁束量は減少する一方になるため、従来
の磁束の変化を電気的信号に変換する誘導型磁気ヘッド
では信号出力が低下してしまい情報の再生が一層困難に
なって来ている。そこで、記録用ヘッドと再生用ヘッド
は別々の機構をとることにして、特に再生時にはより高
い感度を発現できる記録再生分離型磁気ヘッドが提案さ
れ、その開発が活発化している。
録再生装置の大容量化、高記録密度化にともない、記録
媒体に情報を記録する単位である記録ビットはますます
小さくなってきている。このため、極小になった記録ビ
ットが発生する磁束量は減少する一方になるため、従来
の磁束の変化を電気的信号に変換する誘導型磁気ヘッド
では信号出力が低下してしまい情報の再生が一層困難に
なって来ている。そこで、記録用ヘッドと再生用ヘッド
は別々の機構をとることにして、特に再生時にはより高
い感度を発現できる記録再生分離型磁気ヘッドが提案さ
れ、その開発が活発化している。
【０００３】図１１は記録再生分離型磁気ヘッドの構成
である。下部磁極４５、上部磁極４６およびコイル４４
からなる記録ヘッド５２は、従来と同様にコイルに電流
を通じることによって磁極先端部に磁界が発生する誘導
型の機構となっている。ボトムシールド膜４２、ミッド
シールド膜４３、磁気抵抗効果膜４１および電極４８か
らなる再生部は外部磁界に対して電気抵抗の変化を示す
磁気抵抗効果材料を感磁部として使用し、記録ビットか
ら漏洩する磁界の変化を電気抵抗変化によって生じた電
圧の変化として出力する。再生信号は、Ｎｉ−Ｆｅ合金
等で構成される磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）４１の両端に
一対の電極４８を取り付けて定電流を流しておき、記録
媒体からの信号磁界をＭＲ膜４１の抵抗変化による電圧
変化変動分として検出、即ち再生するものである。この
ような方式の再生ヘッドは感磁部素子にＭＲ膜が用いら
れるため、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）と呼ば
れる。ＭＲヘッドが感じる磁界変化の振幅をＨとし、ま
たそのとき発生される電圧変化の振幅をＶとすると、Ｖ
とＨの間には次の関係がある。 Ｖ＝（Δρ／Ｈｓ）・ｗ・ｊ・Ｈ （１） ここで、Δρはヘッドに用いられた磁気抵抗効果材料の
最大の比抵抗の変化量であり、またＨｓはその抵抗変化
に要する磁界の大きさである。Δρは抵抗変化量、Ｈｓ
は飽和磁界と呼ばれる。ｗは磁気抵抗効果型ヘッドのト
ラック幅、ｊはセンス電流の電流密度である。飽和磁界
Ｈｓは主に、磁気抵抗効果材料の一軸異方性による異方
性磁界Ｈｋ、感磁部の形状異方性による異方性磁界Ｈｓ
ｈａｐｅおよびノイズ抑制のために印加されるバイアス
磁界Ｈｂｉａｓの３つの要因からなり、次の式で表すこ
とができる。 Ｈｓ＝Ｈｋ＋Ｈｓｈａｐｅ＋Ｈｂｉａｓ （２） 以上のように磁気抵抗効果型ヘッドの再生電圧変化Ｖに
影響を及ぼす要因は数多いが、それらのうち磁気抵抗効
果材料はΔρとＨｋを通じて再生電圧の大きさに影響を
与える。（１）および（２）式から明らかなように、再
生出力を大きくするためには高いΔρと低いＨｋをもっ
た磁気抵抗効果材料が必要となる。
である。下部磁極４５、上部磁極４６およびコイル４４
からなる記録ヘッド５２は、従来と同様にコイルに電流
を通じることによって磁極先端部に磁界が発生する誘導
型の機構となっている。ボトムシールド膜４２、ミッド
シールド膜４３、磁気抵抗効果膜４１および電極４８か
らなる再生部は外部磁界に対して電気抵抗の変化を示す
磁気抵抗効果材料を感磁部として使用し、記録ビットか
ら漏洩する磁界の変化を電気抵抗変化によって生じた電
圧の変化として出力する。再生信号は、Ｎｉ−Ｆｅ合金
等で構成される磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）４１の両端に
一対の電極４８を取り付けて定電流を流しておき、記録
媒体からの信号磁界をＭＲ膜４１の抵抗変化による電圧
変化変動分として検出、即ち再生するものである。この
ような方式の再生ヘッドは感磁部素子にＭＲ膜が用いら
れるため、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）と呼ば
れる。ＭＲヘッドが感じる磁界変化の振幅をＨとし、ま
たそのとき発生される電圧変化の振幅をＶとすると、Ｖ
とＨの間には次の関係がある。 Ｖ＝（Δρ／Ｈｓ）・ｗ・ｊ・Ｈ （１） ここで、Δρはヘッドに用いられた磁気抵抗効果材料の
最大の比抵抗の変化量であり、またＨｓはその抵抗変化
に要する磁界の大きさである。Δρは抵抗変化量、Ｈｓ
は飽和磁界と呼ばれる。ｗは磁気抵抗効果型ヘッドのト
ラック幅、ｊはセンス電流の電流密度である。飽和磁界
Ｈｓは主に、磁気抵抗効果材料の一軸異方性による異方
性磁界Ｈｋ、感磁部の形状異方性による異方性磁界Ｈｓ
ｈａｐｅおよびノイズ抑制のために印加されるバイアス
磁界Ｈｂｉａｓの３つの要因からなり、次の式で表すこ
とができる。 Ｈｓ＝Ｈｋ＋Ｈｓｈａｐｅ＋Ｈｂｉａｓ （２） 以上のように磁気抵抗効果型ヘッドの再生電圧変化Ｖに
影響を及ぼす要因は数多いが、それらのうち磁気抵抗効
果材料はΔρとＨｋを通じて再生電圧の大きさに影響を
与える。（１）および（２）式から明らかなように、再
生出力を大きくするためには高いΔρと低いＨｋをもっ
た磁気抵抗効果材料が必要となる。
【０００４】磁気抵抗効果材料としてはこれまで０．６
μΩｃｍ程度のΔρを有するＮｉーＦｅ合金膜が実用に
供されてきたが、強磁性層と非磁性層を積層した多層膜
において巨大磁気抵抗効果が発見されて以来、Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金膜を上回るΔρを持った多層磁気抵抗効果材料を
再生ヘッドに応用する研究開発が活発となっている。
μΩｃｍ程度のΔρを有するＮｉーＦｅ合金膜が実用に
供されてきたが、強磁性層と非磁性層を積層した多層膜
において巨大磁気抵抗効果が発見されて以来、Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金膜を上回るΔρを持った多層磁気抵抗効果材料を
再生ヘッドに応用する研究開発が活発となっている。
【０００５】図１０に特開平４−３５８３１０号公報に
開示されている、巨大磁気抵抗果を示す多層膜の断面を
示す。この多層膜は、別名スピンバルブ膜と呼ばれてい
る。この多層膜はＣｕ非磁性層３３で分離された上下２
層の強磁性層即ちＮｉ−Ｆｅフリー層３２およびＮｉ−
Ｆｅピン層３４を有し、Ｎｉ−Ｆｅピン層３４の上に積
層されたＦｅＭｎ反強磁性層３５からなる構成である。
Ｎｉ−Ｆｅピン層３４には隣接するＦｅＭｎ反強磁性層
３５から交換結合磁界が印加されるため、Ｎｉ−Ｆｅピ
ン層３４の磁化方向が束縛される。一方、Ｎｉ−Ｆｅフ
リー層３２の磁化は記録媒体からの信号磁界に対して自
由に変化することができる。Ｎｉ−Ｆｅフリー層３２が
このように信号磁界に対して磁化方向が変化するため、
Ｎｉ−Ｆｅピン層３４とＮｉ−Ｆｅフリー層３２の磁化
は平行と反平行の間を推移することになる。スピンバル
ブ膜の電気抵抗はＮｉ−Ｆｅピン層３４とＮｉ−Ｆｅピ
ン層３２の磁化が同じ向きの平行に配列したときよりも
逆向きの反平行に配列したときの方が高くなる。
開示されている、巨大磁気抵抗果を示す多層膜の断面を
示す。この多層膜は、別名スピンバルブ膜と呼ばれてい
る。この多層膜はＣｕ非磁性層３３で分離された上下２
層の強磁性層即ちＮｉ−Ｆｅフリー層３２およびＮｉ−
Ｆｅピン層３４を有し、Ｎｉ−Ｆｅピン層３４の上に積
層されたＦｅＭｎ反強磁性層３５からなる構成である。
Ｎｉ−Ｆｅピン層３４には隣接するＦｅＭｎ反強磁性層
３５から交換結合磁界が印加されるため、Ｎｉ−Ｆｅピ
ン層３４の磁化方向が束縛される。一方、Ｎｉ−Ｆｅフ
リー層３２の磁化は記録媒体からの信号磁界に対して自
由に変化することができる。Ｎｉ−Ｆｅフリー層３２が
このように信号磁界に対して磁化方向が変化するため、
Ｎｉ−Ｆｅピン層３４とＮｉ−Ｆｅフリー層３２の磁化
は平行と反平行の間を推移することになる。スピンバル
ブ膜の電気抵抗はＮｉ−Ｆｅピン層３４とＮｉ−Ｆｅピ
ン層３２の磁化が同じ向きの平行に配列したときよりも
逆向きの反平行に配列したときの方が高くなる。
【０００６】スピンバルブ膜のΔρの値は強磁性層また
は非磁性層に用いる材料の物性値と、さらに各層の厚さ
に依存することが知られている。例えば、強磁性層にＣ
ｏを使用すればＮｉ−Ｆｅ合金を使用した場合よりΔρ
が高くなり、非磁性層にＣｕを使用すればＡｇ，Ａｕよ
りもΔρは増大する。またΔρは非磁性層の厚さに強く
依存し、ピン層とフリー層を磁気的に分離できる範囲で
非磁性層を薄くするほどΔρが増加する。このように高
いΔρを得るために種々の検討がなされているが今まで
に報告されているスピンバルブ膜のΔρは高々２μΩｃ
ｍであった。
は非磁性層に用いる材料の物性値と、さらに各層の厚さ
に依存することが知られている。例えば、強磁性層にＣ
ｏを使用すればＮｉ−Ｆｅ合金を使用した場合よりΔρ
が高くなり、非磁性層にＣｕを使用すればＡｇ，Ａｕよ
りもΔρは増大する。またΔρは非磁性層の厚さに強く
依存し、ピン層とフリー層を磁気的に分離できる範囲で
非磁性層を薄くするほどΔρが増加する。このように高
いΔρを得るために種々の検討がなされているが今まで
に報告されているスピンバルブ膜のΔρは高々２μΩｃ
ｍであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにハードデ
ィスク装置の記録密度は年々飛躍的に上昇しており、高
記録密度に対応した高感度再生ヘッドに対する需要は止
むことがない。このため、より高い特性を有した磁気抵
抗効果材料が必要とされている。特開平４−３５８３１
０号公報記載のスピンバルブ膜では、Δρは高々２μΩ
ｃｍであって、今後ますます発展するハードディスク装
置の高記録密度化に対して必ずしも充分とは言えない。
本発明の目的は従来にはない高いΔρを有したスピンバ
ルブ膜を提供することにある。
ィスク装置の記録密度は年々飛躍的に上昇しており、高
記録密度に対応した高感度再生ヘッドに対する需要は止
むことがない。このため、より高い特性を有した磁気抵
抗効果材料が必要とされている。特開平４−３５８３１
０号公報記載のスピンバルブ膜では、Δρは高々２μΩ
ｃｍであって、今後ますます発展するハードディスク装
置の高記録密度化に対して必ずしも充分とは言えない。
本発明の目的は従来にはない高いΔρを有したスピンバ
ルブ膜を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】我々はスピンバルブ膜に
ついて鋭意検討を重ねた結果、ピン層にＣｏを用いたス
ピンバルブ膜のΔρは交換結合磁界とともに増加するこ
とを見出した。典型的な場合、１５ｋＡ／ｍ以上の交換
結合磁界をＣｏピン層に印加すれば２μΩｃｍ以上のΔ
ρが得られ、さらに交換結合磁界を２５ｋＡ／ｍ以上と
すればΔρは３μΩｃｍに達し、従来にはない高い値が
得られる。Ｃｏピン層に２５ｋＡ／ｍ以上の強い交換結
合磁界を印加するには反強磁性層にＮｉＭｎ合金を使用
するのが適当であり、ＮｉＭｎ層やＣｏピン層の厚さを
調節すれば４０ｋＡ／ｍ程度までの交換結合磁界を発生
させることができる。このようにピン層にＣｏ、反強磁
性層にＮｉＭｎを使用すれば高いΔρを有したスピンバ
ルブ膜を提供することができる。
ついて鋭意検討を重ねた結果、ピン層にＣｏを用いたス
ピンバルブ膜のΔρは交換結合磁界とともに増加するこ
とを見出した。典型的な場合、１５ｋＡ／ｍ以上の交換
結合磁界をＣｏピン層に印加すれば２μΩｃｍ以上のΔ
ρが得られ、さらに交換結合磁界を２５ｋＡ／ｍ以上と
すればΔρは３μΩｃｍに達し、従来にはない高い値が
得られる。Ｃｏピン層に２５ｋＡ／ｍ以上の強い交換結
合磁界を印加するには反強磁性層にＮｉＭｎ合金を使用
するのが適当であり、ＮｉＭｎ層やＣｏピン層の厚さを
調節すれば４０ｋＡ／ｍ程度までの交換結合磁界を発生
させることができる。このようにピン層にＣｏ、反強磁
性層にＮｉＭｎを使用すれば高いΔρを有したスピンバ
ルブ膜を提供することができる。
【０００９】ピン層にＣｏを使用したスピンバルブ膜で
は、ピン層に印加される交換結合磁界が強いほど高い抵
抗変化量Δρを示す。これは、Ｃｏピン層の磁気飽和に
関係している。交換結合磁界の大きさが十分でない場
合、Ｃｏピン層の磁化は飽和に至っておらず、場所によ
っては交換結合磁界の方向から外れた磁化も存在する。
このような磁化はΔρへの寄与が小さいため、Ｃｏピン
層の磁気飽和が十分でないと、スピンバルブ膜全体が示
すΔρは低い値に留まる。交換結合磁界を大きくしてい
くとＣｏピン層の磁化は飽和に近づき、磁化方向の分布
が小さくなるのでΔρのロスも小さくなり、スピンバル
ブ膜全体のΔρが上昇する。つまり、ピン層にＣｏを用
いたスピンバルブ膜では、２５ｋＡ／ｍ以上の強い交換
結合磁界をＣｏピン層に印加してこの層の磁化を飽和さ
せることが、高いΔρを得る上で極めて重要である。反
強磁性層にＮｉＭｎを用いれば、従来から良く知られた
ＦｅＭｎを用いた場合より強い交換結合磁界をＣｏピン
層に印加することができるので、その強い交換結合磁界
を通して高いΔρを発生させることができる。このとき
得られるΔρの値は３μΩｃｍにも達する。
は、ピン層に印加される交換結合磁界が強いほど高い抵
抗変化量Δρを示す。これは、Ｃｏピン層の磁気飽和に
関係している。交換結合磁界の大きさが十分でない場
合、Ｃｏピン層の磁化は飽和に至っておらず、場所によ
っては交換結合磁界の方向から外れた磁化も存在する。
このような磁化はΔρへの寄与が小さいため、Ｃｏピン
層の磁気飽和が十分でないと、スピンバルブ膜全体が示
すΔρは低い値に留まる。交換結合磁界を大きくしてい
くとＣｏピン層の磁化は飽和に近づき、磁化方向の分布
が小さくなるのでΔρのロスも小さくなり、スピンバル
ブ膜全体のΔρが上昇する。つまり、ピン層にＣｏを用
いたスピンバルブ膜では、２５ｋＡ／ｍ以上の強い交換
結合磁界をＣｏピン層に印加してこの層の磁化を飽和さ
せることが、高いΔρを得る上で極めて重要である。反
強磁性層にＮｉＭｎを用いれば、従来から良く知られた
ＦｅＭｎを用いた場合より強い交換結合磁界をＣｏピン
層に印加することができるので、その強い交換結合磁界
を通して高いΔρを発生させることができる。このとき
得られるΔρの値は３μΩｃｍにも達する。
【００１０】Δρの観点からピン層はＣｏであることが
望ましいが、軟磁気特性に劣るＣｏをフリー層にそのま
ま用いたのでは、たとえ高いΔρが得られたとしても高
い磁界感度は望めない。この問題は、フリー層をＮｉ−
Ｆｅ合金層と薄いＣｏ層の２層膜とし、Ｃｏ層がＣｕ層
に隣接する構成とすれば解決できる。スピンバルブ膜に
おける磁気抵抗効果はＣｕ非磁性層と強磁性層との界面
近傍における伝導電子のスピン依存散乱に由来するとさ
れている。従って、Δρは非磁性層と接している強磁性
原子によって左右され、その界面から離れた位置にある
強磁性原子にはあまり関係しない。そこで、Ｃｕ非磁性
層と接するように薄いＣｏ層を配置すれば、Δρを損な
うことなく、しかもこのＣｏ層と交換相互作用で磁化が
結合したＮｉ−Ｆｅ合金層の軟磁気特性によって、低い
外部磁界でもフリー層の磁化（Ｃｏ層とＮｉ−Ｆｅ層の
磁化が一体化したもの）が回転することができる。この
ようにして、磁界感度を向上させることができる。
望ましいが、軟磁気特性に劣るＣｏをフリー層にそのま
ま用いたのでは、たとえ高いΔρが得られたとしても高
い磁界感度は望めない。この問題は、フリー層をＮｉ−
Ｆｅ合金層と薄いＣｏ層の２層膜とし、Ｃｏ層がＣｕ層
に隣接する構成とすれば解決できる。スピンバルブ膜に
おける磁気抵抗効果はＣｕ非磁性層と強磁性層との界面
近傍における伝導電子のスピン依存散乱に由来するとさ
れている。従って、Δρは非磁性層と接している強磁性
原子によって左右され、その界面から離れた位置にある
強磁性原子にはあまり関係しない。そこで、Ｃｕ非磁性
層と接するように薄いＣｏ層を配置すれば、Δρを損な
うことなく、しかもこのＣｏ層と交換相互作用で磁化が
結合したＮｉ−Ｆｅ合金層の軟磁気特性によって、低い
外部磁界でもフリー層の磁化（Ｃｏ層とＮｉ−Ｆｅ層の
磁化が一体化したもの）が回転することができる。この
ようにして、磁界感度を向上させることができる。
【００１１】
【実施例】以下の実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。 （実施例１）本発明による多層膜の構成を図１に示す。
この多層構成による試料は、厚さ５ｎｍのＴａ下地層１
１の上にＣｏのフリー層１２（厚さ５ｎｍ）、Ｃｕの非
磁性層１３（厚さ２ｎｍ）、Ｃｏのピン層１４（厚さ５
ｎｍ）、ＮｉーＭｎ反強磁性層１５（厚さ０〜３５ｎ
ｍ）、Ｔａ保護層１６（厚さ５ｎｍ）を順次堆積させた
ものである。試料の作製にはイオンビームスパッタ装置
を用いた。成膜条件はイオンビームの加速電圧１５００
Ｖ、イオン電流６ｍＡ、Ａｒ圧力０．０６Ｐａであり、
基板面内に８ｋＡ／ｍの静磁界を印加しながら成膜し
た。基板温度は室温である。
する。 （実施例１）本発明による多層膜の構成を図１に示す。
この多層構成による試料は、厚さ５ｎｍのＴａ下地層１
１の上にＣｏのフリー層１２（厚さ５ｎｍ）、Ｃｕの非
磁性層１３（厚さ２ｎｍ）、Ｃｏのピン層１４（厚さ５
ｎｍ）、ＮｉーＭｎ反強磁性層１５（厚さ０〜３５ｎ
ｍ）、Ｔａ保護層１６（厚さ５ｎｍ）を順次堆積させた
ものである。試料の作製にはイオンビームスパッタ装置
を用いた。成膜条件はイオンビームの加速電圧１５００
Ｖ、イオン電流６ｍＡ、Ａｒ圧力０．０６Ｐａであり、
基板面内に８ｋＡ／ｍの静磁界を印加しながら成膜し
た。基板温度は室温である。
【００１２】ＮｉＭｎはＣｕＡｕＩ型規則合金のθＮｉ
Ｍｎである場合に反強磁性を示す。しかし、成膜状態で
はＮｉＭｎは不規則合金となっており、反強磁性を示さ
ない。そのため、ＮｉＭｎを反強磁性のθＮｉＭｎに変
態させるために成膜した試料に２９０℃で３時間の磁界
中熱処理を施した。ＮｉＭｎによる交換結合磁界は熱処
理中の印加磁界の方向に発生する。
Ｍｎである場合に反強磁性を示す。しかし、成膜状態で
はＮｉＭｎは不規則合金となっており、反強磁性を示さ
ない。そのため、ＮｉＭｎを反強磁性のθＮｉＭｎに変
態させるために成膜した試料に２９０℃で３時間の磁界
中熱処理を施した。ＮｉＭｎによる交換結合磁界は熱処
理中の印加磁界の方向に発生する。
【００１３】実施例１と同様の多層構成で反強磁性層に
従来から良く知られたＦｅＭｎを使用した試料を比較の
ために作製した。この試料を比較例１とする。比較例１
の作製方法は実施例１と同じである。ただし、ＦｅＭｎ
は成膜状態でも反強磁性を示すため、熱処理は施してい
ない。
従来から良く知られたＦｅＭｎを使用した試料を比較の
ために作製した。この試料を比較例１とする。比較例１
の作製方法は実施例１と同じである。ただし、ＦｅＭｎ
は成膜状態でも反強磁性を示すため、熱処理は施してい
ない。
【００１４】さらに、実施例１と同様の多層構成で反強
磁性層にＦｅＭｎ、ピン層とフリー層にはＮｉ−Ｆｅ合
金を用いた試料を比較例２として作製した。比較例２の
作製方法も実施例１と同じであるが熱処理は施していな
い。
磁性層にＦｅＭｎ、ピン層とフリー層にはＮｉ−Ｆｅ合
金を用いた試料を比較例２として作製した。比較例２の
作製方法も実施例１と同じであるが熱処理は施していな
い。
【００１５】上記のように作製した試料の磁界に対する
抵抗変化の一例を図２に示す。測定は４端子法を適用
し、試料に１ｍＡの直流電流を通電して行った。外部磁
界は交換結合磁界の方向と平行に印加し、交換結合磁界
とは逆方向に外部磁界を印加した場合を正方向とした。
図に示すように試料の電気抵抗は、磁界を負方向から正
方向へスイープさせると０磁界付近で急峻に増大して最
大値をとった後、緩やかに減少する（図中Ａ曲線部）。
次に、逆方向に印加磁界をスイープさせると電気抵抗
は、往路に比べてより低磁界側で緩やかに増大した後、
０磁界付近で急激に減少する（図中Ｂ曲線部）。０磁界
付近での急峻な抵抗変化はフリー層１２の磁化回転に起
因しており、正磁界側での緩やかな抵抗変化はピン層１
４の磁化反転に起因するものである。従って、正磁界側
での大きなヒステリシスはピン層１４の磁化曲線と対応
している。
抵抗変化の一例を図２に示す。測定は４端子法を適用
し、試料に１ｍＡの直流電流を通電して行った。外部磁
界は交換結合磁界の方向と平行に印加し、交換結合磁界
とは逆方向に外部磁界を印加した場合を正方向とした。
図に示すように試料の電気抵抗は、磁界を負方向から正
方向へスイープさせると０磁界付近で急峻に増大して最
大値をとった後、緩やかに減少する（図中Ａ曲線部）。
次に、逆方向に印加磁界をスイープさせると電気抵抗
は、往路に比べてより低磁界側で緩やかに増大した後、
０磁界付近で急激に減少する（図中Ｂ曲線部）。０磁界
付近での急峻な抵抗変化はフリー層１２の磁化回転に起
因しており、正磁界側での緩やかな抵抗変化はピン層１
４の磁化反転に起因するものである。従って、正磁界側
での大きなヒステリシスはピン層１４の磁化曲線と対応
している。
【００１６】試料のもつ磁気抵抗効果の大きさを表す指
標として、以下ではΔρを用いることにする。Δρは、
スピンバルブ膜が示す最大の比抵抗から、印加磁界−８
０ｋＡ／ｍにおける比抵抗を引いた値として定義する。
標として、以下ではΔρを用いることにする。Δρは、
スピンバルブ膜が示す最大の比抵抗から、印加磁界−８
０ｋＡ／ｍにおける比抵抗を引いた値として定義する。
【００１７】反強磁性層１５からの交換結合磁界Ｈｅｘ
は次のように定義する（図２参照）。まず、ピン層１４
の磁化反転によるヒステリシスカーブ上でΔρの半分に
なる点ｐおよびｑを求める。次に、点ｐおよびｑの中点
ｏを求め、点ｏと０磁界軸との距離をＨｅｘとして定義
する。即ち、反強磁性層１５との交換結合によって、ピ
ン層１４のヒステリシスループがシフトした量をＨｅｘ
として定義する。
は次のように定義する（図２参照）。まず、ピン層１４
の磁化反転によるヒステリシスカーブ上でΔρの半分に
なる点ｐおよびｑを求める。次に、点ｐおよびｑの中点
ｏを求め、点ｏと０磁界軸との距離をＨｅｘとして定義
する。即ち、反強磁性層１５との交換結合によって、ピ
ン層１４のヒステリシスループがシフトした量をＨｅｘ
として定義する。
【００１８】図３には、実施例１および比較例１におけ
る交換結合磁界Ｈｅｘと反強磁性層の層厚との関係を示
す。また、図４にはΔρと反強磁性層の層厚との関係を
示す。図３および図４から明らかなように厚さ７．５ｎ
ｍ以上のＮｉＭｎ反強磁性層はＦｅＭｎよりも強い交換
結合磁界をピンＣｏ層に印加することができ、そのとき
実施例１が示すΔρもＦｅＭｎを用いた比較例１のそれ
より高くなる。
る交換結合磁界Ｈｅｘと反強磁性層の層厚との関係を示
す。また、図４にはΔρと反強磁性層の層厚との関係を
示す。図３および図４から明らかなように厚さ７．５ｎ
ｍ以上のＮｉＭｎ反強磁性層はＦｅＭｎよりも強い交換
結合磁界をピンＣｏ層に印加することができ、そのとき
実施例１が示すΔρもＦｅＭｎを用いた比較例１のそれ
より高くなる。
【００１９】図５および図６には、ＨｅｘとΔρのピン
Ｃｏ層厚依存性をそれぞれ示す。ＮｉＭｎおよびＦｅＭ
ｎ反強磁性層の厚さは１５ｎｍとした。いずれのピン層
厚でも実施例１の方が比較例１より強いＨｅｘが発生し
ており、高いΔρが得られている。以上のようにＮｉＭ
ｎは強い交換結合磁界および高いΔρを発生させること
ができる点で、スピンバルブ膜の反強磁性材料として従
来のＦｅＭｎより優れていることが分かる。
Ｃｏ層厚依存性をそれぞれ示す。ＮｉＭｎおよびＦｅＭ
ｎ反強磁性層の厚さは１５ｎｍとした。いずれのピン層
厚でも実施例１の方が比較例１より強いＨｅｘが発生し
ており、高いΔρが得られている。以上のようにＮｉＭ
ｎは強い交換結合磁界および高いΔρを発生させること
ができる点で、スピンバルブ膜の反強磁性材料として従
来のＦｅＭｎより優れていることが分かる。
【００２０】さらにＮｉＭｎはＦｅＭｎより耐食性が優
れているという報告（Tsann Linet.al.;Appl.Phys.Let
t.Vol.65,No.9,1183(1994).）があることから、ＮｉＭ
ｎを用いたスピンバルブ膜はＦｅＭｎを用いたものより
もヘッド製造プロセス中で腐食されるおそれが少なく、
信頼性においても優れていると言える。
れているという報告（Tsann Linet.al.;Appl.Phys.Let
t.Vol.65,No.9,1183(1994).）があることから、ＮｉＭ
ｎを用いたスピンバルブ膜はＦｅＭｎを用いたものより
もヘッド製造プロセス中で腐食されるおそれが少なく、
信頼性においても優れていると言える。
【００２１】図７は、横軸に交換結合磁界、縦軸にΔρ
をとって図３〜６のデータを整理したものである。図中
●印はピン層にＣｏ、反強磁性層ＮｉＭｎを用いて反強
磁性層厚を変化させたデータ点、■印はピン層にＣｏ、
反強磁性層にＮｉＭｎを用いてピン層厚を変化させたデ
ータ点、□印はピン層にＣｏ、反強磁性層にＦｅＭｎを
用いてピン層厚を変化させたデータ点、○印はピン層に
Ｃｏ、反強磁性層にＦｅＭｎを用いて反強磁性層厚を変
化させたデータ点である。これらのデータ点は何れも同
一の曲線上に良く乗っており、交換結合磁界の増加とと
もにΔρも増加していくという傾向が現れている。この
ことから層厚や反強磁性材料がΔρを支配する直接の要
因ではなく、交換結合磁界の大きさがΔρを支配する直
接の要因となっていることがわかる。先に述べた様に、
スピンバルブ膜のΔρは、強磁性層や非磁性層に用いら
れる材質、あるいは非磁性層の厚さなどに依存すること
は良く知られていたが、交換結合磁界に依存して図７の
ように変化することはこれまで知られていなかった。図
７の結果は、スピンバルブ膜のΔρに影響を与えるパラ
メーターの一つとして交換結合磁界が重要な役割を果た
していることを示している。
をとって図３〜６のデータを整理したものである。図中
●印はピン層にＣｏ、反強磁性層ＮｉＭｎを用いて反強
磁性層厚を変化させたデータ点、■印はピン層にＣｏ、
反強磁性層にＮｉＭｎを用いてピン層厚を変化させたデ
ータ点、□印はピン層にＣｏ、反強磁性層にＦｅＭｎを
用いてピン層厚を変化させたデータ点、○印はピン層に
Ｃｏ、反強磁性層にＦｅＭｎを用いて反強磁性層厚を変
化させたデータ点である。これらのデータ点は何れも同
一の曲線上に良く乗っており、交換結合磁界の増加とと
もにΔρも増加していくという傾向が現れている。この
ことから層厚や反強磁性材料がΔρを支配する直接の要
因ではなく、交換結合磁界の大きさがΔρを支配する直
接の要因となっていることがわかる。先に述べた様に、
スピンバルブ膜のΔρは、強磁性層や非磁性層に用いら
れる材質、あるいは非磁性層の厚さなどに依存すること
は良く知られていたが、交換結合磁界に依存して図７の
ように変化することはこれまで知られていなかった。図
７の結果は、スピンバルブ膜のΔρに影響を与えるパラ
メーターの一つとして交換結合磁界が重要な役割を果た
していることを示している。
【００２２】ピン層にＣｏを用いたスピンバルブ膜でΔ
ρが図７のような交換結合磁界依存性を示すのは、次の
理由による。スピンバルブ膜の電気抵抗はピン層とフリ
ー層の磁化方向が平行のとき最小、反平行のとき最大と
なる。比較的弱い外部磁界に対してもこのような磁化配
列の変化が容易に起こるようにするため、スピンバルブ
膜ではフリー層の磁化は自由に回転できるようにしてお
き、ピン層の磁化は反強磁性層からの交換結合磁界によ
って一方向に固定するようにしている。しかし、交換結
合磁界がピン層の磁化を完全に飽和させるほど大きくな
い場合、ピン層には交換結合磁界の方向と外れた向きの
磁化が場所によっては存在し得る。つまり、ピン層の磁
化方向は交換結合磁界の方向を中心として分布をもつ。
交換結合磁界の方向と外れた向きの磁化は、たとえフリ
ー層の磁化が外部磁界によって反転したとしても完全に
は反平行とならないためΔρに対する寄与が小さくな
る。交換結合磁界が強くなっていくとピン層の磁化が飽
和に近づいていくため磁化方向の分布によるΔρのロス
は小さくなり（即ちΔρが上昇し）、ピン層の磁化が飽
和するとΔρの上昇も飽和する。この時のΔρがその材
料が本来示し得る最大値である。
ρが図７のような交換結合磁界依存性を示すのは、次の
理由による。スピンバルブ膜の電気抵抗はピン層とフリ
ー層の磁化方向が平行のとき最小、反平行のとき最大と
なる。比較的弱い外部磁界に対してもこのような磁化配
列の変化が容易に起こるようにするため、スピンバルブ
膜ではフリー層の磁化は自由に回転できるようにしてお
き、ピン層の磁化は反強磁性層からの交換結合磁界によ
って一方向に固定するようにしている。しかし、交換結
合磁界がピン層の磁化を完全に飽和させるほど大きくな
い場合、ピン層には交換結合磁界の方向と外れた向きの
磁化が場所によっては存在し得る。つまり、ピン層の磁
化方向は交換結合磁界の方向を中心として分布をもつ。
交換結合磁界の方向と外れた向きの磁化は、たとえフリ
ー層の磁化が外部磁界によって反転したとしても完全に
は反平行とならないためΔρに対する寄与が小さくな
る。交換結合磁界が強くなっていくとピン層の磁化が飽
和に近づいていくため磁化方向の分布によるΔρのロス
は小さくなり（即ちΔρが上昇し）、ピン層の磁化が飽
和するとΔρの上昇も飽和する。この時のΔρがその材
料が本来示し得る最大値である。
【００２３】図７の結果を見るとＣｏピン層を飽和させ
るためには２５ｋＡ／ｍの強い交換結合磁界が必要であ
ることが分かる。これはＣｏは軟磁気特性に劣るため、
磁気飽和させるのに強い磁界を必要とするためである。
図７の中には軟磁気特性の良好なＮｉ−Ｆｅ合金をピン
層に用いた比較例２の結果も併せて示したが、比較例２
では１０ｋＡ／ｍの弱い交換結合磁界でもΔρは飽和し
ている。従って、交換結合磁界とともにΔρが上昇して
いくという結果は、軟磁気特性の悪いＣｏのような材料
をピン層に用いた場合に特有の現象であると言える。ま
た、Δρの飽和値がＣｏとＮｉ−Ｆｅ合金とで異なるの
は両者の電子構造の違いに起因しており、Ｃｏピン層を
十分磁気飽和させた場合のΔρは、従来良く使用されて
いたＮｉ−Ｆｅ合金を使用した場合の３倍以上もの高い
Δρが得られる。
るためには２５ｋＡ／ｍの強い交換結合磁界が必要であ
ることが分かる。これはＣｏは軟磁気特性に劣るため、
磁気飽和させるのに強い磁界を必要とするためである。
図７の中には軟磁気特性の良好なＮｉ−Ｆｅ合金をピン
層に用いた比較例２の結果も併せて示したが、比較例２
では１０ｋＡ／ｍの弱い交換結合磁界でもΔρは飽和し
ている。従って、交換結合磁界とともにΔρが上昇して
いくという結果は、軟磁気特性の悪いＣｏのような材料
をピン層に用いた場合に特有の現象であると言える。ま
た、Δρの飽和値がＣｏとＮｉ−Ｆｅ合金とで異なるの
は両者の電子構造の違いに起因しており、Ｃｏピン層を
十分磁気飽和させた場合のΔρは、従来良く使用されて
いたＮｉ−Ｆｅ合金を使用した場合の３倍以上もの高い
Δρが得られる。
【００２４】以上のようにピン層にＣｏを使用したスピ
ンバルブ膜では、強い交換結合磁界によってＣｏピン層
の磁化を飽和させることが高いΔρを得る上で非常に重
要である。２５ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を印加すれ
ばＣｏピン層は飽和し、その結果３μΩｃｍと従来には
ない高いΔρを得ることができる。しかも、交換結合磁
界を２５ｋＡ／ｍ以上とすればΔρの交換結合磁界に対
する依存性が小さくなるので、ヘッド製造過程でのバラ
ツキやセンス電流による素子温度の上昇等によって交換
結合磁界が変動したとしてもΔρは実質的にその大きさ
を変えないという利点もある。
ンバルブ膜では、強い交換結合磁界によってＣｏピン層
の磁化を飽和させることが高いΔρを得る上で非常に重
要である。２５ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を印加すれ
ばＣｏピン層は飽和し、その結果３μΩｃｍと従来には
ない高いΔρを得ることができる。しかも、交換結合磁
界を２５ｋＡ／ｍ以上とすればΔρの交換結合磁界に対
する依存性が小さくなるので、ヘッド製造過程でのバラ
ツキやセンス電流による素子温度の上昇等によって交換
結合磁界が変動したとしてもΔρは実質的にその大きさ
を変えないという利点もある。
【００２５】２５ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を得るた
めには、図３からＮｉＭｎ反強磁性層の厚さを１５ｎｍ
以上とすれば良い。しかし、比抵抗の高いＮｉＭｎ層を
厚くするとスピンバルブ膜全体の抵抗が増大するため、
ジュール熱による熱雑音も増大するという弊害を招く。
この観点からはＮｉＭｎ層は薄い方が好ましい。図３の
データでは、ＮｉＭｎ層の厚さが２５ｎｍを越えるとＨ
ｅｘが飽和するため、ＮｉＭｎ層の厚さを２５ｎｍより
厚くするメリットはない。従って、ＮｉＭｎ反強磁性層
の厚さは１５〜２５ｎｍの範囲とすることが適当であ
る。また図５の結果から、反強磁性層をＮｉＭｎとし
て、Ｃｏピン層厚を１〜５ｎｍの範囲とすれば２５ｋＡ
／ｍ以上の交換結合磁界を得ることができる。
めには、図３からＮｉＭｎ反強磁性層の厚さを１５ｎｍ
以上とすれば良い。しかし、比抵抗の高いＮｉＭｎ層を
厚くするとスピンバルブ膜全体の抵抗が増大するため、
ジュール熱による熱雑音も増大するという弊害を招く。
この観点からはＮｉＭｎ層は薄い方が好ましい。図３の
データでは、ＮｉＭｎ層の厚さが２５ｎｍを越えるとＨ
ｅｘが飽和するため、ＮｉＭｎ層の厚さを２５ｎｍより
厚くするメリットはない。従って、ＮｉＭｎ反強磁性層
の厚さは１５〜２５ｎｍの範囲とすることが適当であ
る。また図５の結果から、反強磁性層をＮｉＭｎとし
て、Ｃｏピン層厚を１〜５ｎｍの範囲とすれば２５ｋＡ
／ｍ以上の交換結合磁界を得ることができる。
【００２６】上の実験結果は、軟磁気特性に劣り、磁化
も大きいＣｏに十分な交換結合磁界を印加するには反強
磁性層にＮｉＭｎを用いることが適当であることを示し
ている。しかし、図７のデータ点は反強磁性層の材料が
ＮｉＭｎである場合もＦｅＭｎである場合も同一の曲線
上に乗っていることから、反強磁性層の材料に関係なく
一般的に図７の関係が成り立つと考えられる。従って、
ＮｉＭｎ以外にもＣｏピン層に２５ｋＡ／ｍ以上の交換
結合磁界を印加することのできる反強磁性材料を用いれ
ばＣｏピン層の磁化を飽和させることができ、本実施例
と同様の高いΔρを得ることができる。
も大きいＣｏに十分な交換結合磁界を印加するには反強
磁性層にＮｉＭｎを用いることが適当であることを示し
ている。しかし、図７のデータ点は反強磁性層の材料が
ＮｉＭｎである場合もＦｅＭｎである場合も同一の曲線
上に乗っていることから、反強磁性層の材料に関係なく
一般的に図７の関係が成り立つと考えられる。従って、
ＮｉＭｎ以外にもＣｏピン層に２５ｋＡ／ｍ以上の交換
結合磁界を印加することのできる反強磁性材料を用いれ
ばＣｏピン層の磁化を飽和させることができ、本実施例
と同様の高いΔρを得ることができる。
【００２７】スピンバルブ膜におけるΔρの値は非磁性
層の厚さに依存することは良く知られている。非磁性層
の厚さを変化させた場合における前述の実験と同様の実
験結果を図８に示す。Δρの飽和値は非磁性層厚の増加
とともに減少するが、Δρが交換結合磁界とともに増加
し、およそ２５ｋＡ／ｍで飽和に達するという傾向はい
ずれの非磁性層厚でも変わりはない。即ち、非磁性層の
厚さに依らず上記した結果は成り立つ。非磁性層の厚さ
はΔρに影響を与えるだけでなく、ヘッド化した場合、
その動作点等にも影響を与えるパラメーターであるの
で、単に高いΔρを得るためだけに非磁性層を薄くする
わけにはいかない。従って、非磁性層の厚さはヘッドに
要求されるΔρ以外の様々な要請を満たすように設定さ
れなければならないが、図８の結果はどのような非磁性
層厚の場合でもＣｏピン層の磁化を飽和させれば、その
構成のスピンバルブ膜が示し得る最大のΔρが得られる
ことを示している。
層の厚さに依存することは良く知られている。非磁性層
の厚さを変化させた場合における前述の実験と同様の実
験結果を図８に示す。Δρの飽和値は非磁性層厚の増加
とともに減少するが、Δρが交換結合磁界とともに増加
し、およそ２５ｋＡ／ｍで飽和に達するという傾向はい
ずれの非磁性層厚でも変わりはない。即ち、非磁性層の
厚さに依らず上記した結果は成り立つ。非磁性層の厚さ
はΔρに影響を与えるだけでなく、ヘッド化した場合、
その動作点等にも影響を与えるパラメーターであるの
で、単に高いΔρを得るためだけに非磁性層を薄くする
わけにはいかない。従って、非磁性層の厚さはヘッドに
要求されるΔρ以外の様々な要請を満たすように設定さ
れなければならないが、図８の結果はどのような非磁性
層厚の場合でもＣｏピン層の磁化を飽和させれば、その
構成のスピンバルブ膜が示し得る最大のΔρが得られる
ことを示している。
【００２８】（実施例２）多層磁気抵抗効果膜の感度を
向上させるためには、Δρを上昇させるだけでなく、軟
磁気特性の優れたフリー層を用いる必要がある。上記の
実施例１ではフリー層にＣｏを使用していたが、Ｃｏは
軟磁気特性が悪いため磁気特性の面ではフリー層に適当
な材料ではない。従来、スピンバルブ膜のフリー層には
軟磁気特性の優れたＮｉ−Ｆｅ合金が良く使用されてい
たが、Δρの点ではＣｏに及ばない。
向上させるためには、Δρを上昇させるだけでなく、軟
磁気特性の優れたフリー層を用いる必要がある。上記の
実施例１ではフリー層にＣｏを使用していたが、Ｃｏは
軟磁気特性が悪いため磁気特性の面ではフリー層に適当
な材料ではない。従来、スピンバルブ膜のフリー層には
軟磁気特性の優れたＮｉ−Ｆｅ合金が良く使用されてい
たが、Δρの点ではＣｏに及ばない。
【００２９】Δρとフリー層の軟磁気特性を両立させる
ために（即ち感度の優れた磁気抵抗効果多層膜を得るた
めに）、図９に示した多層膜を作製した。この試料を実
施例２とする。実施例２のフリー層２８はＮｉ−Ｆｅ層
２２（厚さ４ｎｍ）と薄いＣｏ層２７（厚さ１ｎｍ）か
らなっており、Ｃｕ非磁性層２３と接する側にＣｏ層２
７が位置する構成である。Ｎｉ−Ｆｅ層２２とＣｏ層２
７の磁化は交換相互作用により結合しているため、外部
磁界に対してこれらの磁化は一体となって回転する。そ
の際の磁気特性はフリー層２８のほとんどを占めるＮｉ
−Ｆｅ合金の軟磁気特性に支配されるため、フリー層２
８全体の磁気特性は実施例１のＮｉ−Ｆｅ層２２のみの
場合と同様の優れた軟磁気特性を示す。一方、磁気抵抗
効果の起源は非磁性層と強磁性層の界面におけるスピン
依存散乱であるため、Ｃｕ非磁性層２３と接したＣｏ層
２７が大きなスピン依存散乱を起こし、高いΔρを生
む。
ために（即ち感度の優れた磁気抵抗効果多層膜を得るた
めに）、図９に示した多層膜を作製した。この試料を実
施例２とする。実施例２のフリー層２８はＮｉ−Ｆｅ層
２２（厚さ４ｎｍ）と薄いＣｏ層２７（厚さ１ｎｍ）か
らなっており、Ｃｕ非磁性層２３と接する側にＣｏ層２
７が位置する構成である。Ｎｉ−Ｆｅ層２２とＣｏ層２
７の磁化は交換相互作用により結合しているため、外部
磁界に対してこれらの磁化は一体となって回転する。そ
の際の磁気特性はフリー層２８のほとんどを占めるＮｉ
−Ｆｅ合金の軟磁気特性に支配されるため、フリー層２
８全体の磁気特性は実施例１のＮｉ−Ｆｅ層２２のみの
場合と同様の優れた軟磁気特性を示す。一方、磁気抵抗
効果の起源は非磁性層と強磁性層の界面におけるスピン
依存散乱であるため、Ｃｕ非磁性層２３と接したＣｏ層
２７が大きなスピン依存散乱を起こし、高いΔρを生
む。
【００３０】表１は、実施例１（基板／Ｔａ５ｎｍ／Ｃ
ｏ５ｎｍ／Ｃｕ２ｎｍ／Ｃｏ３ｎｍ／ＮｉＭｎ１５ｎｍ
／Ｔａ５ｎｍ）、比較例２（基板／Ｔａ５ｎｍ／Ｎｉ−
Ｆｅ５ｎｍ／Ｃｕ２ｎｍ／Ｎｉ−Ｆｅ３ｎｍ／ＦｅＭｎ
１５ｎｍ／Ｔａ５ｎｍ）および実施例２のフリー層の軟
磁気特性とΔρを比較したものである。軟磁気特性の指
標としてはフリー層の異方性磁界Ｈｋを用いている。表
に示されているように、実施例２は比較例２と同等の小
さいＨｋを有し、かつ実施例１と同等の高いΔρをもっ
ている。
ｏ５ｎｍ／Ｃｕ２ｎｍ／Ｃｏ３ｎｍ／ＮｉＭｎ１５ｎｍ
／Ｔａ５ｎｍ）、比較例２（基板／Ｔａ５ｎｍ／Ｎｉ−
Ｆｅ５ｎｍ／Ｃｕ２ｎｍ／Ｎｉ−Ｆｅ３ｎｍ／ＦｅＭｎ
１５ｎｍ／Ｔａ５ｎｍ）および実施例２のフリー層の軟
磁気特性とΔρを比較したものである。軟磁気特性の指
標としてはフリー層の異方性磁界Ｈｋを用いている。表
に示されているように、実施例２は比較例２と同等の小
さいＨｋを有し、かつ実施例１と同等の高いΔρをもっ
ている。
【表１】
【００３１】本実施例ではフリー層としてＮｉ−Ｆｅ合
金を用いたが、それ以外にもＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｃ
ｏ基非晶質合金などの軟磁性材料も当然考え得るもので
ある。
金を用いたが、それ以外にもＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｃ
ｏ基非晶質合金などの軟磁性材料も当然考え得るもので
ある。
【００３２】実施例１および２では下地層および保護層
にＴａを用いて説明したが、これ以外にもＨｆ、Ｚｒ、
Ｔｉ等の単金属を用いても良い。これらの金属は薄膜の
状態では非晶質となり、下地膜として用いれば多層膜の
結晶性の向上に効果があるものである。また、これらの
金属はいずれも酸素と反応して安定な不動態層を形成す
るので保護膜としての効果がある。
にＴａを用いて説明したが、これ以外にもＨｆ、Ｚｒ、
Ｔｉ等の単金属を用いても良い。これらの金属は薄膜の
状態では非晶質となり、下地膜として用いれば多層膜の
結晶性の向上に効果があるものである。また、これらの
金属はいずれも酸素と反応して安定な不動態層を形成す
るので保護膜としての効果がある。
【００３３】
【発明の効果】ハードディスク装置等の高記録密度化に
対応したＭＲヘッド用の材料として本発明による磁気抵
抗効果多層膜には次の効果がある。ピン層にＣｏを使用
し、このピン層に２５ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界Ｈｅ
ｘを印加してピン層の磁化を飽和させることによって３
μΩｃｍの従来にはない高いΔρが得られる。しかも、
Ｈｅｘが２５ｋＡ／ｍ以上の領域ではΔρの値が飽和す
るため、何らかの原因でＨｅｘが多少変動したとして
も、Δρのバラツキは最小限に抑えることができる。Ｃ
ｏピン層に対して上記のような強いＨｅｘを印加するた
めの具体的な方法としては反強磁性層にＮｉＭｎを使用
することが適当であるが、ＮｉＭｎは従来良く使用され
てきたＦｅＭｎより耐食性が良好であるため、ヘッドの
信頼性向上という点でも効果を有する。
対応したＭＲヘッド用の材料として本発明による磁気抵
抗効果多層膜には次の効果がある。ピン層にＣｏを使用
し、このピン層に２５ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界Ｈｅ
ｘを印加してピン層の磁化を飽和させることによって３
μΩｃｍの従来にはない高いΔρが得られる。しかも、
Ｈｅｘが２５ｋＡ／ｍ以上の領域ではΔρの値が飽和す
るため、何らかの原因でＨｅｘが多少変動したとして
も、Δρのバラツキは最小限に抑えることができる。Ｃ
ｏピン層に対して上記のような強いＨｅｘを印加するた
めの具体的な方法としては反強磁性層にＮｉＭｎを使用
することが適当であるが、ＮｉＭｎは従来良く使用され
てきたＦｅＭｎより耐食性が良好であるため、ヘッドの
信頼性向上という点でも効果を有する。
【図１】本発明による磁気抵抗効果多層膜の積層構成の
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明による磁気抵抗効果多層膜の磁気抵抗効
果特性曲線である。
果特性曲線である。
【図３】交換結合磁界Ｈｅｘ対反強磁性層厚依存性であ
る。
る。
【図４】抵抗変化量Δρ対反強磁性層厚依存性である。
【図５】交換結合磁界ＨｅｘとＣｏピン層厚の関係を示
す。
す。
【図６】抵抗変化量ΔρとピンＣｏ層厚の関係を示す。
【図７】抵抗変化量Δρと交換結合磁界Ｈｅｘの関係を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図８】Ｃｕ層厚をパラメーターとした抵抗変化量Δρ
の交換結合磁界依存性Ｈｅｘを示す。
の交換結合磁界依存性Ｈｅｘを示す。
【図９】他の実施例の構成を示す断面図である。
【図１０】従来の多層磁気抵抗効果膜の構成断面図であ
る。
る。
【図１１】従来の記録再生分離型ヘッドの構造断面図で
ある。
ある。
１１，２１，３１ 下地層、１３，２３，３３ 非磁性
層、１６，２６，３６保護層、１２，３２ フリー層、
１４，２４，３４ ピン層、１５，２５，３５ 反強磁
性層、２８ 積層されたフリー層（Ｎｉ−Ｆｅ層２２と
Ｃｏ層２７が積層されたもの）、４１ 磁気抵抗効果膜
（ＭＲ膜）、４２ ボトムシールド膜、４３ ミッドシ
ールド膜、４４ コイル、４５ 下部磁極、４６ 上部
磁極、４７ 基板、４８ 電極、５１ 磁気抵抗効果型
ヘッド（ＭＲヘッド）、５２記録ヘッド。
層、１６，２６，３６保護層、１２，３２ フリー層、
１４，２４，３４ ピン層、１５，２５，３５ 反強磁
性層、２８ 積層されたフリー層（Ｎｉ−Ｆｅ層２２と
Ｃｏ層２７が積層されたもの）、４１ 磁気抵抗効果膜
（ＭＲ膜）、４２ ボトムシールド膜、４３ ミッドシ
ールド膜、４４ コイル、４５ 下部磁極、４６ 上部
磁極、４７ 基板、４８ 電極、５１ 磁気抵抗効果型
ヘッド（ＭＲヘッド）、５２記録ヘッド。
Claims (8)
- 【請求項１】 非磁性層で分離された２層以上の強磁性
層を有し、この分離された強磁性層のうち１層は隣接す
る反強磁性層からの交換結合磁界が印加される構造の磁
気抵抗効果多層膜において、前記反強磁性層から交換結
合磁界が印加される強磁性層はＣｏで形成されるととも
に、該Ｃｏ層の磁化が隣接する反強磁性層からの交換結
合磁界によって飽和していることを特徴とする磁気抵抗
効果多層膜。 - 【請求項２】 請求項１に記載の磁気抵抗効果多層膜に
おいて、前記反強磁性層からの交換結合磁界の強さが２
５ｋＡ／ｍ以上であることを特徴とする磁気抵抗効果多
層膜。 - 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載の磁
気抵抗効果多層膜において、前記反強磁性層がＮｉ−Ｍ
ｎ合金であることを特徴とする磁気抵抗効果多層膜。 - 【請求項４】 請求項３に記載の磁気抵抗効果多層膜に
おいて、前記反強磁性層の厚さが１５〜２５ｎｍの範囲
にあることを特徴とする磁気抵抗効果多層膜。 - 【請求項５】 請求項３に記載の磁気抵抗効果多層膜に
おいて、前記反強磁性層から交換結合磁界が印加される
強磁性層の厚さが１〜５ｎｍの範囲にあることを特徴と
する磁気抵抗効果多層膜。 - 【請求項６】 非磁性層で分離された２層以上の強磁性
層を有し、この分離された強磁性層のうち１層は隣接す
る反強磁性層からの交換結合磁界が印加される構造の磁
気抵抗効果多層膜において、前記反強磁性層から交換結
合磁界が印加される強磁性層がＣｏであり、かつ前記反
強磁性層がＮｉ−Ｍｎ合金であることを特徴とする磁気
抵抗効果多層膜。 - 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１つに記載の
磁気抵抗効果多層膜において、前記非磁性層がＣｕであ
ることを特徴とする磁気抵抗効果多層膜。 - 【請求項８】 請求項１から７のいずれか１つに記載の
磁気抵抗効果多層膜において、前記反強磁性層からの交
換結合磁界が印加されない強磁性層はＣｏ層と軟磁性層
との２層体であると共に、Ｃｏ層が前記非磁性層に隣接
する構造であることを特徴とする磁気抵抗効果多層膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8082788A JPH09275233A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 磁気抵抗効果多層膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8082788A JPH09275233A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 磁気抵抗効果多層膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09275233A true JPH09275233A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=13784154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8082788A Pending JPH09275233A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 磁気抵抗効果多層膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09275233A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999067828A1 (fr) * | 1998-06-22 | 1999-12-29 | Sony Corporation | Dispositif a effet tunnel magnetique, procede de fabrication de ce dernier et tete magnetique |
| US6245450B1 (en) | 1997-11-17 | 2001-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Exchange coupling film magnetoresistance effect device magnetoresistance effective head and method for producing magnetoresistance effect device |
| US6980405B2 (en) * | 2002-01-02 | 2005-12-27 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for providing precise control of magnetic coupling field in NiMn top spin valve heads and amplitude enhancement |
| US7151653B2 (en) | 2004-02-18 | 2006-12-19 | Hitachi Global Technologies Netherlands B.V. | Depositing a pinned layer structure in a self-pinned spin valve |
-
1996
- 1996-04-04 JP JP8082788A patent/JPH09275233A/ja active Pending
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| US6452892B1 (en) | 1998-06-22 | 2002-09-17 | Sony Corporation | Magnetic tunnel device, method of manufacture thereof, and magnetic head |
| US6980405B2 (en) * | 2002-01-02 | 2005-12-27 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for providing precise control of magnetic coupling field in NiMn top spin valve heads and amplitude enhancement |
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| US7151653B2 (en) | 2004-02-18 | 2006-12-19 | Hitachi Global Technologies Netherlands B.V. | Depositing a pinned layer structure in a self-pinned spin valve |
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