JPH10308004A - スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 - Google Patents
スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法Info
- Publication number
- JPH10308004A JPH10308004A JP12801197A JP12801197A JPH10308004A JP H10308004 A JPH10308004 A JP H10308004A JP 12801197 A JP12801197 A JP 12801197A JP 12801197 A JP12801197 A JP 12801197A JP H10308004 A JPH10308004 A JP H10308004A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- ferromagnetic
- spin
- magnetic field
- magnetic head
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Magnetic Heads (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 動作温度範囲で特性変化のないスピンバルブ
型磁気ヘッドを提供。 【解決手段】 スピンバルブの固定層の反強磁性層をC
r,Mn,Ptを含む合金とし、反強磁性層のブロッキング温
度(Tb)より低温度で磁気ギャップ深さ方向に固定層を磁
気飽和するに十分な磁界を印加、保持し、磁界中冷却し
た後、Tbより低い温度で、スピンバルブの自由層の磁化
をトラック幅方向の飽和に十分な最小磁界を該方向に印
加し、保持する。固定層の一方向異方性の結合磁界He
が、プロセス最高温度をTmaxとし、素子高さをhMR（μ
m）として、He(Tmax)≧60+100/hMR[Oe]とし、反強磁性
層組成を(Cr100-x Mnx)100-y Pty、2≦y、40≦x≦70と
し、柱状結晶粒とし、膜厚コントロ−ルにより反強磁性
層平均結晶粒径を2.7×10~18ｃｍ3以上とし、ｂｃｔの
(110)を膜面に平行とし、長軸を膜面内に有するように
し、Tma x以上のTbを有する固定層成分まで磁化を所望の
方向に固定できる。
型磁気ヘッドを提供。 【解決手段】 スピンバルブの固定層の反強磁性層をC
r,Mn,Ptを含む合金とし、反強磁性層のブロッキング温
度(Tb)より低温度で磁気ギャップ深さ方向に固定層を磁
気飽和するに十分な磁界を印加、保持し、磁界中冷却し
た後、Tbより低い温度で、スピンバルブの自由層の磁化
をトラック幅方向の飽和に十分な最小磁界を該方向に印
加し、保持する。固定層の一方向異方性の結合磁界He
が、プロセス最高温度をTmaxとし、素子高さをhMR（μ
m）として、He(Tmax)≧60+100/hMR[Oe]とし、反強磁性
層組成を(Cr100-x Mnx)100-y Pty、2≦y、40≦x≦70と
し、柱状結晶粒とし、膜厚コントロ−ルにより反強磁性
層平均結晶粒径を2.7×10~18ｃｍ3以上とし、ｂｃｔの
(110)を膜面に平行とし、長軸を膜面内に有するように
し、Tma x以上のTbを有する固定層成分まで磁化を所望の
方向に固定できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク装置に用
いる磁気ヘッドに係り、特にスピンバルブ型磁気ヘッド
とその製造方法に関する。。
いる磁気ヘッドに係り、特にスピンバルブ型磁気ヘッド
とその製造方法に関する。。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気記録装置は小型化、大容量化
が急速に進んでおり、これに対応すべく、磁気記録装置
に用いる再生用磁気ヘッドは、従来の誘導型磁気ヘッド
から異方的磁気抵抗効果(Anisotropic Magnetoresistiv
e Effect)を用いた高感度の再生ヘッドへと移行してい
る。さらに、近年、異方的磁気抵抗効果より約一桁感度
の高い磁気抵抗効果、即ち巨大磁気抵抗効果(Giant Mag
netoresistive Effect)が見いだされ、磁気記録装置の
さらなる大容量化の可能性が開かれ、急速な大容量化に
拍車をかけている。巨大磁気抵抗効果を示す構成のうち
最も実用化の可能性の大きい構成として米特許５１５９
５１３に示されるスピンバルブと呼ばれる構成がある。
が急速に進んでおり、これに対応すべく、磁気記録装置
に用いる再生用磁気ヘッドは、従来の誘導型磁気ヘッド
から異方的磁気抵抗効果(Anisotropic Magnetoresistiv
e Effect)を用いた高感度の再生ヘッドへと移行してい
る。さらに、近年、異方的磁気抵抗効果より約一桁感度
の高い磁気抵抗効果、即ち巨大磁気抵抗効果(Giant Mag
netoresistive Effect)が見いだされ、磁気記録装置の
さらなる大容量化の可能性が開かれ、急速な大容量化に
拍車をかけている。巨大磁気抵抗効果を示す構成のうち
最も実用化の可能性の大きい構成として米特許５１５９
５１３に示されるスピンバルブと呼ばれる構成がある。
【０００３】図１は、再生ヘッドであるスピンバルブ型
ヘッドと通常の記録ヘッドからなる磁気ヘッドの概略構
成を示すものである。スピンバルブは、反強磁性膜(層)
と強磁性膜(層)からなる固定層(Pinned Layer)とよばれ
る強磁性層と、自由層(Free Layer)と呼ばれる強磁性膜
(層)と、これら固定層と自由層とに直接隣接して挟まれ
た導電層とを基本構成とし、図１のＧＭＲ膜に相当す
る。そしてスピンバルブ型磁気ヘッドは、該ＧＭＲ膜
と、これらの層に電流を通じる電極と、バルクハウゼン
ノイズ(Barkhauzen Noise)とよばれる自由層磁化の不均
一に起因するノイズを抑制するための縦バイアス磁界を
加える永久磁石層があり、これらからなる素子は、一般
に、磁気シ−ルドとよばれる２つの強磁性体で挟まれた
磁気ギャップとよばれる微小空間内に設けられており、
媒体磁化信号を高分解能で再生できるようになってい
る。固定層磁化は反強磁性層から受ける一方向性の結合
磁界によって磁気ギャップ深さ方向に磁化が固定され
る。自由層磁化は外部磁界を受けない状態ではトラック
幅方向に磁化を向け、媒体からの磁界に応じてその向き
を変えることで、固定層と自由層磁化のなす角が変化が
生じ、この変化により磁気抵抗変化を生じる。この抵抗
変化を信号として再生するのがスピンバルブ型磁気ヘッ
ドの動作原理である。
ヘッドと通常の記録ヘッドからなる磁気ヘッドの概略構
成を示すものである。スピンバルブは、反強磁性膜(層)
と強磁性膜(層)からなる固定層(Pinned Layer)とよばれ
る強磁性層と、自由層(Free Layer)と呼ばれる強磁性膜
(層)と、これら固定層と自由層とに直接隣接して挟まれ
た導電層とを基本構成とし、図１のＧＭＲ膜に相当す
る。そしてスピンバルブ型磁気ヘッドは、該ＧＭＲ膜
と、これらの層に電流を通じる電極と、バルクハウゼン
ノイズ(Barkhauzen Noise)とよばれる自由層磁化の不均
一に起因するノイズを抑制するための縦バイアス磁界を
加える永久磁石層があり、これらからなる素子は、一般
に、磁気シ−ルドとよばれる２つの強磁性体で挟まれた
磁気ギャップとよばれる微小空間内に設けられており、
媒体磁化信号を高分解能で再生できるようになってい
る。固定層磁化は反強磁性層から受ける一方向性の結合
磁界によって磁気ギャップ深さ方向に磁化が固定され
る。自由層磁化は外部磁界を受けない状態ではトラック
幅方向に磁化を向け、媒体からの磁界に応じてその向き
を変えることで、固定層と自由層磁化のなす角が変化が
生じ、この変化により磁気抵抗変化を生じる。この抵抗
変化を信号として再生するのがスピンバルブ型磁気ヘッ
ドの動作原理である。
【０００４】この原理が動作するための重要ポイント
は、（１）固定層磁化は磁気ギャップ深さ方向に固定さ
れており、外部磁界によって容易には反転しないこと、
（２）自由層磁化は外部磁界のない時トラック幅方向を
むいている。言い替えると固定層磁化と直交すること、
である。 （１）の固定層磁化を安定に固定するには、反強磁性層
との結合磁界をヘッドが通常使用される動作温度範囲で
十分大きくする必要がある。また、磁気ギャップ深さ方
向に最大に固定するには、磁界をギャップ深さ方向に印
加し、固定層を磁気飽和しながら固定層のブロッキング
温度以上から磁界中冷却する必要がある。 （２）を実現するには、自由層の磁化容易軸をトラック
幅方向（固定層磁化固定方向と直交方向）に付与する必
要がある。この構成は固定層と自由層の磁化容易軸が直
交するので、この構成を実現するのが困難である。
は、（１）固定層磁化は磁気ギャップ深さ方向に固定さ
れており、外部磁界によって容易には反転しないこと、
（２）自由層磁化は外部磁界のない時トラック幅方向を
むいている。言い替えると固定層磁化と直交すること、
である。 （１）の固定層磁化を安定に固定するには、反強磁性層
との結合磁界をヘッドが通常使用される動作温度範囲で
十分大きくする必要がある。また、磁気ギャップ深さ方
向に最大に固定するには、磁界をギャップ深さ方向に印
加し、固定層を磁気飽和しながら固定層のブロッキング
温度以上から磁界中冷却する必要がある。 （２）を実現するには、自由層の磁化容易軸をトラック
幅方向（固定層磁化固定方向と直交方向）に付与する必
要がある。この構成は固定層と自由層の磁化容易軸が直
交するので、この構成を実現するのが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来知られている反強
磁性材料として鉄−マンガン(FeMn)合金がある。この材
料のブロッキング温度は摂氏１５０度であり、ヘッドを
製造する時にかけるヘッドプロセス温度の最高温度（例
えば、２３０〜２５０℃）より低いので、上記の（１）
（２）の要求を実現するには、J.Appl.Phys.Vol.76(199
6)の６４０１ぺ−ジに示される如く、摂氏１５０度以上
の温度でトラック幅方向に磁界印加しながら保持するこ
とにより自由層磁化容易軸をトラック幅方向に付与し、
冷却時に磁界をギャップ深さ方向に印加し、固定層磁化
をギャップ深さ方向に磁気飽和させて磁界中冷却するこ
とによって固定層磁化をギャップ深さ方向に固定すると
いう方法を用いている。
磁性材料として鉄−マンガン(FeMn)合金がある。この材
料のブロッキング温度は摂氏１５０度であり、ヘッドを
製造する時にかけるヘッドプロセス温度の最高温度（例
えば、２３０〜２５０℃）より低いので、上記の（１）
（２）の要求を実現するには、J.Appl.Phys.Vol.76(199
6)の６４０１ぺ−ジに示される如く、摂氏１５０度以上
の温度でトラック幅方向に磁界印加しながら保持するこ
とにより自由層磁化容易軸をトラック幅方向に付与し、
冷却時に磁界をギャップ深さ方向に印加し、固定層磁化
をギャップ深さ方向に磁気飽和させて磁界中冷却するこ
とによって固定層磁化をギャップ深さ方向に固定すると
いう方法を用いている。
【０００６】ところが、ＦｅＭｎのようにブロッキング
温度が摂氏１５０度と低い材料は、ヘッド動作温度範囲
（最高、１００℃ぐらいになる）で結合磁界の温度変化
が大きく、動作最高温度で結合磁界が小さくなるという
問題が生じる。例えば、ＦｅＭｎを用いた場合、室温で
４００エルステッドの結合磁界を有していても、動作最
高温度の摂氏１００度では１３０エルステッドと小さく
なり、媒体磁界により容易に磁化反転してしまい、磁気
ヘッドの性能が著しく低下するという問題を含んでい
る。ＦｅＭｎに変わる強磁性体と交換結合し一軸磁気異
方性を与える材料としてクロム−マンガン系合金が特願
平７−１１６８９４号に示されている。本発明の目的
は、クロム−マンガン系合金において上述の要求を達成
する構成を提供し、動作温度範囲の広い高感度のスピン
バルブ型磁気ヘッドを提供することにある。
温度が摂氏１５０度と低い材料は、ヘッド動作温度範囲
（最高、１００℃ぐらいになる）で結合磁界の温度変化
が大きく、動作最高温度で結合磁界が小さくなるという
問題が生じる。例えば、ＦｅＭｎを用いた場合、室温で
４００エルステッドの結合磁界を有していても、動作最
高温度の摂氏１００度では１３０エルステッドと小さく
なり、媒体磁界により容易に磁化反転してしまい、磁気
ヘッドの性能が著しく低下するという問題を含んでい
る。ＦｅＭｎに変わる強磁性体と交換結合し一軸磁気異
方性を与える材料としてクロム−マンガン系合金が特願
平７−１１６８９４号に示されている。本発明の目的
は、クロム−マンガン系合金において上述の要求を達成
する構成を提供し、動作温度範囲の広い高感度のスピン
バルブ型磁気ヘッドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、第一及び第二の二つの強磁性層を有し、
第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を有
し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異なる
面で反強磁性層と直接接触するスピンバルブを備えるス
ピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、該反強磁性体は主と
してＣｒとＭｎとＰｔを含む合金であり、該反強磁性体
が第一の強磁性体に与える一方向異方性の結合磁界が消
失する温度（ブロッキング温度）が摂氏２５０度を越え
るようにしている。さらに、前記反強磁性体の組成が原
子組成において、 （Ｃｒ100-x Ｍｎx）100-y Ｐｔy ２≦ｙ ４０≦ｘ≦７０ であるようにしている。さらに、前記反強磁性層の膜厚
が２００Å以上であるようにしている。
め、本発明は、第一及び第二の二つの強磁性層を有し、
第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を有
し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異なる
面で反強磁性層と直接接触するスピンバルブを備えるス
ピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、該反強磁性体は主と
してＣｒとＭｎとＰｔを含む合金であり、該反強磁性体
が第一の強磁性体に与える一方向異方性の結合磁界が消
失する温度（ブロッキング温度）が摂氏２５０度を越え
るようにしている。さらに、前記反強磁性体の組成が原
子組成において、 （Ｃｒ100-x Ｍｎx）100-y Ｐｔy ２≦ｙ ４０≦ｘ≦７０ であるようにしている。さらに、前記反強磁性層の膜厚
が２００Å以上であるようにしている。
【０００８】また、前記反強磁性層の第一強磁性層と接
する結晶の平均結晶粒体積が、 ２．７×１０~18ｃｍ3以上 であるようにしている。また、前記反強磁性層は、膜面
に平行に（１１０）配向したｂｃｔ構造であり、その長
軸が膜面内にあるようにしている。
する結晶の平均結晶粒体積が、 ２．７×１０~18ｃｍ3以上 であるようにしている。また、前記反強磁性層は、膜面
に平行に（１１０）配向したｂｃｔ構造であり、その長
軸が膜面内にあるようにしている。
【０００９】また、第一及び第二の二つの強磁性層を有
し、第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を
有し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異な
る面で反強磁性層と直接接触するスピンバルブを備える
スピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性体が
第一の強磁性体に与える一方向異方性の結合磁界Ｈｅ
（Ｏｅ）が、ヘッド作製プロセスでの最高温度をＴmax
とし、反強磁性体の素子高さをｈM R（μｍ）として、 Ｈｅ（Ｔmax）≧６０＋１００／ｈMR （Ｏｅ） であるようにしている。
し、第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を
有し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異な
る面で反強磁性層と直接接触するスピンバルブを備える
スピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性体が
第一の強磁性体に与える一方向異方性の結合磁界Ｈｅ
（Ｏｅ）が、ヘッド作製プロセスでの最高温度をＴmax
とし、反強磁性体の素子高さをｈM R（μｍ）として、 Ｈｅ（Ｔmax）≧６０＋１００／ｈMR （Ｏｅ） であるようにしている。
【００１０】また、第一及び第二の二つの強磁性層を有
し、第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を
有し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異な
る面で反強磁性層と直接接触し、反強磁性層が体心正方
晶構造を有するスピンバルブと、これらの層に電流を通
じる電極と、該スピンバルブと電極からなる素子が磁気
シ−ルドである２つの強磁性体で挟まれた磁気ギャップ
と呼ばれる微小空間内に設けられているスピンバルブ型
磁気ヘッド製造方法において、該反強磁性体が第一の強
磁性体に与える結合磁界が消失する温度（ブロッキング
温度）Ｔｂより低い温度で磁気ギャップ深さ方向に前記
第一強磁性層と反強磁性層からなる固定層を磁気飽和す
るに十分な磁界を印加、保持し、磁界中冷却した後、ブ
ロッキング温度Ｔｂより低い温度で、前記第二強磁性層
の磁化をトラック幅方向に飽和するのに十分な最小の磁
界をトラック幅方向に印加し、保持するようにしてい
る。
し、第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を
有し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異な
る面で反強磁性層と直接接触し、反強磁性層が体心正方
晶構造を有するスピンバルブと、これらの層に電流を通
じる電極と、該スピンバルブと電極からなる素子が磁気
シ−ルドである２つの強磁性体で挟まれた磁気ギャップ
と呼ばれる微小空間内に設けられているスピンバルブ型
磁気ヘッド製造方法において、該反強磁性体が第一の強
磁性体に与える結合磁界が消失する温度（ブロッキング
温度）Ｔｂより低い温度で磁気ギャップ深さ方向に前記
第一強磁性層と反強磁性層からなる固定層を磁気飽和す
るに十分な磁界を印加、保持し、磁界中冷却した後、ブ
ロッキング温度Ｔｂより低い温度で、前記第二強磁性層
の磁化をトラック幅方向に飽和するのに十分な最小の磁
界をトラック幅方向に印加し、保持するようにしてい
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図を参
照して説明する。
照して説明する。
【００１２】《実施例１》ＣｒＭｎ組成を原子比で１対
１としこれにＰｔを添加した膜厚４００ÅのＣｒＭｎＰ
ｔ反強磁性膜を２０ÅのＣｏ強磁性層上に作成し、摂氏
２３０度で固定層着磁熱処理をおこない、結合磁界の温
度特性を評価した。Ｐｔ組成ゼロではブロッキング温度
が摂氏１３０度であるが、Ｐｔ量と共にブロッキング温
度は増加し、２．２ａｔ％（atomic ％）で摂氏２５０
度を越え、Ｐｔ量とともに増大し７ａｔ％以上では摂氏
３２０度となる。結合磁界もＰｔ量と共に増大し、２．
２ａｔ％では室温で６００エルステッドとなり、４ａｔ
％で最大となった後ゆっくりと低下し、１０ａｔ％で４
００エルステッドとなる。Ｐｔ量は２ａｔ％以上が望ま
しい。図２は、結合磁界の温度特性の１例を示し、この
場合、Ｃｏ３０ÅとＣｒＭｎＰｔ３００Åの積層膜であ
る。
１としこれにＰｔを添加した膜厚４００ÅのＣｒＭｎＰ
ｔ反強磁性膜を２０ÅのＣｏ強磁性層上に作成し、摂氏
２３０度で固定層着磁熱処理をおこない、結合磁界の温
度特性を評価した。Ｐｔ組成ゼロではブロッキング温度
が摂氏１３０度であるが、Ｐｔ量と共にブロッキング温
度は増加し、２．２ａｔ％（atomic ％）で摂氏２５０
度を越え、Ｐｔ量とともに増大し７ａｔ％以上では摂氏
３２０度となる。結合磁界もＰｔ量と共に増大し、２．
２ａｔ％では室温で６００エルステッドとなり、４ａｔ
％で最大となった後ゆっくりと低下し、１０ａｔ％で４
００エルステッドとなる。Ｐｔ量は２ａｔ％以上が望ま
しい。図２は、結合磁界の温度特性の１例を示し、この
場合、Ｃｏ３０ÅとＣｒＭｎＰｔ３００Åの積層膜であ
る。
【００１３】また、強磁性層膜厚と結合磁界の大きさに
は逆比例の関係があり、ブロッキング温度以下で結合磁
界を調整する方法の１つとして強磁性層膜厚を調整する
という方法がある。即ち、ブロッキング温度以下で結合
磁界を大きくするには強磁性層厚さを小さくすればよ
い。ＣｒとＭｎの組成比に関してはＭｎ量ｘを４０から
７０ａｔ％ではブロッキング温度の低下が見られず、こ
の組成が望ましい。
は逆比例の関係があり、ブロッキング温度以下で結合磁
界を調整する方法の１つとして強磁性層膜厚を調整する
という方法がある。即ち、ブロッキング温度以下で結合
磁界を大きくするには強磁性層厚さを小さくすればよ
い。ＣｒとＭｎの組成比に関してはＭｎ量ｘを４０から
７０ａｔ％ではブロッキング温度の低下が見られず、こ
の組成が望ましい。
【００１４】《実施例２》従来のＦｅＭｎやＮｉＯなど
の反強磁性材料では、J.Appl.Phys.VOl.76,pp5356-5360
(1994)に開示されるように、固定層着磁を行なう際、ブ
ロッキング温度以上から磁界中冷却を行なう必要があ
り、これらの系ではブロッキング温度がプロセス最高温
度より低いので、実際そのようにして固定層着磁を行っ
ている。ところが、ブロッキング温度がプロセス最高温
度より高い材料を用いた場合には、処理温度はブロッキ
ング温度以上には出来ず、固定層を完全に着磁できない
という問題が生じる。しかし、ＣｒＭｎＰｔ系ではプロ
セス最高温度以下でｂｃｃ（体心立法晶）からｂｃｔ
（体心正法晶）への構造変態をともない、この構造変態
を伴うと、プロセス最高温度より高いブロッキング温度
をもつ固定層成分も含めて、プロセス最高温度以下で固
定層磁化が固定されるために、ブロッキング温度以上か
ら磁界中冷却する必要が無くなる。これにより、例え
ば、摂氏２３０度の固定層着磁処理によって、ブロッキ
ング温度３００度を有する固定層がギャップ深さ方向に
着磁することができる。
の反強磁性材料では、J.Appl.Phys.VOl.76,pp5356-5360
(1994)に開示されるように、固定層着磁を行なう際、ブ
ロッキング温度以上から磁界中冷却を行なう必要があ
り、これらの系ではブロッキング温度がプロセス最高温
度より低いので、実際そのようにして固定層着磁を行っ
ている。ところが、ブロッキング温度がプロセス最高温
度より高い材料を用いた場合には、処理温度はブロッキ
ング温度以上には出来ず、固定層を完全に着磁できない
という問題が生じる。しかし、ＣｒＭｎＰｔ系ではプロ
セス最高温度以下でｂｃｃ（体心立法晶）からｂｃｔ
（体心正法晶）への構造変態をともない、この構造変態
を伴うと、プロセス最高温度より高いブロッキング温度
をもつ固定層成分も含めて、プロセス最高温度以下で固
定層磁化が固定されるために、ブロッキング温度以上か
ら磁界中冷却する必要が無くなる。これにより、例え
ば、摂氏２３０度の固定層着磁処理によって、ブロッキ
ング温度３００度を有する固定層がギャップ深さ方向に
着磁することができる。
【００１５】一方、このように構造変化を伴い、ブロッ
キング温度が高い系では、固定層磁化をギャップ深さ方
向に固定し自由層磁化容易軸をこれと直角のトラック幅
方向とする構成を得るのが難しくなる。すなわち、Ｆｅ
Ｍｎで用いられた方法である、ブロッキング温度以上の
温度でトラック幅方向に磁界印加しながら保持すること
により自由層磁化容易軸をトラック幅方向に付与し、冷
却時に磁界をギャップ深さ方向に印加し、固定層磁化を
ギャップ深さ方向に磁気飽和させて磁界中冷却すること
によって固定層磁化をギャップ深さ方向に固定するとい
う方法によっては所望の構成は得られず、新たな処理方
法が必要となる。
キング温度が高い系では、固定層磁化をギャップ深さ方
向に固定し自由層磁化容易軸をこれと直角のトラック幅
方向とする構成を得るのが難しくなる。すなわち、Ｆｅ
Ｍｎで用いられた方法である、ブロッキング温度以上の
温度でトラック幅方向に磁界印加しながら保持すること
により自由層磁化容易軸をトラック幅方向に付与し、冷
却時に磁界をギャップ深さ方向に印加し、固定層磁化を
ギャップ深さ方向に磁気飽和させて磁界中冷却すること
によって固定層磁化をギャップ深さ方向に固定するとい
う方法によっては所望の構成は得られず、新たな処理方
法が必要となる。
【００１６】以下この新しい熱処理法について述べる。
この処理は、固定層着磁処理と、自由層エ−ジング処理
とからなる。固定層着磁処理は、ＣｒＭｎＰｔ合金に構
造変態を誘起するのに十分な温度と時間をかけ、ギャッ
プ方向に固定層磁化を磁気飽和させるに十分な磁界を印
加して処理する。この処理により、固定層磁化はギャッ
プ深さ方向に固定されるが、同時に自由層磁化容易軸も
ギャップ深さ方向へ傾く。
この処理は、固定層着磁処理と、自由層エ−ジング処理
とからなる。固定層着磁処理は、ＣｒＭｎＰｔ合金に構
造変態を誘起するのに十分な温度と時間をかけ、ギャッ
プ方向に固定層磁化を磁気飽和させるに十分な磁界を印
加して処理する。この処理により、固定層磁化はギャッ
プ深さ方向に固定されるが、同時に自由層磁化容易軸も
ギャップ深さ方向へ傾く。
【００１７】自由層エ−ジング処理は、ギャップ方向に
傾いた自由層磁化容易軸をトラック幅方向に戻すための
処理であり、この処理では、自由層磁化が飽和する最小
の磁界をトラック幅方向に印加し熱処理を行なう。ここ
で印加磁界を自由層の飽和する最小磁界とするのは、ギ
ャップ深さ方向に固定された固定層磁化の、自由層エ−
ジング処理後に生じる固定方向のずれ角をできるだけ小
さくするためである。今、自由層の飽和磁界をＨf、自
由層エ−ジング処理温度（通常はプロセス最高温度）を
Ｔf、この温度での固定層が反強磁性層から受ける結合
磁界をＨe（Ｔf）とすると、処理中の固定層磁化のギャ
ップ深さ方向からの傾き角αは α＝ Arctan｛Hf/He(Tf)｝≒ Arctan｛Hk/He(Tf)｝ と書ける。ここで自由層の飽和磁界を異方性磁界Ｈkで
近似している。処理後、固定層の固定方向（磁化容易
軸）は最大でこの角度だけギャップ深さ方向から傾くこ
とになる。この傾き角を小さくするには処理温度での固
定層結合磁界Ｈe（Ｔf）をできるだけ大きくすればよ
い。例えば、自由層の異方性磁界をＨk＝１０エルステ
ッドとして傾き角を５度以下にするにはＨe（Ｔf）を１
１４エルステッド以上とすればよいことが分かる。
傾いた自由層磁化容易軸をトラック幅方向に戻すための
処理であり、この処理では、自由層磁化が飽和する最小
の磁界をトラック幅方向に印加し熱処理を行なう。ここ
で印加磁界を自由層の飽和する最小磁界とするのは、ギ
ャップ深さ方向に固定された固定層磁化の、自由層エ−
ジング処理後に生じる固定方向のずれ角をできるだけ小
さくするためである。今、自由層の飽和磁界をＨf、自
由層エ−ジング処理温度（通常はプロセス最高温度）を
Ｔf、この温度での固定層が反強磁性層から受ける結合
磁界をＨe（Ｔf）とすると、処理中の固定層磁化のギャ
ップ深さ方向からの傾き角αは α＝ Arctan｛Hf/He(Tf)｝≒ Arctan｛Hk/He(Tf)｝ と書ける。ここで自由層の飽和磁界を異方性磁界Ｈkで
近似している。処理後、固定層の固定方向（磁化容易
軸）は最大でこの角度だけギャップ深さ方向から傾くこ
とになる。この傾き角を小さくするには処理温度での固
定層結合磁界Ｈe（Ｔf）をできるだけ大きくすればよ
い。例えば、自由層の異方性磁界をＨk＝１０エルステ
ッドとして傾き角を５度以下にするにはＨe（Ｔf）を１
１４エルステッド以上とすればよいことが分かる。
【００１８】さらに、自由層エ−ジング処理中に固定層
磁化容易軸をギャップ深さ方向から回転させる要因が、
もう一つある。それは素子端部の反磁界である。自由層
エ−ジング処理時、固定層の端部では反磁界により固定
層磁化はギャップ深さ方向から傾いており、自由層エ−
ジング処理によって固定層端部の磁化はギャップ深さ方
向から傾いて固定されることになる。図３に自由層エ−
ジング処理中の固定層端部の磁化方向のプロファイルを
固定層の結合磁界を変えて計算した結果を示す。ここで
ｈ＝０はギャップ深さ方向の固定層端部であり、ｈは端
部からのギャップ深さ方向の距離である。ｈMRはギャッ
プ深さ方向の固定層の長さを表わす。固定層の磁化角度
はトラック幅方向から測った角度であり、０度がトラッ
ク幅方向を、９０度がギャップ深さ方向となる。結合磁
界が小さいほど端部付近の磁化がギャップ深さ方向から
傾いた領域が大きくなることがわかる。自由層エ−ジン
グ処理時に固定層磁化が８５度より小さくなる領域、言
い替えれば、固定層磁化がギャップ深さ方向から５度以
上傾く領域は、結合磁界９６エルステッドでは端部から
０．２５μｍの領域であり、結合磁界１８０エルステッ
ドでは端部から０．０９μｍの領域であり、結合磁界４
００エルステッドの場合ほぼ０．０３μｍとなる。特性
上この領域をＭＲ高さの１０％以下にするのが望まし
い。従って、自由層エ−ジング時の結合磁界Ｈe（Ｔf）
は Ｈe（Ｔf）［Ｏｅ］≧ ６０＋１００／ｈMR とすべきである。ここでｈMRはμｍ単位とする。
磁化容易軸をギャップ深さ方向から回転させる要因が、
もう一つある。それは素子端部の反磁界である。自由層
エ−ジング処理時、固定層の端部では反磁界により固定
層磁化はギャップ深さ方向から傾いており、自由層エ−
ジング処理によって固定層端部の磁化はギャップ深さ方
向から傾いて固定されることになる。図３に自由層エ−
ジング処理中の固定層端部の磁化方向のプロファイルを
固定層の結合磁界を変えて計算した結果を示す。ここで
ｈ＝０はギャップ深さ方向の固定層端部であり、ｈは端
部からのギャップ深さ方向の距離である。ｈMRはギャッ
プ深さ方向の固定層の長さを表わす。固定層の磁化角度
はトラック幅方向から測った角度であり、０度がトラッ
ク幅方向を、９０度がギャップ深さ方向となる。結合磁
界が小さいほど端部付近の磁化がギャップ深さ方向から
傾いた領域が大きくなることがわかる。自由層エ−ジン
グ処理時に固定層磁化が８５度より小さくなる領域、言
い替えれば、固定層磁化がギャップ深さ方向から５度以
上傾く領域は、結合磁界９６エルステッドでは端部から
０．２５μｍの領域であり、結合磁界１８０エルステッ
ドでは端部から０．０９μｍの領域であり、結合磁界４
００エルステッドの場合ほぼ０．０３μｍとなる。特性
上この領域をＭＲ高さの１０％以下にするのが望まし
い。従って、自由層エ−ジング時の結合磁界Ｈe（Ｔf）
は Ｈe（Ｔf）［Ｏｅ］≧ ６０＋１００／ｈMR とすべきである。ここでｈMRはμｍ単位とする。
【００１９】《実施例３》反強磁性層にＣｒ48Ｍｎ48Ｐ
ｔ4（ａｔ％）及びＣｒ45Ｍｎ45Ｐｔ10（ａｔ％）を用
い、 Ta50/NiFe50/CoFe10/Cu25/Co20/CrMnPt100〜400/Ta30Å なる構成のスピンバルブ膜を作成し、摂氏２３０度で固
定層着磁を行った後、断面及び膜面内の電子顕微鏡観察
を行い結晶粒形態を調べ、結晶粒形態と結合磁界の温度
依存性について調べた。なお、上記スピンバルブ膜にお
いて、Ta50Åは下地層、NiFe50/CoFe10Åは自由層、Cu2
5Åは導電層、Co20/CrMnPt100〜400Åは固定層（Co20Å
は強磁性層、CrMnPt100〜400Åは反強磁性層）、Ta30Å
は保護膜層である。断面観察結果からNiFe/CoFe/Cu/Co/
CrMnPtは整合に成長しており、ＣｒＭｎＰｔは柱状結晶
であり、Ｃｏ界面側とＴａ界面側でＣｒＭｎＰｔの結晶
粒径に変化のないことがわかった。
ｔ4（ａｔ％）及びＣｒ45Ｍｎ45Ｐｔ10（ａｔ％）を用
い、 Ta50/NiFe50/CoFe10/Cu25/Co20/CrMnPt100〜400/Ta30Å なる構成のスピンバルブ膜を作成し、摂氏２３０度で固
定層着磁を行った後、断面及び膜面内の電子顕微鏡観察
を行い結晶粒形態を調べ、結晶粒形態と結合磁界の温度
依存性について調べた。なお、上記スピンバルブ膜にお
いて、Ta50Åは下地層、NiFe50/CoFe10Åは自由層、Cu2
5Åは導電層、Co20/CrMnPt100〜400Åは固定層（Co20Å
は強磁性層、CrMnPt100〜400Åは反強磁性層）、Ta30Å
は保護膜層である。断面観察結果からNiFe/CoFe/Cu/Co/
CrMnPtは整合に成長しており、ＣｒＭｎＰｔは柱状結晶
であり、Ｃｏ界面側とＴａ界面側でＣｒＭｎＰｔの結晶
粒径に変化のないことがわかった。
【００２０】またＣｒＭｎＰｔ膜４００Åの膜面内の結
晶粒観察から結晶粒径分布を測定した結果を図４に示
す。平均の結晶粒径は９５Åであり標準偏差２２Åでガ
ウス分布している。ＣｒＭｎＰｔが柱状結晶成長をして
いるので、結晶粒体積を大きくするには膜を厚くすれば
良い。
晶粒観察から結晶粒径分布を測定した結果を図４に示
す。平均の結晶粒径は９５Åであり標準偏差２２Åでガ
ウス分布している。ＣｒＭｎＰｔが柱状結晶成長をして
いるので、結晶粒体積を大きくするには膜を厚くすれば
良い。
【００２１】図５にはＣｒＭｎＰｔの膜厚の異なる幾つ
かの試料の固定層の結合磁界の温度依存性を示す。
（ａ）はＰｔ４ａｔ％の結果であり、（ｂ）はＰｔ１０
ａｔ％の結果である。いずれの場合も膜厚増大とともに
ブロッキング温度が増加しており（ａ）の場合３００Å
で、（ｂ）の場合２００Åでブロッキング温度は摂氏２
５０度を越え、さらに膜厚を大きくするとブロッキング
温度は摂氏３２０度まで達する。（ａ）の３００Åでの
平均結晶粒体積は２．７×１０~18ｃｍ3であることから
平均結晶粒径体積を２．７×１０~18ｃｍ3以上とすれば
よい。また、（ａ）の４００Åでの結合磁界と保磁力の
温度変化を図３の粒径分布を用いて、一軸性の結晶磁気
異方性定数をパラメ−タとして計算により近似すること
により、結晶磁気異方性定数を求めると２．２×１０6
ｅｒｇ／ｃｃとなることから（近似結果を図６に示
す）、平均結晶粒の結晶磁気異方性エネルギ−を５．９
×１０~12ｅｒｇ以上とすればよい。
かの試料の固定層の結合磁界の温度依存性を示す。
（ａ）はＰｔ４ａｔ％の結果であり、（ｂ）はＰｔ１０
ａｔ％の結果である。いずれの場合も膜厚増大とともに
ブロッキング温度が増加しており（ａ）の場合３００Å
で、（ｂ）の場合２００Åでブロッキング温度は摂氏２
５０度を越え、さらに膜厚を大きくするとブロッキング
温度は摂氏３２０度まで達する。（ａ）の３００Åでの
平均結晶粒体積は２．７×１０~18ｃｍ3であることから
平均結晶粒径体積を２．７×１０~18ｃｍ3以上とすれば
よい。また、（ａ）の４００Åでの結合磁界と保磁力の
温度変化を図３の粒径分布を用いて、一軸性の結晶磁気
異方性定数をパラメ−タとして計算により近似すること
により、結晶磁気異方性定数を求めると２．２×１０6
ｅｒｇ／ｃｃとなることから（近似結果を図６に示
す）、平均結晶粒の結晶磁気異方性エネルギ−を５．９
×１０~12ｅｒｇ以上とすればよい。
【００２２】
【発明の効果】反強磁性層と強磁性層の結合磁界の温度
変化を小さくすることにより、動作温度範囲の広い高感
度のスピンバルブ型磁気ヘッドを提供できる。
変化を小さくすることにより、動作温度範囲の広い高感
度のスピンバルブ型磁気ヘッドを提供できる。
【図１】再生ヘッドであるスピンバルブ型ヘッドと通常
の記録ヘッドからなる磁気ヘッドの概略構成を示す図で
ある。
の記録ヘッドからなる磁気ヘッドの概略構成を示す図で
ある。
【図２】結合磁界の温度特性の１例を示す図である。
【図３】自由層エ−ジング処理中の固定層端部の磁化方
向のプロファイルを結合磁界を変えて計算した結果の例
を示す図である。
向のプロファイルを結合磁界を変えて計算した結果の例
を示す図である。
【図４】ＣｒＭｎＰｔ膜４００Åの膜面内の結晶粒径分
布を示す図である。
布を示す図である。
【図５】ＣｒＭｎＰｔの膜厚の異なる幾つかの試料の固
定層の結合磁界の温度依存性を示す図である。
定層の結合磁界の温度依存性を示す図である。
【図６】ＣｒＭｎＰｔ膜４００Åスピンバルブ膜の結合
磁界と保磁力の温度変化を図３の粒径分布を用いて、一
軸性の結晶磁気異方性定数をパラメ−タとして近似計算
した結果を示す図である。
磁界と保磁力の温度変化を図３の粒径分布を用いて、一
軸性の結晶磁気異方性定数をパラメ−タとして近似計算
した結果を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今川 尊雄 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 成重 真治 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内
Claims (7)
- 【請求項１】 第一及び第二の二つの強磁性層を有し、
第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を有
し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異なる
面で反強磁性層と直接接触するスピンバルブを備えるス
ピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、 該反強磁性体は主としてＣｒとＭｎとＰｔを含む合金で
あり、該反強磁性体が第一の強磁性体に与える一方向異
方性の結合磁界が消失する温度（ブロッキング温度）が
摂氏２５０度を越えることを特徴とするスピンバルブ型
磁気ヘッド。 - 【請求項２】 請求項１記載のスピンバルブ型磁気ヘッ
ドにおいて、 前記反強磁性体の組成が原子組成において、 （Ｃｒ100-x Ｍｎx）100-y Ｐｔy ２≦ｙ ４０≦ｘ≦７０ であることを特徴とするスピンバルブ型磁気ヘッド。 - 【請求項３】 請求項２記載のスピンバルブ型磁気ヘッ
ドにおいて、 前記反強磁性層の膜厚が２００Å以上であることを特徴
とするスピンバルブ型磁気ヘッド。 - 【請求項４】 請求項２記載のスピンバルブ型磁気ヘッ
ドにおいて、 前記反強磁性層の第一強磁性層と接する結晶の平均結晶
粒体積が、 ２．７×１０~18ｃｍ3以上 であることを特徴とするスピンバルブ型磁気ヘッド。 - 【請求項５】 請求項２記載のスピンバルブ型磁気ヘッ
ドにおいて、 前記反強磁性層は、膜面に平行に（１１０）配向したｂ
ｃｔ構造であり、その長軸が膜面内にあることを特徴と
するスピンバルブ型磁気ヘッド。 - 【請求項６】 第一及び第二の二つの強磁性層を有し、
第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を有
し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異なる
面で反強磁性層と直接接触するスピンバルブを備えるス
ピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、 前記反強磁性体が第一の強磁性体に与える一方向異方性
の結合磁界Ｈｅ（Ｏｅ）が、ヘッド作製プロセスでの最
高温度をＴmaxとし、反強磁性体の素子高さをｈM R（μ
ｍ）として、 Ｈｅ（Ｔmax）≧６０＋１００／ｈMR （Ｏｅ） であることを特徴とするスピンバルブ型磁気ヘッド。 - 【請求項７】 第一及び第二の二つの強磁性層を有し、
第一強磁性層と第二強磁性層の間に非磁性導電層を有
し、第一強磁性層は該非磁性導電層と接する面と異なる
面で反強磁性層と直接接触し、反強磁性層が体心正方晶
構造を有するスピンバルブと、これらの層に電流を通じ
る電極と、該スピンバルブと電極からなる素子が磁気シ
−ルドである２つの強磁性体で挟まれた磁気ギャップと
呼ばれる微小空間内に設けられているスピンバルブ型磁
気ヘッド製造方法において、 該反強磁性体が第一の強磁性体に与える結合磁界が消失
する温度（ブロッキング温度）Ｔｂより低い温度で磁気
ギャップ深さ方向に前記第一強磁性層と反強磁性層から
なる固定層を磁気飽和するに十分な磁界を印加、保持
し、磁界中冷却した後、ブロッキング温度Ｔｂより低い
温度で、前記第二強磁性層の磁化をトラック幅方向に飽
和するのに十分な最小の磁界をトラック幅方向に印加
し、保持することを特徴とするスピンバルブ型磁気ヘッ
ド製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12801197A JPH10308004A (ja) | 1997-05-01 | 1997-05-01 | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12801197A JPH10308004A (ja) | 1997-05-01 | 1997-05-01 | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002305285A Division JP2003178405A (ja) | 2002-10-21 | 2002-10-21 | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 |
| JP2002305286A Division JP2003178406A (ja) | 2002-10-21 | 2002-10-21 | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308004A true JPH10308004A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=14974279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12801197A Pending JPH10308004A (ja) | 1997-05-01 | 1997-05-01 | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10308004A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6498707B1 (en) * | 1999-04-20 | 2002-12-24 | Seagate Technology, Llc | Giant magnetoresistive sensor with a CrMnPt pinning layer and a NiFeCr seed layer |
| US7859800B2 (en) * | 2006-06-27 | 2010-12-28 | Fujitsu Limited | Magneto-resistive effect element magnetic disk device having magneto-resistive effect film and method of forming a CPP-type magneto-resistive effect element having a soft magnetic layer composed of columnar crystal |
-
1997
- 1997-05-01 JP JP12801197A patent/JPH10308004A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6498707B1 (en) * | 1999-04-20 | 2002-12-24 | Seagate Technology, Llc | Giant magnetoresistive sensor with a CrMnPt pinning layer and a NiFeCr seed layer |
| US7859800B2 (en) * | 2006-06-27 | 2010-12-28 | Fujitsu Limited | Magneto-resistive effect element magnetic disk device having magneto-resistive effect film and method of forming a CPP-type magneto-resistive effect element having a soft magnetic layer composed of columnar crystal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6834026B2 (en) | Method for thermally-assisted recording on a magnetic recording disk | |
| US6452204B1 (en) | Tunneling magnetoresistance transducer and method for manufacturing the same | |
| US6270885B1 (en) | Perpendicular magnetic recording medium | |
| JP3291208B2 (ja) | 磁気抵抗効果型センサおよびその製造方法とそのセンサを備えた磁気ヘッド | |
| US7532433B2 (en) | Thin film perpendicular magnetic recording head, their fabrication process and magnetic disk drive using it | |
| US8149548B2 (en) | Magnetic head and manufacturing method thereof | |
| JP5383145B2 (ja) | 磁気再生ヘッド | |
| US20020027753A1 (en) | Magneto-resistance effect type composite head and production method thereof | |
| JP3225496B2 (ja) | 磁気抵抗効果膜および磁気抵抗効果型ヘッド | |
| JPH10269531A (ja) | 磁気抵抗効果型再生ヘッド | |
| JP2000113418A (ja) | スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 | |
| JP2008186496A (ja) | 磁気ヘッド | |
| US7805828B2 (en) | Method of manufacturing thin-film magnetic head | |
| JP2004296000A (ja) | 磁気抵抗効果型ヘッド、及びその製造方法 | |
| JP3456409B2 (ja) | 薄膜磁気ヘッドの製造方法 | |
| JP2000149201A (ja) | 磁気記憶再生装置 | |
| JPH10308004A (ja) | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 | |
| US20040201927A1 (en) | Spin value transducer having partly patterned magnetoresistance element | |
| JP2000113426A (ja) | 薄膜デバイス、薄膜磁気ヘッドおよび磁気抵抗効果素子 | |
| JP3274615B2 (ja) | 垂直磁気記録媒体及びそれを用いた磁気記録装置 | |
| JP2003178406A (ja) | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 | |
| JP2003178405A (ja) | スピンバルブ型磁気ヘッドおよびスピンバルブ型磁気ヘッド製造方法 | |
| JP2000340859A (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ−素子 | |
| JPH11259825A (ja) | 磁気抵抗効果型ヘッド | |
| JPH10320721A (ja) | 磁気抵抗効果ヘッド |