JPH10294504A

JPH10294504A - 磁気抵抗センサ

Info

Publication number: JPH10294504A
Application number: JP9104221A
Authority: JP
Inventors: Katsuro Watanabe; 克朗渡辺; Kenichi Meguro; 賢一目黒
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】出力波形の線形性，対称性が良く，高感度の磁
気抵抗センサを提供する。【解決手段】非磁性導電膜１３を介して積層された強磁
性薄膜１４と強磁性薄膜１２が積層されており、強磁性
薄膜１４の磁化の方向は固定されており、強磁性薄膜１
２の磁化は外部磁界により回転する。強磁性薄膜１２
を、正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層１２
１と負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層122
で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気的に記録された
情報を再生する磁気トランスデューサに係り、特に線形
性に優れ、感度が高い磁気抵抗センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置のダウンサイジング化
に伴い、面記録密度が急速に向上し、高密度に記録され
た情報をも読出すことができる磁気抵抗センサ、つまり
磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）が実用化されてい
る。現在使われているＭＲヘッドは、１９７５年出版の
アイイーイーイートランザクションオンマグネテ
ィクスＭＡＧ−１１巻の１０３９ページに詳細に説明
されている異方性磁気抵抗効果に基づき作動するもので
あり、その電気抵抗は、磁気抵抗センサ膜内の磁化の方
向と信号検出電流の方向のなす角度θの余弦の２乗，co
s²θで変化することが知られている。

【０００３】数Ｇｂ／in²以上の面記録密度になると、
異方性磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗センサでは感度不
足が予想されるため、１９８９年出版のフィジカルレ
ビュービー３９巻の４８２８ページに紹介されてい
るような、非磁性導電膜を介して積層された２層の強磁
性薄膜の互いの磁化の方向のなす角度によって電気抵抗
が変化する巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗センサの
研究開発が盛んに行われている。

【０００４】巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗センサ
の一つとして、特開平4−358310 号公報には、スピンバ
ルブ構造と呼ばれる構造が開示されている。これは、反
強磁性薄膜によって磁化が特定の方向に固定された第一
の強磁性薄膜と、非磁性導電膜を介して第一の強磁性薄
膜と積層された第二の強磁性薄膜で構成されており、第
一の強磁性薄膜の磁化と第二の強磁性薄膜の磁化の相対
的に角度によって電気抵抗が変化する。

【０００５】また、特開平5−266436 号公報には、スピ
ンバルブ構造の磁気抵抗センサにおいて、非磁性導電膜
と直接接する強磁性薄膜としてＣｏ薄膜またはＣｏ合金
薄膜を用いることにより、出力向上を図った磁気抵抗セ
ンサが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、異
方性磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗センサに比べ、出
力の大きな磁気抵抗センサを得ることができる。しか
し、磁気抵抗センサの感度を向上させるためには、出力
だけではなく、出力波形の線形性，対称性が良いことも
必要であり、上記従来技術では、外部磁界によって回転
する強磁性薄膜の異方性磁気抵抗効果が巨大磁気抵抗効
果に重畳するため、線形性や対称性は損なわれる。ここ
で、対称性の良い再生波形とは、符号の異なる情報を読
出したときに、正負の波形のピーク値が等しい波形のこ
とを言う。

【０００７】これを改善するため、第１９回日本応用
磁気学会学術講演概要集の１４８ページには、外部磁界
によって磁化が回転する強磁性薄膜であるＮｉＦｅにＴ
ａを添加することにより、異方性磁気抵抗効果の影響を
低減する試みが行われているが、異方性磁気抵抗効果の
影響をなくすることは困難である。

【０００８】そこで、本発明の目的は、異方性磁気抵抗
効果の影響をなくし、もしくは、極力小さくして、出力
波形の線形性，対称性を改善し、高い感度を有する磁気
抵抗センサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、非磁性
導電膜を介して第一の強磁性薄膜と第二の強磁性薄膜が
積層されており、第一の強磁性薄膜の磁化の方向は固定
されており、第二の強磁性薄膜の磁化は外部磁界により
回転し、第一の強磁性薄膜の磁化の方向と第二の強磁性
薄膜の磁化の方向の相対的な角度が変わることによって
電気抵抗が変化する磁気抵抗センサ膜と、磁気抵抗セン
サ膜に信号検出電流を流すための電極と、磁気抵抗セン
サ膜の電気抵抗変化を検知する手段を有する磁気抵抗セ
ンサにおいて、第二の強磁性薄膜を、正の異方性磁気抵
抗効果を有する強磁性薄膜層と、負の異方性磁気抵抗効
果を有する強磁性薄膜層とで構成することによって、達
成される。

【００１０】また、第一の非磁性導電膜を介して第一の
強磁性薄膜と第二の強磁性薄膜を、さらに第二の非磁性
導電膜を介して第二の強磁性薄膜と第三の強磁性薄膜を
積層し、このとき、第一の強磁性薄膜の磁化の方向及び
第三の強磁性薄膜の磁化の方向を固定して、第二の強磁
性薄膜の磁化は外部磁界により回転できるようにして高
い抵抗変化率を得る、いわゆるデュアルスピンバルブ構
造の磁気抵抗センサでも、第二の強磁性薄膜を、正の異
方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層と、負の異方性
磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層とで構成することに
より、より高感度の磁気抵抗センサを得ることができ
る。

【００１１】スピンバルブ構造でもデュアルスピンバル
ブ構造でも、前記第二の強磁性薄膜を構成する強磁性薄
膜層のうち、前記非磁性導電膜と直接接する強磁性薄膜
層をＣｏ、または、正あるいは負の異方性磁気抵抗効果
を有するＣｏを含む合金で構成することにより、出力を
増大させることができる。

【００１２】正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜層としては、例えば、Ｃｏ，Ｃｏ−Ｆｅ合金，Ｃｏ−
Ｎｉ合金，ＮｉーＦｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ま
たは、これらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈ
ｆ，Ｔａを少なくとも一つ添加した合金を用いることが
できる。

【００１３】また、負の異方性磁気抵抗効果を有する強
磁性薄膜層としては、例えば、特開昭60−11182 号に記
載されているＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉまたはこれらのうち一つ
以上の元素を含む磁性金属材料に、Ｉｒを添加した合金
を用いることができる。

【００１４】スピンバルブ構造の磁気抵抗センサで、大
きな出力と高い感度が得られる基本的な構成は、第二の
強磁性薄膜を、正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性
薄膜層と負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層
の２層構造とするものであり、さらに、非磁性導電膜と
接する側の強磁性薄膜層としてＣｏを含む合金を用いる
ことが好ましい。具体的には、非磁性導電膜と接する強
磁性薄膜層として、Ｃｏ，Ｃｏ−Ｆｅ合金，Ｃｏ−Ｎｉ
合金またはこれらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，
Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添加した合金を用い、もう
一方の強磁性薄膜層として、Ｎｉ−Ｆｅ合金またはＮｉ
−Ｆｅ−Ｃｏ合金に、Ｉｒを添加した合金を用いる。ま
た、非磁性導電膜と接する強磁性薄膜層として、Ｃｏ，
Ｃｏ−Ｆｅ合金またはＣｏ−Ｎｉ合金に、Ｉｒを添加し
た合金を用い、もう一方の強磁性薄膜層として、Ｎｉ−
Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、またはこれらにＢ，
Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも
一つ添加した合金を用いてもよい。

【００１５】デュアルスピンバルブ構造における基本と
なる構成は、第二の強磁性薄膜を３層構造、あるいは２
層構造とする。

【００１６】３層構造の構成は、正の異方性磁気抵抗効
果を示す強磁性薄膜層と負の異方性磁気抵抗効果を示す
強磁性薄膜層をそれぞれ少なくとも１層有するものであ
り、さらに、非磁性導電膜と接する少なくとも一方の強
磁性薄膜層にＣｏ、あるいはＣｏを含む合金を用いる構
成とすることが好ましい。より好ましい構成としては、
例えば、非磁性導電膜と接する２層の強磁性薄膜層をＣ
ｏ、または、Ｃｏを含む合金とし、このうち少なくとも
一方を負の異方性磁気抵抗効果を有する材料を用い、こ
れら２層に挟まれる強磁性薄膜層として、Ｎｉ−Ｆｅ合
金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、またはこれらにＢ，Ｃ，Ｓ
ｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添
加した合金を用いる。また、非磁性導電膜と接する２層
の強磁性薄膜層としてＣｏ、または、正または負の異方
性磁気抵抗効果を有するＣｏを含む合金を用い、これら
２層に挟まれる強磁性薄膜層として、Ｎｉ−Ｆｅ合金，
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金に、Ｉｒを添加した合金を用いて
もよい。

【００１７】２層構造では、正の異方性磁気抵抗効果を
示す強磁性薄膜層と負の異方性磁気抵抗効果を示す強磁
性薄膜層とで構成する。少なくとも一方の強磁性薄膜層
にＣｏ、あるいはＣｏを含む合金を用いる構成とするこ
とが好ましく、さらに、一方をＣｏ、または正の異方性
磁気抵抗効果を有するＣｏを含む合金とし、もう一方を
負の異方性磁気抵抗効果を有するＣｏを含む合金とする
構成がより好ましい。正の異方性磁気抵抗効果を有する
Ｃｏを含む合金としては、Ｃｏ−Ｆｅ合金，Ｃｏ−Ｎｉ
合金、またはこれらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添加した合金を、負の
異方性磁気抵抗効果を有するＣｏを含む合金としては、
Ｃｏ，Ｃｏ−Ｆｅ合金またはＣｏ−Ｎｉ合金に、Ｉｒを
添加した合金を用いることができる。

【００１８】上述の構成を採用することにより、以下の
作用を生じることができる。

【００１９】一般に、磁気抵抗センサに用いられている
強磁性薄膜は、室温で正の異方性磁気抵抗効果を示す。
ここで、異方性磁気抵抗効果は、磁化の方向と電流の方
向のなす角度に依存して電気抵抗が変化する現象であ
り、正の異方性磁気抵抗効果とは、磁化の方向と信号検
出電流の方向が平行であるときの電気抵抗が、これらが
垂直であるときの電気抵抗よりも大きくなる場合をい
う。スピンバルブ構造あるいはデュアルスピンバルブ構
造のような磁気抵抗センサでは、非磁性導電膜を介して
積層された２層の強磁性薄膜の磁化の相対的な角度によ
って電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果を用いてい
る。このような磁気抵抗センサを構成する強磁性薄膜の
うち、前記の第一の強磁性薄膜および第三の強磁性薄膜
は磁化が固定されているので、異方性磁気抵抗効果によ
る抵抗変化を生じないが、第二の強磁性薄膜は外部磁界
によって磁化が回転するため、異方性磁気抵抗効果によ
る抵抗変化が発生する。これにより、巨大磁気抵抗効果
に異方性磁気抵抗効果が重畳して、出力波形の線形性，
対称性が損なわれるので、高出力，高感度を実現するた
めには、異方性磁気抵抗効果の影響を極力小さくするこ
とが必要となる。

【００２０】本発明は、第二の強磁性薄膜を、正の異方
性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層と負の異方性磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜層とで構成することによ
り、第二の強磁性薄膜全体として異方性磁気抵抗効果を
相殺または極力小さくする。

【００２１】負の異方性磁気抵抗効果は、磁化の方向と
電流の方向が平行であるときの電気抵抗が、これらが垂
直であるときの電気抵抗よりも小さくなるものであり、
正の異方性磁気抵抗効果と電気抵抗の変化が逆になるた
め、両者を組み合わせて用いることにより、異方性磁気
抵抗効果の影響を従来に比べ著しく小さくすることがで
きる。特に、両者の抵抗変化量の絶対値が等しい場合に
は、異方性磁気抵抗効果の影響を相殺することができ
る。これにより、出力波形の線形性，対称性は著しく改
善される。

【００２２】正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜層と負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層と
で構成された第二の強磁性薄膜で、非磁性導電膜と直接
接する強磁性薄膜層に、スピン依存散乱の大きな材料で
あるＣｏ、またはＣｏを含む合金を用いることにより、
巨大磁気抵抗効果による抵抗変化が大きくなり、より大
きな出力を得ることができる。

【００２３】第二の強磁性薄膜を構成する強磁性薄膜層
に用いる材料は、単層あるいは積層した状態で、良好な
軟磁気特性を示すことが必要である。具体的には、例え
ば、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金，Ｃｏ，Ｃ
ｏ−Ｆｅ合金，Ｃｏ−Ｎｉ合金などがあり、Ｃｏ，Ｃｏ
−Ｆｅ合金，Ｃｏ−Ｎｉ合金は、単層で用いるよりは、
面心立方構造を有する下地の上、例えばＮｉ−Ｆｅ合
金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金の上に作製することにより、
軟磁気特性が向上する。なお、これらの合金は正の異方
性磁気抵抗効果を示す。正の異方性磁気抵抗効果の抵抗
変化量を低減するために、これらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添加した
合金を用いてもよい。負の異方性磁気抵抗効果を示す材
料としては、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃ
ｏ合金，Ｃｏ，Ｃｏ−Ｆｅ合金，Ｃｏ−Ｎｉ合金など
に、Ｉｒを添加した合金がある。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施例につい
て、図面を参照し説明する。

【００２５】（実施例１）図１は、本発明のスピンバル
ブ構造の磁気抵抗センサの一実施例の断面図である。ガ
ラス，セラミクスからなる非磁性基板１０の上に、例え
ばＴａ，Ｈｆ，Ｚｒなどからなる厚さ５ｎｍの下地層１
１を形成し、強磁性薄膜１２として、正の異方性磁気抵
抗効果を有する強磁性薄膜層１２１であるＮｉ−Ｆｅ合
金５ｎｍと、負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜層１２２であるＮｉ−Ｆｅ−Ｉｒ合金５ｎｍを積層す
る。ここで、正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜の抵抗変化量と、負の異方性磁気抵抗効果を有する強
磁性薄膜の抵抗変化量の絶対値が等しくなるようにＩｒ
添加量を調節する。その上に、例えばＣｕ３ｎｍからな
る非磁性導電膜１３を介して、強磁性薄膜１４として、
例えばＣｏ３ｎｍを積層し、さらに強磁性薄膜１４の磁
化を固定するための反強磁性薄膜１５として、例えばＦ
ｅ−Ｍｎ合金１５ｎｍを、保護膜１６として、例えばＴ
ａ５ｎｍを成膜する。リソグラフィー技術を用いて所定
の形状のＭＲ素子膜にパターニングした後、ＭＲ素子膜
の両側に、バルクハウゼンノイズを抑制するために強磁
性薄膜１２に縦バイアス磁界を印加する縦バイアス印加
層１７と、ＭＲ素子膜に信号検出電流を流すための電極
１８を形成する。縦バイアス印加層１７としては、例え
ばＣｏ−Ｐｔ合金，Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ合金などの永久磁
石膜や、例えばＮｉ−Ｆｅ合金とＮｉ−Ｍｎ合金の積層
膜のような強磁性／反強磁性積層膜を用い、電極１８
は、例えばＴａ，Ａｕなどを用いる。素子作製後、素子
高さ方向４０に磁界を印加しながら熱処理を行い、反強
磁性薄膜１５と強磁性薄膜１４との間に作用する交換結
合により、強磁性薄膜１４の磁化の方向を固定する。そ
の後、縦バイアス印加層の着磁を行うが、縦バイアス印
加層が永久磁石膜である場合には、室温でトラック幅方
向５０に磁界を印加することにより着磁が完了するが、
強磁性／反強磁性積層膜の場合には、トラック幅方向５
０に磁界を印加しながら熱処理を施す。

【００２６】正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜層１２１として用いたＮｉ−Ｆｅ合金、及び負の異方
性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層１２２として用い
たＮｉ−Ｆｅ−Ｉｒ合金は、本発明の特定の例であり、
これらに限定されるものでない。正の異方性磁気抵抗効
果を有する強磁性薄膜層１２１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金の
他、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、または、これらにＢ，Ｃ，
Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ
添加した合金を用いることができ、負の異方性磁気抵抗
効果を有する強磁性薄膜層１２２は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｉｒ
合金の他、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｉｒ合金を用いることが
できる。また、強磁性薄膜１２として、正の異方性磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜層１２１の上に、負の異方
性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層１２２を積層して
いるが、負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層
１２２を先に成膜し、その上に、正の異方性磁気抵抗効
果を有する強磁性薄膜層１２１を成膜してもよい。

【００２７】また、非磁性導電膜１３の材料は、Ｃｕの
他にはＣｕ−Ａｇ合金，Ｃｕ−Ｎｉ合金が挙げられ、反
強磁性薄膜１５の材料は、Ｆｅ−Ｍｎ合金の他に、Ｎｉ
−Ｍｎ合金，Ｍｎ−Ｉｒ合金，Ｐｔ−Ｍｎ系合金，Ｃｒ
−Ｍｎ系合金が挙げられる。

【００２８】本実施例では、強磁性薄膜，非磁性導電
膜，強磁性薄膜，電極の順に作製しているが、非磁性導
電膜を介して二つの強磁性薄膜が積層されていれば、必
ずしもこの順に作製する必要はない。

【００２９】比較のため、図２のように、強磁性薄膜１
２をＮｉ−Ｆｅ合金１０ｎｍ単層にしたものも作製し、
異方性磁気抵抗効果の影響を調べた。まず、巨大磁気抵
抗効果に異方性磁気抵抗効果が重畳することを考慮し
て、ランダウ−リフシッツ−ギルバート方程式を用い
て、磁気抵抗効果曲線のシミュレーションを行った。シ
ミュレーションを行う前に、本実施例及び比較例の膜構
成における、巨大磁気抵抗効果に対する異方性磁気抵抗
効果の割合を測定し、その値を基に、素子高さが１.２
μｍ，トラック幅が１.４μｍの素子について、電流密
度１０ＭＡ／cm²の条件で計算を行い、巨大磁気抵抗効
果の出力，異方性磁気抵抗効果の出力、及び両者を足し
合わせた素子全体の出力を求めた。

【００３０】本実施例の磁気抵抗効果曲線を図３に、比
較例の磁気抵抗効果曲線を図４に示す。なお、図の縦軸
は、強磁性薄膜１４の磁化が完全に固定されているとき
の巨大磁気抵抗効果による出力を１.０として規格化し
てある。図３で、巨大磁気抵抗効果による出力はＳＶで
あり、正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層１
２１、及び負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜
層１２２の異方性磁気抵抗効果による出力は、それぞれ
ＡＭＲ１及びＡＭＲ２である。ＡＭＲ１とAMR2は、絶対
値が等しく、符号が異なるため、両者の和は０となり、
巨大磁気抵抗効果の出力と異方性磁気抵抗効果の出力を
合わせた素子全体の出力ＳＶ＋ＡＭＲ１＋ＡＭＲ２に
は、異方性磁気抵抗効果の影響が現われず、巨大磁気抵
抗効果による出力ＳＶと等しくなる。一方、図４の比較
例の場合には、強磁性薄膜１２が正の異方性磁気抵抗効
果を有するＮｉ−Ｆｅ合金であり、しかも膜厚が本実施
例における正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜
層１２１の２倍の１０ｎｍであるため、異方性磁気抵抗
効果による出力が大きくなっている。そのため、素子全
体の出力ＳＶ＋ＡＭＲを見ると、巨大磁気抵抗効果によ
る出力ＳＶとは異なり、外部磁界０付近で凸になり、線
形性が悪くなっている。図５は、本実施例と比較例の素
子全体の出力を、外部磁界０における出力を０に合わせ
て比較した。外部磁界０近傍で、本実施例では、正負の
出力の対称性も線形性も良好であるが、比較例では、線
形性が悪く、磁気抵抗センサとして動作させた場合に
は、負の出力の方が大きい非対称な出力波形になるもの
と考えられる。

【００３１】図６及び図７は、それぞれ本実施例及び比
較例の素子の磁気抵抗効果曲線の実測例である。素子高
さは１.２μｍ、トラック幅は１.４μｍであり、電流密
度は１０ＭＡ／cm²である。これらと、図３のＳＶ＋Ａ
ＭＲ１＋ＡＭＲ２及び図４のＳＶ＋ＡＭＲと比較する
と、磁気抵抗効果曲線の形状がよく一致している。な
お、抵抗変化率の実測値は、それぞれ４.７％と５.０％
と比較例の方がやや大きくなっているが、これは比較例
の方に異方性磁気抵抗効果の抵抗変化分が加わっている
ことにより、巨大磁気抵抗効果による抵抗変化率はほぼ
同じ大きさを示している。従って、本発明の構成にする
ことにより、巨大磁気抵抗効果による抵抗変化率を低下
させることなく、異方性磁気抵抗効果の影響を相殺、も
しくは、著しく小さくできることが確認できた。

【００３２】（実施例２）図１と同様の構造で、正の異
方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層１２１としてＮ
ｉ−Ｆｅ合金を用い、負の異方性磁気抵抗効果を有する
強磁性薄膜層122としてＣｏ−Ｆｅ−Ｉｒ合金を用い
る。非磁性導電膜と直接接する強磁性薄膜層にスピン依
存散乱が大きいＣｏを含む合金を用いることにより、抵
抗変化率が６.２％まで向上した。

【００３３】ここで、正の異方性磁気抵抗効果を有する
強磁性薄膜層１２１は、面心立方構造を有する軟磁性材
料を用いることが好ましく、Ｎｉ−Ｆｅ合金の他には、
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、またはこれらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添加し
た合金が挙げられる。負の異方性磁気抵抗効果を有する
強磁性薄膜層１２２は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｉｒ合金の他、Ｃ
ｏ−Ｉｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｉｒ合金を用いることがで
きる。

【００３４】（実施例３）図８に、本発明のスピンバル
ブ構造の磁気抵抗センサの他の実施例の断面図を示す。
図１と類似の構造であり、下地層１１の上に負の異方性
磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層１２２を成膜し、そ
の上に正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層１
２１を成膜した。負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁
性薄膜層１２２として、厚さ５ｎｍのＮｉ−Ｆｅ−Ｉｒ
合金を用い、正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜層１２１として、厚さ５ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金を用い
たときの抵抗変化率は、６.７％であった。

【００３５】負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄
膜層１２２としてＮｉ−Ｆｅ−Ｉｒ合金を用いている
が、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｉｒ合金も用いることができ
る。また、正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜
層１２１としてＣｏ−Ｆｅ合金を用いているが、Ｃｏ，
Ｃｏ−Ｎｉ合金、またはこれらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添加した合金
も用いることができる。（実施例４）図９は、本発明のデュアルスピンバルブ構
造の磁気抵抗センサの一実施例の断面図である。ガラ
ス，セラミクスからなる非磁性基板１０の上に、例えば
Ｐｔ−Ｍｎ合金，Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金などからなる反
強磁性薄膜２５を形成し、例えばＣｏ３ｎｍからなる強
磁性薄膜２４を、さらに、例えばＣｕ３ｎｍからなる非
磁性導電膜２３を積層する。次に、Ｃｏ−Ｆｅ合金３ｎ
ｍからなる正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜
層２２１と、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｉｒ合金４ｎｍからなる負の
異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層２２２と、Ｃ
ｏ−Ｆｅ合金３ｎｍからなる正の異方性磁気抵抗効果を
有する強磁性薄膜層２２３とで構成される強磁性薄膜２
２を形成する。出力波形で良好な線形性及び良好な対称
性を得るために、これら３層で構成される強磁性薄膜２
２全体として、異方性磁気抵抗効果による抵抗変化が小
さくなるように、各層の異方性磁気抵抗効果による抵抗
変化の符号と大きさを、組成及び膜厚を変えることによ
り調節する。上記の構成での抵抗変化率は１０.１％で
あり、スピンバルブ構造の磁気抵抗センサに比べ、大き
くなっている。強磁性薄膜２２の上に、例えばＣｕ３ｎ
ｍからなる非磁性導電膜３３、例えばＣｏ３ｎｍからな
る強磁性薄膜３４，強磁性薄膜３４の磁化を固定するた
めの反強磁性薄膜３５を積層した後、保護膜３６を成膜
する。リソグラフィー技術を用いて所定の形状のＭＲ素
子膜にパターニングした後、ＭＲ素子膜の両側に、バル
クハウゼンノイズを抑制するために強磁性薄膜層２２に
縦バイアス磁界を印加する縦バイアス印加層１７と、Ｍ
Ｒ素子膜に信号検出電流を流すための電極１８を形成す
る。縦バイアス印加層１７は、例えばＣｏ−Ｐｔ合金，
Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ合金などの永久磁石膜や、例えばＮｉ
−Ｆｅ合金とＮｉ−Ｍｎ合金の積層膜のような強磁性／
反強磁性積層膜を用い、電極１８は、例えばＴａ，Ａｕ
などを用いる。素子作製後、素子高さ方向４０に磁界を
印加しながら熱処理を行い、反強磁性薄膜２５と強磁性
薄膜２４との間、及び反強磁性薄膜３５と強磁性薄膜３
４との間に作用する交換結合により、強磁性薄膜２４及
び強磁性薄膜３４の磁化の方向を固定する。その後、縦
バイアス印加層の着磁を行うが、縦バイアス印加層が永
久磁石膜である場合には、室温でトラック幅方向５０に
磁界を印加することにより着磁が完了するが、強磁性／
反強磁性積層膜である場合には、トラック幅方向５０に
磁界を印加しながら熱処理を施す。

【００３６】本実施例では、強磁性薄膜２２を構成する
３層の強磁性薄膜層として、正の異方性磁気抵抗効果を
有する強磁性薄膜層と、負の異方性磁気抵抗効果を有す
る強磁性薄膜層と、正の異方性磁気抵抗効果を有する強
磁性薄膜層を用いているが、強磁性薄膜２２全体として
異方性磁気抵抗効果の影響が生じない、または著しく小
さければ、必ずしもこの積層順、さらには、異方性磁気
抵抗効果の符号（正・負）がこの組み合わせである必要
はない。但し、大きな抵抗変化率を得るためには、非磁
性導電膜と直接接する２層の強磁性薄膜層にはＣｏ、ま
たはＣｏを含む合金をベースとする材料を用いることが
好ましく、また、より高い感度を得るためには、非磁性
導電膜と接していない中間の強磁性薄膜層には、軟磁気
特性に優れたＮｉ−Ｆｅ合金、またはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ
合金をベースとする材料を用いることが好ましい。

【００３７】（実施例５）図１０は、本発明のデュアル
スピンバルブ構造の磁気抵抗センサの他の実施例の断面
図である。図９と類似の構造であり、強磁性薄膜２２
が、正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層２２
１と負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜２２２
の２層から構成されているものであり、強磁性薄膜２２
全体として異方性磁気抵抗効果の影響が生じない、また
は著しく小さくなるように、それぞれの層の組成，膜厚
を調節する。大きな抵抗変化率を得るためには、２層と
もＣｏ、またはＣｏを含む合金をベースとする材料を用
いることが好ましい。

【００３８】以上の実施例では、非磁性基板１０上に直
接磁気抵抗センサを形成した場合について説明したが、
磁気抵抗センサの分解能を向上させるために、例えばア
ルミナ等からなる絶縁膜を介して素子の上下にシールド
層を設けたり、また、記録媒体に情報を記録するため
に、素子の上側又は下側のどちらかに誘導型ヘッドを設
けたりすることも、もちろん可能である。このようにし
ても、本発明の磁気抵抗センサの基本的な特性は変わる
ものではない。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、スピンバルブ構造及び
デュアルスピンバルブ構造の磁気抵抗センサで、異方性
磁気抵抗効果の影響を相殺、もしくは著しく小さくする
ことができるため、出力波形の線形性，対称性が良く，
高感度の磁気抵抗センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの
一実施例を示すための断面図。

【図２】従来のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの断
面図。

【図３】本発明のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの
磁気抵抗効果曲線をシミュレーションにより計算した結
果を示す特性図。

【図４】従来のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの磁
気抵抗効果曲線をシミュレーションにより計算した結果
を示す特性図。

【図５】本発明のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサと
従来のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの磁気抵抗効
果曲線を比較した特性図。

【図６】本発明のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの
磁気抵抗効果曲線の測定結果を示す特性図。

【図７】従来のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの磁
気抵抗効果曲線の測定結果を示す特性図。

【図８】本発明のスピンバルブ構造の磁気抵抗センサの
他の実施例を示すための断面図。

【図９】本発明のデュアルスピンバルブ構造の磁気抵抗
センサの一実施例を示すための断面図。

【図１０】本発明のデュアルスピンバルブ構造の磁気抵
抗センサの他の実施例を示すための断面図。

【符号の説明】

１０…基板、１１…下地層、１２，２２…非磁性導電
膜、１３…非磁性導電膜、１４，２４，３４…強磁性薄
膜、１５，２５，３５…反強磁性薄膜、１６，３６…保
護膜、１７…縦バイアス印加層、１８…電極、２３，３
３…非磁性導電膜、４０…素子高さ方向、５０…トラッ
ク幅方向、１２１，２２１，２２３…正の異方性磁気抵
抗効果を有する強磁性薄膜層、１２２，２２２…負の異
方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性導電膜を介して第一の強磁性薄膜と
第二の強磁性薄膜が積層されており、前記第一の強磁性
薄膜の磁化の方向は固定されており、前記第二の強磁性
薄膜の磁化は外部磁界により回転し、前記第一の強磁性
薄膜の磁化の方向と前記第二の強磁性薄膜の磁化の方向
の相対的な角度が変わることによって電気抵抗が変化す
る磁気抵抗センサ膜と、前記磁気抵抗センサ膜に信号検
出電流を流すための電極と、前記磁気抵抗センサ膜の電
気抵抗変化を検知する手段を有する磁気抵抗センサにお
いて、前記第二の強磁性薄膜が、正の異方性磁気抵抗効果を有
する強磁性薄膜層と、負の異方性磁気抵抗効果を有する
強磁性薄膜層から構成されていることを特徴とする磁気
抵抗センサ。
【請求項２】前記第二の強磁性薄膜が、正の異方性磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜層と負の異方性磁気抵抗効
果を有する強磁性薄膜層の多層構造である請求項１に記
載の磁気抵抗センサ。
【請求項３】前記第二の強磁性薄膜が、正の異方性磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜層と負の異方性磁気抵抗効
果を有する強磁性薄膜層の２層の積層構造である請求項
１に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項４】前記第二の強磁性薄膜を構成する強磁性薄
膜層のうち、前記非磁性導電膜と直接接する強磁性薄膜
層がＣｏ、または、正あるいは負の異方性磁気抵抗効果
を有するＣｏを含む合金からなる請求項１，２または３
に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項５】前記負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁
性薄膜層が、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉまたはこれらのうち一つ
以上の元素を含む磁性金属材料に、Ｉｒを添加した合金
からなる請求項１，２，３または４に記載の磁気抵抗セ
ンサ。
【請求項６】前記正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁
性薄膜層がＣｏ，Ｃｏ−Ｆｅ合金，Ｃｏ−Ｎｉ合金また
はこれらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔ
ａを少なくとも一つ添加した合金からなり、前記負の異
方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層が、Ｎｉ−Ｆｅ
合金またはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金に、Ｉｒを添加した合
金からなる請求項３，４または５に記載の磁気抵抗セン
サ。
【請求項７】前記正の異方性磁気抵抗効果を有する強磁
性薄膜層がＮｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ま
たはこれらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，
Ｔａを少なくとも一つ添加した合金からなり、前記負の
異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層がＣｏ，Ｃｏ
−Ｆｅ合金またはＣｏ−Ｎｉ合金に、Ｉｒを添加した合
金からなる請求項３，４または５に記載の磁気抵抗セン
サ。
【請求項８】第一の非磁性導電膜を介して第一の強磁性
薄膜と第二の強磁性薄膜が積層され、第二の非磁性導電
膜を介して第二の強磁性薄膜と第三の強磁性薄膜が積層
されており、前記第一の強磁性薄膜の磁化の方向及び前
記第三の強磁性薄膜の磁化の方向は固定されており、前
記第二の強磁性薄膜の磁化は外部磁界により回転し、前
記第一の強磁性薄膜の磁化の方向と前記第二の強磁性薄
膜の磁化の方向の相対的な角度、及び前記第二の強磁性
薄膜の磁化の方向と前記第三の強磁性薄膜の磁化の方向
の相対的な角度が変わることによって電気抵抗が変化す
る磁気抵抗センサ膜と、前記磁気抵抗センサ膜に信号検
出電流を流すための電極と、前記磁気抵抗センサ膜の電
気抵抗変化を検知する手段を有する磁気抵抗センサにお
いて、前記第二の強磁性薄膜が、正の異方性磁気抵抗効果を有
する強磁性薄膜層と、負の異方性磁気抵抗効果を有する
強磁性薄膜層から構成されていることを特徴とする磁気
抵抗センサ。
【請求項９】前記第二の強磁性薄膜が、正の異方性磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜層と負の異方性磁気抵抗効
果を有する強磁性薄膜層の多層構造である請求項８に記
載の磁気抵抗センサ。
【請求項１０】前記第二の強磁性薄膜が、３層の積層構
造からなり、そのうち少なくとも１層が正の異方性磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜層であり、少なくとも１層
が負の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層である
請求項８あるいは９に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１１】前記第二の強磁性薄膜を構成する強磁性
薄膜層のうち、前記非磁性導電膜と直接接する少なくと
も一方の強磁性薄膜層がＣｏ、または、正あるいは負の
異方性磁気抵抗効果を有するＣｏを含む合金からなる請
求項８，９または１０に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１２】前記負の異方性磁気抵抗効果を有する強
磁性薄膜層が、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉまたはこれらのうち一
つ以上の元素を含む磁性金属材料に、Ｉｒを添加した合
金からなる請求項８，９，１０または１１に記載の磁気
抵抗センサ。
【請求項１３】前記第二の強磁性薄膜が、３層の積層構
造からなり、非磁性導電膜と直接接する２層の強磁性薄
膜層がＣｏ、または、正または負の異方性磁気抵抗効果
を有するＣｏを含む合金からなり、少なくとも一方が負
の異方性磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜層であり、こ
れら２層に挟まれる強磁性薄膜層がＮｉ−Ｆｅ合金，Ｎ
ｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、これらにＢ，Ｃ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添加した合金か
らなる請求項１０，１１または１２に記載の磁気抵抗セ
ンサ。
【請求項１４】前記第二の強磁性薄膜が、３層の積層構
造からなり、非磁性導電膜と直接接する２層の強磁性薄
膜層がＣｏ、または、正または負の異方性磁気抵抗効果
を有するＣｏを含む合金からなり、これら２層に挟まれ
る強磁性薄膜層がＮｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合
金に、Ｉｒを添加した合金からなる請求項１０，１１ま
たは１２に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１５】前記第二の強磁性薄膜が、正の異方性磁
気抵抗効果を有する強磁性薄膜層と負の異方性磁気抵抗
効果を有する強磁性薄膜層の２層構造からなる請求項８
または９に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１６】前記第二の強磁性薄膜がＣｏ、または、
正の異方性磁気抵抗効果を有するＣｏを含む合金からな
る強磁性薄膜層と、負の異方性磁気抵抗効果を有するＣ
ｏを含む合金からなる強磁性薄膜層の２層構造からなる
請求項１５に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１７】前記負の異方性磁気抵抗効果を有するＣ
ｏを含む合金からなる強磁性薄膜層が、Ｃｏ，Ｃｏ−Ｆ
ｅ合金またはＣｏ−Ｎｉ合金に、Ｉｒを添加した合金か
らなる請求項１５または１６に記載の磁気抵抗センサ。
【請求項１８】前記正の異方性磁気抵抗効果を有するＣ
ｏを含む合金からなる強磁性薄膜層が、Ｃｏ，Ｃｏ−Ｆ
ｅ合金，Ｃｏ−Ｎｉ合金、またはこれらにＢ，Ｃ，Ｓ
ｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａを少なくとも一つ添
加した合金からなる請求項１５あるいは１６に記載の磁
気抵抗センサ。