JPH1070324A

JPH1070324A - 多層磁性薄膜層を有する磁気抵抗効果センサ

Info

Publication number: JPH1070324A
Application number: JP8227958A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nishioka; 浩一西岡; Takayuki Izeki; 隆之井関; Hideo Fujiwara; 英夫藤原
Original assignee: Hitachi Ltd; Victor Company of Japan Ltd; University of Alabama UA
Current assignee: Hitachi Ltd; Victor Company of Japan Ltd; University of Alabama UA
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】低飽和保磁力、低異方性磁場および低磁歪定数
の軟磁性を与えた磁性体薄膜層を有する磁気抵抗効果セ
ンサを提供する。【解決手段】ひとつの磁性体極薄膜から他の磁性体極薄
膜について同一の結晶面配向性をもつ強磁性体材料で構
成された複数の磁性体薄膜層からなる少なくともひとつ
の磁性体薄膜層、および単相のエピタキシャル成長に不
連続性をもつ隣接しあった磁性体薄膜の間の中間層を有
する。各々の磁性体極薄膜は、鉄、ニッケルおよびコバ
ルトの各々を含む合金から構成され、９０：１０のコバ
ルトと鉄の重量比をもっている。結晶は、面心立方格子
で高度に方向性の揃った（１１１）結晶面配向面をもっ
た結晶構造を有している。中間層はニッケルあるいは銅
から構成された層となっている。全ての層は、焼鈍処理
の前の平衡状態と同一の材料組織の異方性エネルギーよ
りも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体薄膜層の磁
化の相対的な方向が、大きな磁気抵抗効果による外部印
加変動磁場に応答して変化する少なくとも２つの磁性体
薄膜層を用いた磁気抵抗効果センサに関る。本発明は、
特に、情報記憶および利用システムの磁気格納媒体上に
磁区として格納される情報を得るために用いられる。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗（MR）センサは、異方性磁気抵
抗（AMR）効果を活用したものとして従来から知られて
いる。異方性磁気抵抗（AMR）効果では、センサ内部の
抵抗成分が、センサの磁化方向とセンサ内を電流が流れ
る方向とがなす角度の余弦値の二乗に比例して変化す
る。特に最近は、大きな磁歪効果（GMR）を活用したMR
センサが出現してきており、これらは複数の層の磁性材
料を用い、そのセンサ内部の抵抗成分は、隣接し合う２
つの磁性体層の各々の磁化方向同士がなす角度の余弦値
に比例して変化する。

【０００３】ある典型的なGMRセンサは、下記のような
様々な形態で、固定あるいはピン止めされた一つの磁化
された磁性層を有する。

【０００４】（１）反強磁性体材料を一つの磁性層の他
方の磁性層から見た反対側に用いたもの。

【０００５】ここでは、一方の磁性層の反強磁性体材料
と強磁性体材料との間の交換結合は、一方の磁性層の磁
化を、読み出すべき情報を運び出す外部からの磁化とは
一般的に独立して、固定するものとなる。

【０００６】（２）硬磁性と軟磁性の材料からなる層を
用いるもの。

【０００７】（３）隣接した永久磁性層または、外部か
ら与えられた電流によって磁化される隣接した磁性層を
用いるもの。

【０００８】この種のGMRセンサは、スピンバルブとし
て知られている。米国特許5,159,513号（1992年10月27
日登録）で開示されているスピンバルブでは、ひとつの
磁性層の磁化は、隣接した反強磁性体材料を用いて固定
するか、あるいは、強磁性体層、十分な方形状を持ち、
高い飽和保磁力および高抵抗を示し、他の強磁性体層に
比べ磁化されにくい特性をもつ。

【０００９】更に、二重スピンバルブは、三層の強磁性
体からなり、その外側の２つの強磁性体層の磁化は、例
えば、隣接した反強磁性体材料を用いることによって、
同じ方向に固定されており、一方、その中間に位置する
強磁性体層の磁化の方向は、外部から与えられる情報書
込み用の磁場の影響を受けるものとなっている。

【００１０】本発明は、全ての種類のGMRセンサに広く
適用できるものであるが、スピンバルブあるいは二重ス
ピンバルブのGMRセンサに採用することが最も好適で有
利なものとなる。スピンバルブについては、米国特許第
5,373,238号（1994年12月13日）に詳しく開示されてい
る。

【００１１】更に、米国特許第5,301,079号（1994年4月
5日）では、次のようなGMR効果センサが開示されてい
る。すなわち、２つの強磁性体層の各々が自由な磁化方
向をもつ、即ち、固定されず、また、外部から与えられ
る情報書き込み用の磁場に応じて各磁性体層内部の磁化
が磁化容易方向に対して同一または180°反対の向きに
なるようにセンサは構成されているもので、これによ
り、磁化方向が磁化容易方向に対して実質的に平行であ
るが反対方向になる範囲まで回転できるようになってい
る。本発明は、広く、このような磁性体層が１つ以上か
らなる構成に対して適用可能である。

【００１２】一般に、強磁性体層中での磁化の方向は、
すべての層について「平行」で同じ向きになっているも
の、あるいは、隣接した強磁性体層ごと「対向（アンチ
パラレル）」でに交互に平行あるいはある相対的な一定
の角度をとりながら、異なる方向になっているものの２
種類がある。平行磁化の一例は、上記の米国特許第5,30
1,079号に詳述されている。また、対向磁化の一例は、
米国特許第5,313,186号に詳述されている。この磁化方
式は、磁化の方向が、強磁性体層間の非磁性体層の厚さ
に依存しているという原理を用いている。更に、隣接し
た２つの強磁性体層内の各々の磁化の方向は、互いにあ
る角度をもった一例が、米国特許第5,287,238号に詳述
されている。GMR効果のための「平行」および「対向」
磁化については、ホワイト、ロバートエル著「巨大磁
気抵抗：初歩」、アイ・イー・イー・イー磁気学論文
集、第２８巻、５号、１９９２年９月、頁２４８２−２
４８７に詳細に説明されている。

【００１３】AMRまたはGMR効果センサで用いられるよう
な薄膜の磁性体層あるいは強磁性体層は、ここでは、均
質な単一の薄膜層、あるいは、多層薄膜層として定義さ
れ、多層薄膜層内の各層は、全て同一の材料または異な
る材料で構成されるものであってよい。しかし、単一層
または多層のいずれにおいても、薄膜の磁性体層あるい
は強磁性体層は、読み出し電流（AMR）に関して相対的
な角度で動く、あるいは他薄膜の磁性体層あるいは強磁
性体層の磁化の方向に関して相対的に動く単一の磁化方
向を与える、センサ中の一要素として機能するものであ
る。この構成により、この動きの角度の余弦値の２乗
（AMR）または、余弦値の１乗（GMR）は、外部から与え
られ、その強度が変化する磁場の強度を表わすものとな
る。

【００１４】センサとして機能させるために、これらの
２つの磁性体層の間には十分間隔をおき、より好ましく
は、その間に非磁性体金属層を挟むようにする。「GMR
効果を得るためには、薄膜層の厚みは、非磁性体薄膜層
で仕切られた強磁性体薄膜層の配列中の電子の平均自由
行程よりも小さく、好ましくは、平均自由行程のある割
合になるほど小さくなることが必要である」旨が、前掲
の論文「巨大磁気抵抗：初歩」に書かれている。

【００１５】多層薄膜強磁性体層については、文献「超
薄膜磁性体構造II；計測技術および磁性特性」スプリン
ガーベルラーグ出版、１７４ページから１９４ページに
詳述されている。特に、本文献では、反強磁性体層（Fe
Mn）と、NiFe膜とCo膜の多層からなる第１の磁性体層
と、銅からなる非磁性体分離薄膜層と、Cu薄膜とNiFe薄
膜の多層膜とからなる第２の磁性体薄膜層とを有するス
ピンバルブについて説明されている。ここでは、多層膜
内での、Cu薄膜とNiFe薄膜の相対位置が反転されたもの
が開示されている。本発明は、多層膜となる１つ以上の
磁性体薄膜層に関するものである。

【００１６】上記で引用した文献では、基板、結合層、
接合層、磁性体薄膜層、非磁性体分離薄膜層、反強磁性
体層、酸化保護および不活性化層、磁気シールドならび
に導電層の各々に用いられる様々な異なる材料について
詳細に記述されている。更に、これらの文献では、材料
に様々な厚みを与えたり、材料の他の特性について言及
している。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】AMRおよびGMRタイプの
センサでは、読取り電流は、センサ内の各層を流れ、層
間（直接的）の電圧および、各層の並列および直接接続
にともない発生する抵抗を介しての（間接的）電圧は、
情報を示す信号として検出されるものとなる。補助的
に、情報を含まない磁場は、バルクハウゼンノイズを減
少させたり除去するために、各層の長さ方向に通過する
ものであってよい。上記のAMR効果を用いたセンサとGMR
効果を用いたセンサを区別する特徴は、一例として、角
度の余弦値の使い方とはなっているが、この使い方には
もちろん角度の正弦値を用いる場合も考えられるよう
に、余弦値を使うことに限定されるものではない。

【００１８】一般的には、外部から与えられる磁場に対
応して自由にその方向が変えられるような磁化特性をも
つ磁性体層にとっては、材料が軟磁性を備えていること
が望ましい。ここで用いられているように、軟磁性と
は、低い飽和保磁力、低い非等方性磁場および低い磁歪
を意味している。低い飽和保磁力とは、例えば、30 Oe
以下を指している。Coのような材料は、一般的に、高い
飽和保磁力をもっており、通常強磁性体層の材料として
用いられるNiFeよりも、更に30 Oe程度大きい値をもっ
ている。これらの飽和保磁力の低い材料および高い材料
の特性については、上記で引用した各文献において詳細
に定義され、その具体例について詳細に説明されてお
り、本発明においてもこの特性の違いが考慮されてい
る。

【００１９】磁気抵抗の変化率（MR比）が大きい材料特
性をもつ材料は、広い動作範囲を実現することを考慮す
ると、磁気抵抗（MR）ヘッドに適用するのに適してい
る。センサのMR比が、AMR効果を利用したセンサの何倍
にもなることが、GMR効果を利用したセンサの最大の特
徴である。

【００２０】本発明の目的は、巨大磁気抵抗型センサを
改良することである。

【００２１】本発明の主たる目的は、低い飽和保磁力、
低い非等方性磁場および低い磁歪等のような、軟磁性を
磁性体薄膜層に与えること、特に、従来硬磁性を有して
いるとされているコバルト合金からなる第１の磁性体薄
膜層に与えることである。

【００２２】本発明の他の目的は、スピンバルブセンサ
でのMR比を向上させることである。

【００２３】更に、本発明の他の目的は、第２の磁性体
薄膜層の多層化あるいは第２の磁性体薄膜層の前に位置
する第１の磁性体薄膜層の多層化や、これらの組み合わ
せなどの手段によって、結晶面の向きや結晶の粒度の改
善など、磁性体薄膜層の材料組織を改善することによ
り、スピンバルブの磁性体薄膜層に強力なピン止め効果
を与えることである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】磁性体薄膜層に低い飽和
保磁力を持たせるためには、磁性体薄膜層を多層構造に
することが有効であり、この場合、多層構造内の各層の
厚みは３０オングストローム以下に押さえることが望ま
しい。例えば、コバルト合金の薄膜層では、比較的大き
な結晶磁気異方性エネルギーのため、多結晶性の薄膜で
さえ低い飽和保磁力を得ることは困難である。本発明の
ように、薄膜を多層構造で構成し、各層の厚みを所定の
値以下になるように形成すると、層内部の材料の粒度は
より小さくなり、また、材料の粒界での交換結合により
結晶磁気異方性は平均化され、結果として低い飽和保磁
力を得ることができる。この現象は、多層構造内の各薄
膜の厚みが１０から３０オングストロームの間に保たれ
ている場合に特に顕著である。

【００２５】磁性体薄膜層内に強度のピン止め磁場を実
現する上では、高度に方向が揃った結晶構造が重要とな
り、特に、磁性体薄膜層内の他の薄膜層、非磁性体薄膜
層および反強磁性体薄膜層内の（１１１）面が重要とな
る。従って、これら４つの薄膜層は全て同一の結晶構
造、例えば、fcc（面心立方格子）を持つ必要があり、
また、各層間で同じ結晶方向、例えば、実質的に平行で
あるか、または高度に方向がそろった、好ましくは（１
１１）のような結晶面をもつことが必要である。

【００２６】第１の磁性体薄膜層、非磁性体薄膜層、第
２の磁性体薄膜層および反強磁性体薄膜層の各層で、所
定の結晶面で高度に方向がそろった材料構造を実現する
ためには、第１の磁性体薄膜層を形成する前に、タング
ステン、ジルコニウム、ニオブ、チタンまたはハフニウ
ム等の下部層を形成しておくことが効果的であり、ま
た、第１の磁性体薄膜層と第２の磁性体薄膜層の両者あ
るいはいずれかの合金材料にニッケルを用いることも効
果的である。

【００２７】磁気弾性効果のため磁区構造が複雑とな
り、バルクハウゼンノイズとなって現れることを避ける
ためには、第１の磁性体薄膜層の磁歪定数が小さいこと
が望ましい。この値は、３×１０^-6より小さいことが必
要であり、より好ましくは、１×１０^-6より小さいこと
が望ましい。

【００２８】第１の磁性体薄膜層と第２の磁性体薄膜層
の両者あるいはいずれかの合金材料にコバルトを用いる
ことは、NiFe合金単独で得られるMR比より大きな値を与
えることができる。コバルトあるいはコバルト合金は磁
性体層に適している。コバルト合金は、通常、平衡状態
で２０Oe程度の強度な異方性磁場を持つものと考えられ
ており、その強い磁場は、主に、原子対の順序によるも
のである。この磁場の強さの影響を抑えるために、本発
明では、磁場中でセンサを焼鈍して冷却する熱処理を施
している。

【００２９】第１の磁性体薄膜層と第２の磁性体薄膜層
の両者あるいはいずれかの内部に高度に秩序のとれた材
料組織を実現する上では、コバルトあるいはコバルト合
金を単相の構造で用いるよりも、コバルト合金の極薄膜
を複数積み重ね、銅、ニッケル、銅合金、ニッケル合金
のいずれかの材料を用いた中間薄膜層で極薄膜間を仕切
った多層構造を採用することが好ましい。これは、この
ような中間薄膜層によって生じる層間の不連続性によっ
て、材料組織内の結晶の並び方を改善できるためであ
る。このように高度に秩序のとれた材料組織は、交換結
合にとって重要となる。さらに、ある層内の組織の並び
方向は、以前にエピタキシャル成長によって形成された
層の組織の並び方向に依存するため、第１の薄膜層の配
向組織を改善するために多層構造を用いることにより、
エピタキシャル成長によって形成された第２の磁性体薄
膜層が多層構造でないにもかかわらず、第２の磁性体薄
膜層の配向性を実質的に向上させることができる。

【００３０】本発明は、コバルトあるいはニッケルを含
むCoFe合金の多層構造に適用できるものであるが、CoFe
合金のみ、あるいはニッケルを含む合金の一成分として
CoFeを用いた場合に、コバルトと鉄の比を９０：１０に
して、磁気歪みをゼロにすることが、最も適している。

【００３１】軟磁性は、第１および第２の磁性体薄膜層
を多層構造にし、焼鈍処理により異方性エネルギーを減
少させることにより達成できる。本発明は、様々な磁性
材料の選択の幅を広げるものであり、従来は適用できる
とは考えられなかったような磁性材料の採用を可能とす
るものである。特に、従来は硬磁性材料として考えられ
ていたコバルトについて、本発明によれば、軟磁性特性
をもつ薄膜層を構成する材料として用いることができ
る。従って、特に、スピンバルブとして、高いMR比と高
い感度が実現できる。交換結合に関して、同じ結晶構造
と同じ最適な配向特性をもつ多層構造により、ある特定
の種類の薄膜層にとって材料組織を改善することができ
る。従って、強力な交換結合が可能となる。

【００３２】データ格納システムで用いられる大型の磁
気抵抗型のスピンバルブ読み込みヘッドは、一方の磁性
体薄膜と他方の磁性体膜でそれらの結晶の配向が同じ強
磁性材料で形成された複数の磁性体薄膜からなる多層構
造の薄膜層を少なくとも一つ有し、更に、その多層に含
まれる隣接しあう磁性体薄膜の間の界面を有し、その界
面は単結晶のエピタキシャル成長に関して不連続性を持
っている。多層に含まれる各々の磁性体薄膜は、鉄、ニ
ッケル、コバルトの各々を含む合金から構成されてい
る。結晶組織は、面中心立方の結晶構造となっており、
（１１１）結晶面は高度に配向している。各薄膜間の界
面は、ニッケルあるいは銅の薄膜層である。全ての薄膜
層は、焼鈍処理の前に比べて小さい異方性エネルギーを
第１の磁性体薄膜層に持たせるのに十分な強度の磁場の
中での焼鈍および冷却処理によって得られた、磁気の配
向性と焼鈍構造を持っている。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明は、外部磁場の変化を検出
するために広く適用できるものであるが、情報格納およ
び取り出しシステムのための読み出しヘッドとして特に
有用なものであり、そこでは情報は磁性媒体上の磁区の
配列として格納されるものとなっている。磁性媒体とし
ては、どのような種類のものであってもよく、例えば、
磁気テープ、磁気ドラム、一つまたは複数のハードディ
スク、あるいは一つまたは複数のフロッピーディスク等
がある。磁区は、通常、トラックに添って配置され、ト
ラックの構成としては、円環状、渦巻状、らせん状、も
しくは不定長のものがある。

【００３４】代表的な情報各の有為および取り出し装置
の一例を、第１図に示す。汎用計算機１は、ネットワー
ク、キーボード、スキャナーもしくはこれら相当のもの
との間に１つもしくは複数のインターフェースをもつ入
力装置２を介して入力情報を受け取る。計算機は、一つ
もしくは複数の入力装置への接続に加え、一つもしくは
複数の出力装置に接続することが可能である。この出力
装置としては、計算機とインターフェースを介して接続
する、ネットワーク、プリンタ、表示装置、あるいはモ
デム等が考えられる。計算機１に関連する他のデータ格
納装置に加え、計算機は周辺装置である磁気格納装置４
へ情報を書き込んだり、磁気格納装置から情報を読み込
んだりする。磁気格納装置は、次の内部装置を含んでい
る。

【００３５】（１）制御装置５：情報信号を書き込みヘ
ッド７に出力し、読み出しヘッド８から情報を入力し、
更に、ヘッドからのフィードバック信号を受け取るため
のデータの入出力部６を含む。

【００３６】（２）ヘッド位置制御部９：ヘッド位置制
御信号を出力し、また、ヘッド位置検出信号を入力す
る。

【００３７】（３）モーター制御部１０：磁性媒体のヘ
ッドに対する相対的な運動に関する、速度、停止、開始
等の操作を制御し、本実施例の場合、一つあるいは複数
のディスク型の磁性媒体１３をシャフト１２によって回
転させるモータ１１に、回転制御信号を出力する。各々
独立した書き込みヘッド７と読み出しヘッド８とを有す
るトランスデューサは、ディスク１３とかすかに接触す
るか、わずかの間隙を保ってその上を浮上するように、
連結アーム１４とボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５を
用いて、通常、ディスク１３の半径方向に動く。

【００３８】上記のように、第１図に示したデータ格納
装置は、あくまでも代表的なものである。第１図に示し
た装置の操作は自明であるため、ここではその詳細につ
いては説明しない。本発明による改善点は、図中の読み
出しヘッド８の構造に関するものである。

【００３９】本発明の読み出しヘッドの一実施例を、第
２図に示す。磁性媒体１３の一部分が、Ｚ軸に沿って相
対的に動く読み出しヘッド８に対して、相対的な摂動方
向１４を有することを示している。ＶＣＭ１５は相対的
に読み出しヘッドと磁区のトラックにアクセスするため
に、Ｘ軸に沿って動く一方、磁区のトラックは、通常、
読み出しヘッドに隣接したＺ軸に沿って動く。磁性媒体
１３は、Ｚ磁区方向のトラックに沿って複数の磁区を有
し、その磁場ｈは、ＶＣＭ１５がＺ軸に沿って相対的に
動くことによって、読み出しヘッドのＹ軸に沿って変化
する。また、、この磁場のラムダ変動が、格納される情
報を表し、読み出される。

【００４０】書き込みヘッド７と読み出しヘッド８は複
数の層から構成され、これらのいくつかは第２図に示さ
れているが、結合層、パッシベーション層などの従来か
らあるいくつかの層は、図示されていない。製造の過程
では、まず、基板１６を用意し、次に下部シールド１７
をその上に堆積させた後、さらにその上に読み出しセン
サ１８をエピタキシャル成長させ、最後に、読み出し電
流入力用リード線１９と読み出し電流出力用リード線２
０とをその上に堆積させ、一体として読み出しヘッドを
形成する。更に、上部シールドあるいは下部コア２１か
らなる書き込みヘッドを堆積させ、つぎに、コイル２２
を堆積させ、その上に上部コア２４を形成する。例えば
AL2O3からなる誘電層２３を、センサ１８と下部シール
ド１７の間およびセンサ１８と上部シールド２１の間に
形成することが、より好ましい。

【００４１】基板１６は、シリコン、ガラス、セラミッ
クス、半導体、サファイア、水晶、酸化マグネシウム、
絶縁層をもつシリコン、ガリウム砒素、あるいはセラミ
ックスの材料で構成することができる。上部および下部
シールド２１および１７には、これらの目的に従った既
知の材料を用いることができる。リード線１９および２
０には、アルミニウム、銅、金、銀を用いることができ
る。

【００４２】本実施例にて採用した第２図に示した構造
は、一般的に、既知のものとなっており、本発明は、読
み出しセンサ１８の構成とその形成方法に関するもので
ある。本発明に関わる部分は、第２図の一部分を拡大詳
細したものとして第３図に示した。センサ１８は、磁気
抵抗型センサであり、特に、ＧＭＲ効果センサである。
ＧＭＲ効果センサでは、入力用リード線１９を通して得
られる読み出しで電流がセンサ１８中を流れ、出力用リ
ード線２０を通して戻るものとなっている。センサの入
出力端子間に発生する電位差は直接あるいは間接的に計
測され、その変動は、磁性媒体上に格納された情報を表
すものである。この理由は、この電位は、センサの抵抗
値の変化にともなって変化するものであり、更に、この
抵抗値の変化は、外部から与えられる磁場ｈの変化によ
って生じるものである、以て、この磁場の強度は、磁性
媒体の磁区を含む情報に依って、磁区がセンサ１８の前
を通過する際に変化するためである。

【００４３】特に、センサ１８は、第１の磁性体薄膜層
２５、非磁性体薄膜層２６、第２の磁性体薄膜層２７、
反強磁性体薄膜層２８およびバイアス磁場を与える相対
した電極（バイアス電極）２９および３０から構成され
る。既知の方法では、バイアス電極２９および３０は、
層２５、２６、２７、２８を通過し、長手方向の磁場s
を与えるものである。この構成によりバルクハウゼンノ
イズを減少する効果があるが、この特徴は副次的なもの
である。

【００４４】第３図に示した本実施例のセンサは、単一
スピンバルブであり、本発明による改善点は、特に、第
１および第２の磁性体薄膜層２５および２７に関わるも
のであり、これらの層の構造は、他の層に影響を及ぼ
し、以て、情報の格納装置全体に影響を及ぼすものであ
る。上述のように、本発明による改善点は、二重スピン
バルブやその類似品のみならず他の汎用装置で用いる他
のセンサにも広く適用できるものである。

【００４５】第４図から７図、および第９図から１５図
は、本発明のもたらす重要な効果を示す実測データを表
している。これらの実測データを詳説する前に、まず、
第３図の一部分の拡大詳細図である第８図によって本実
施例の詳細について説明する。

【００４６】下部層３１は、エピタキシャル成長および
接合を促進するのに適した材料、例えば、タンタル、ジ
ルコニウム、ニオブ、チタンあるいはハフニウムからな
る。保護のために、下部層３１と同一の材料からなる被
覆層３２を設けることが望ましい。

【００４７】本発明による改善点は、第１の磁性体薄膜
層２５（および図示されていない第２の磁性体薄膜層２
７）を多層構造とすることである。この多層構造には、
界面で隔てられた複数の磁性体極薄膜（「極薄」とは、
薄膜層２５、２６、２７よりも厚さが薄いことを指して
いる）層３３が含まれ、特に、この界面は、中間極薄膜
層３４により形成されている。すなわち、磁性体極薄膜
層３３と中間極薄膜層３４の両者が第１の磁性体薄膜層
３４の多層を形成することになる。磁性体極薄膜層３３
は、例えば、全てがＸ軸の右方向に向いている等、平行
な磁化方向をもち、これにより、第２の磁性体薄膜層２
７は、第１の磁性体薄膜層２５に対してある特定の方
向、例えば、平行、対向平行、垂直方向、あるいは中間
的な角度をもつ方向となる磁化配向性をもっている。実
際には、外部から与えられる磁場の変化に応じて、全て
の極薄膜層中の磁化方向が、全て平行でありながらも、
いっしょに固定されるのか（２７）、あるいは、いっし
ょに自由に動くのか（２５）ということと、また、隣接
した磁性体薄膜層２５、２７の磁化方向が相対的に回転
して動き、センサへの流入電流に対するセンサ抵抗値
が、この回転角度の余弦値に比例して変化することが、
本発明には重要なものとなる。

【００４８】先ずはじめに、第２の磁性体薄膜層２７、
第１の磁性体薄膜層２５の磁性体極薄膜層３３の材料と
してCoFe（コバルトと鉄の重量％が、９０：１０のも
の）を選び、また、非磁性体薄膜層２６と中間極薄膜層
３４の材料として銅を選んだ。これは、これら２つの材
料が同じ結晶構造（面心立方構造）をもち、また、CoFe
がほとんどゼロの磁歪定数をもっていることに依る。こ
のように、２つの層が同一の結晶構造を有するというこ
とは、これらの層が同一配向に成長をする上で重要とな
る。なぜなら、同一の結晶構造とすることによって、Ｘ
−Ｙ面に平行な（１１１）面の方向に磁化方向が高度に
揃うためである。約１００オングストロームのタンタル
層を下部層３１に用いた。ただし、ジルコニウム、チタ
ンあるいは他の適切な材料も、タンタルに代えて、下部
層３１の材料として利用可能である。この下部層３１
は、下部層の上でエピタキシャル成長した薄膜の材料組
織を改善し、結果として第２の磁性体薄膜層２７と反強
磁性体薄膜層２８との間の交換結合を改善するものであ
る。反強磁性体薄膜層２８は、１５０オングストローム
厚のFeMn薄膜から構成されている。約２４オングストロ
ーム厚の銅薄膜は、第１および第２の磁性体薄膜層２
５、２７間の非磁性体薄膜層２６に用いた。

【００４９】CoFeの飽和保磁力の磁化容易軸に沿った厚
さ依存性を、以上で述べたセンサの構造に従って実験測
定した。実験結果を第４図に示す。本図は、CoFeの厚
み、１００オングストローム、５０オングストローム、
３０オングストローム、２５オングストローム、１８オ
ングストローム、および１０オングストロームの各々に
ついての、所定の測定値をグラフ上に描いたものであ
る。第４図によれば、CoFeの厚さが１００オングストロ
ームから３０オングストロームに減少するのに対応し、
飽和保磁力は５７Oeから８Oeに急激に減少することがわ
かる。従って、３０オングストローム以下の厚みについ
ては、飽和保磁力の減少のしかたに変化が現れ、飽和保
磁力の減少はさほど大きくなくなる。

【００５０】第１の磁性体薄膜層２５の厚さを変えなが
ら、２種類のスピンバルブ膜の特性について調べた。以
下に述べるように、下記の膜からなる多層構造をもつ特
定のスピンバルブについて調べた：基板／１００オングストローム厚のタンタル膜／１００
から３０オングストローム厚のCoFe膜／２４オングスト
ローム厚の銅膜／３０オングストローム厚のCoFe膜／１
５０オングストローム厚のFeMn膜／５０オングストロー
ム厚のタンタル膜 CoFe膜の厚さを、１００オングストロームから３０オン
グストロームに減少させるにつれ、第１の磁性体薄膜層
２５の飽和保磁力は１０Oe以下に減少した。しかし、第
２の磁性体薄膜層２７と反強磁性体薄膜層２８の間の交
換結合磁場（以下、「ピニング磁場」と称する）も、５
０Oeまで減少した。

【００５１】第５図は、 FeMn膜の厚さが３０オングス
トロームの場合の、上記の材料についての外部磁場に対
する磁気抵抗（MR）特性曲線、すなわちGMR比を表す。
スピンバルブとしての構造を用いた場合には、ピニング
磁場の強度は非常に小さい。ピンニング磁場の強度は、
第２の磁性体薄膜層２７と反強磁性体薄膜層２８の材料
組織に依存する。また、これらの好ましい材料組織とし
ては、単結晶のCoFe層からなる第１の磁性体薄膜層の厚
みが１００オングストロームであることが判明した。こ
の材料組織には、面心立方構造の結晶構造と、膜表面に
平行な結晶面（１１１）の結晶配向性が含まれており、
以下、この材料組織を「fcc(111)組織」と称する。第４
図および第５図に示した上記の事件は、第１の磁性体薄
膜層２５の全体を構成するCoFeからなる単相のエピタキ
シャル成長した均一層に関するものである。

【００５２】次に、第１の磁性体薄膜層２５の構成を、
銅からなる中間極薄膜層３４で隔てられたCoFeからなる
極薄膜の多層構造とした場合の、上記のスピンバルブの
特性について実験測定した。第６図は、実験から得られ
たヒステリシス曲線を示す。曲線３５は、１００オング
ストローム厚のCoFeからなる単相の均一層として形成さ
れた第１の磁性体薄膜層２５の第１のスピンバルブのヒ
ステリシス曲線を表す。曲線３６は、磁性体極薄膜層３
３と中間極薄膜層３４とを交互に重ね合わせた多層構造
として構成した全厚みが１００オングストロームの第２
のスピンバルブのヒステリシス曲線を表す。ここで、薄
膜層は、１００オングストローム厚のタンタルからなる
下部層３１の上にエピタキシャル成長させ形成したもの
である。第１の磁性体薄膜層２５を多層構造とすること
により、飽和保磁力は６０Oeから８Oeにまで極端に減少
することが観測された。第１の磁性体薄膜層２５を多層
構造とすることにより、材料の結晶組織も改善された。

【００５３】第７図は、Ｘ線回折スペクトルを示すもの
で、曲線３５’は、単相の均一CoFe層として形成した第
１の磁性体薄膜層２５に対するものであり、一方、曲線
３６’は、CoFeからなる磁性体極薄膜層３３と銅からな
る中間極薄膜層３４とを交互に重ね合わせた多層構造と
して形成した第１の磁性体薄膜層２５に対するものであ
る。CoFe膜３３と銅膜３４をと交互に重ね合わせた多層
構造をもつ第１の磁性体薄膜層２５（曲線３６’）のfc
c(111)構造（を特定する）ピークが約２θ（４５°）の
範囲に見られ、これは、単相の均一CoFe層として形成し
た第１の磁性体薄膜層２５（曲線３５’）のピークより
も大きいことが判明した。従って、第１の磁性体薄膜層
２５を多層構造とすることにより、fcc(111)構造が改善
されることが分かる。この結果は、また、ロッキング曲
線（平面、この場合は膜のＸＹ平面に対する結晶配向性
の分布を定量的に評価する特性曲線）を測定することに
よっても確認することができた。

【００５４】上記の測定結果に基づき、磁性体極薄膜層
３３と中間極薄膜層３４とを含む多層構造をもつ第１の
磁性体薄膜層２５を有するスピンバルブについて、第８
図および第３図について上述した特定の構造に従って、
調査しそのMR特性曲線を測定した。

【００５５】実験的に形成したスピンバルブの反強磁性
体材料としてFeMnを用いたが、この反強磁性体材料とし
ては、FeMnに代えて、例えば、NiMnやNiFeMn等を用いる
ことも可能である。実験的に形成したスピンバルブの被
覆層としては、タンタルを用いた。

【００５６】以下に示す（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの異
なったスピンバルブを作成し実験に用いた。これらのス
ピンバルブの材料構成は、基板材料の上に核材料を形成
する順で、下記に示す。これらのスピンバルブ（ａ）
（ｂ）（ｃ）の構造上の違いは、次の点にある。

【００５７】・スピンバルブ（ｃ）は第１および第２の
磁性体薄膜層の材料としてNiFeを用いている、・スピンバルブ（ｂ）および（ｃ）は、第１の磁性体薄
膜層として、単相の磁性材料をエピタキシャル成長させ
た均一層を用いている、更に、・スピンバルブ（ａ）は、５つの極薄膜層の隣接層間に
銅からなる極薄膜層（全部で４層）を挿入して、エピタ
キシャル成長させて形成した多重構造をもつ第１の磁性
体薄膜層２５を有していることである。これらのスピン
バルブを構成する材料の厚さは、下記に示すとおりであ
る。

【００５８】（ａ）基板／１００オングストローム厚の
タンタル膜／１８オングストローム厚のCoFe膜／（８オ
ングストローム厚の銅膜／１８オングストローム厚のCo
Fe膜）の４層くりかえし／２４オングストローム厚の銅
膜／３０オングストローム厚のCoFe膜／１５０オングス
トローム厚のFeMn膜／５０オングストローム厚のタンタ
ル膜。

【００５９】（ｂ）基板／１００オングストローム厚の
タンタル膜／７５オングストローム厚のCoFe膜／２４オ
ングストローム厚の銅膜／７５オングストローム厚のCo
Fe膜／１５０オングストローム厚のFeMn膜／５０オング
ストローム厚のタンタル膜。

【００６０】（ｃ）基板／１００オングストローム厚の
タンタル膜／１００オングストローム厚のNiFe膜／２４
オングストローム厚の銅膜／１００オングストローム厚
のNiFe膜／１５０オングストローム厚のFeMn膜／５０オ
ングストローム厚のタンタル膜。

【００６１】第９図は、スピンバルブ（ａ）のMR比特性
曲線を示すものであり、同様に、第１０図は、スピンバ
ルブ（ｂ）のMR比特性曲線を示すもの、更に、第１１図
は、スピンバルブ（ｃ）のMR比特性曲線を示すものであ
る。これらの特性曲線から分かるように、スピンバルブ
（ａ）の第１の磁性体薄膜層２５の飽和保磁力は、スピ
ンバルブ（ｂ）に比べて、はるかに小さいものとなって
いる。また、第５図と併せて判断すると、スピンバルブ
（ａ）のピニング磁場の強度は、スピンバルブ（ｂ）に
比べて、はるかに大きいものとなっている。従って、第
１の磁性体薄膜層２５を多層構造とすることにより、飽
和保磁力を減少できることが第１の効果として得られ、
さらに、単結晶で成長形成した均一層に比べピニング磁
場の強度もより大きくできることが第２の効果として得
られた。また、スピンバルブ（ａ）のMR比は、スピンバ
ルブ（ｃ）に比べて、はるかに大きいものとなってい
る。特に、第９図によれば、2H_C2および2H_C1が、他の第
１０図のものに比べて小さく、HPが大きいことが分か
る。スピンバルブ（ａ）および（ｂ）での磁気歪定数
は、実質的にゼロである。

【００６２】スピンバルブ（ａ）および（ｂ）での、コ
バルトと鉄の合金比は、９０：１０である。

【００６３】上記のように、第１の磁性体薄膜層２５を
多層構造とすることは、飽和保磁力を減少させる上で効
果的ではあったものの、平衡状態でのCoFeの異方性磁場
の強度は、２０Oeと比較的大きい。本発明の特徴のひと
つとして、磁場の中でセンサを焼鈍処理し、焼鈍処理さ
れたセンサを冷却することにより、センサを構成する各
層が焼鈍・冷却処理により構造的に特徴を変え、異方性
磁場を抑えることが挙げられる。焼鈍処理を受けた後の
特徴的な構造を第１２図および１３図に示す。スピンバ
ルブ（ａ）を、（第９図から１１図に結果を示した実験
の後で）所定の磁場の中で、８０℃、１００℃、１４０
℃、１６０℃、１８０℃、２００℃および２５０℃の温
度で焼鈍・冷却処理した。

【００６４】第１２図は、スピンバルブ（ａ）の第１の
磁性体薄膜層２５中での異方性磁場のベクトル変化を、
水平方向に伸びるベクトルを焼鈍処理前のものと定義し
て、示すものである。図中では、各々の焼鈍温度に対応
するベクトルは、その温度が上昇するにつれ、ベクトル
の伸びる角度が水平方向から垂直方向に変わり、２５０
℃では、垂直方向に向くベクトルとなっている。第１２
図では、焼鈍温度の上昇に伴い、はじめは、異方性磁場
の強度が徐々に減少し、最小値に至ったものが、再び増
加に転じる。また、焼鈍温度の上昇に伴い、異方性磁場
の方向は、はじめはＸ軸に平行だったものが、Ｙ軸に平
行になるように回転してゆく。異方性ベクトルの長さ
は、焼鈍温度と、その温度での保持時間によって決ま
る。スピンバルブ（ａ）のCoFeを材料とし多層構造をも
つ第１の磁性体薄膜層２５の場合、異方性ベクトルの長
さは、焼鈍温度が１４０℃と１６０℃の間で、その温度
での保持時間が１時間の時に最小値をとる。

【００６５】第１３図は、スピンバルブ（ａ）のCoFeの
単結晶が連続した均一層からなる第２の磁性体薄膜層２
７中のピニング磁場のベクトル変化を示し、焼鈍処理を
１６０℃で行った場合に、ベクトルが水平方向から垂直
方向に回転する様子を表している。焼鈍処理中および焼
鈍後の冷却中に与える外部磁場の強度は、第１および第
２の磁性体薄膜層２５および２７を磁気的に飽和させる
のに必要な磁場の強度ものよりも大きなものとした。第
１の磁性体薄膜層２５の磁化容易軸の方向とピニング磁
場の方向は、焼鈍処理前には、Ｘ軸と平行なものであ
る。焼鈍処理の間（焼き鈍し中と、その後の冷却中）で
は、外部から与えられる磁場の方向は、Ｙ軸と平行なも
のである。スピンバルブを焼鈍温度に保持する時間は、
１時間である。焼鈍温度を上昇することにより、ピニン
グ磁場の方向は、Ｘ軸に平行な方向からＹ軸に平行な方
向に回転してゆく。ピニング磁場ベクトルの大きさは、
どのような焼鈍温度でも、変化しない。焼鈍温度が１６
０°の場合、ピニング磁場ベクトルの方向は、Ｙ軸に平
行となる。

【００６６】異方性磁場ベクトルとピニング磁場ベクト
ルの、焼鈍温度および保持時間に対する依存性は、各層
に用いる材料によって変化する。第１および第２の磁性
体薄膜層２５および２７、あるいは反強磁性体薄膜層２
８に異なる材料を用いた場合には、その材料に関する異
方性磁場ベクトルとピニング磁場ベクトルの、焼鈍温度
および保持時間に対する依存性を考慮して、適切な焼鈍
温度とその温度での保持時間を設定する必要がある。

【００６７】第１の磁性体薄膜層２５を多層構造とする
ことによってスピンバルブ（ａ）の材料組織の改善を考
慮することによって、例えば、CoFeおよび銅を用いた第
２の磁性体薄膜層２７（図示せず）を多層構造にするこ
とが、第２の磁性体薄膜層２７中に強度の大きいピニン
グ磁場を発生させることに対して有効となるという効果
がある。この場合、中間極薄膜層の銅膜の厚さは、第２
の磁性体薄膜層２７中のCoFe極薄膜の間の協力な結合を
促すための値よりも小さくする。この理由は、スピンバ
ルブ型のセンサについては、第２の磁性体薄膜層中の磁
化の全ては、ある特定の方向で強力にピン止めする必要
があるためである。すなわち、第１および第２の磁性体
薄膜層の両者について、これらを多層構造にした場合に
は、磁性体薄膜層２５および２７の間では、各々の磁化
方向が角度θだけ異なるように構成しながら、一方、磁
性体薄膜層２７中および磁性体薄膜層２５中では、内部
の極薄膜層が平行な磁化方向を有するように、磁性体極
薄膜層３３間の分離が充分小さくなるようにす。このよ
うな分離性を実現するために、中間極薄膜層３４の材料
としては銅を用い、その厚さは１０オングストローム以
下とすることが望ましい。この中間極薄膜層３４の厚さ
に関する指針は、層の厚さを１０オングストローム以
上、１０オングストローム、８オングストローム、およ
び４オングストロームに変えた材料を用いた実験結果か
ら導いたものである。

【００６８】本発明の他の特徴として、第１および／ま
たは第２の磁性体薄膜層２５、２７の材料として用いる
ニッケルにCoFeを加えた合金とすることが有利であるこ
とが判明した点が挙げられる。特に、第１および／また
は第２の磁性体薄膜層２５、２７の合金材料中のニッケ
ル成分を増加させるに従って、ピニング磁場の強度がよ
り大きくなる。ニッケル成分の増加によって、次の２つ
の効果が得られる。第１の効果は、第２の磁性体薄膜層
２７の飽和磁化力を減少できることである。第２の効果
は、全ての層の材料組織を改善できることである。第１
の効果に関して、交換結合エネルギーEex、ピニング磁
場強度Hpおよび飽和磁化度Msの関係は、次のようにな
る。

【００６９】Eex = HpMs 交換結合エネルギーEexが一定値となる場合には、飽和
磁化度Msが減少すると、ピニング磁場強度Hpは増加す
る。ニッケルを用いることにより結晶組織構造を改善で
きるという第２の効果に関して、第１４図に説明する。
第１４図は、下記の各層から構成されるスピンバルブの
Ｘ線回折結果をグラフ表示したものである。

【００７０】・厚さ１００オングストロームのタンタル
からなる下部層３１・次の各層からなる第１の磁性体薄膜層２５厚さ１８オングストロームのCoNiFe層厚さ８オングストロームの銅薄膜と厚さ１８オングスト
ロームのCoNiFe層とを交互に４層づつ積み重ねた層厚さ２４オングストロームの銅からなる非磁性体層・次の各層からなる第２の磁性体薄膜層２７厚さ３０オングストロームのCoNiFe層厚さ１５０オングストロームのFeMnからなる反強磁性体
薄膜層・厚さ５０オングストロームのタンタルからなる被覆層
３２上記のニッケル合金で、ニッケル成分の含有比を増加さ
せると、(111)結晶構造を特徴づけるスペクトルピーク
の強度はより大きくなる。これは、ニッケル成分の増加
により、第１４図に示したように、材料結晶組織が改善
できることを意味する。

【００７１】第１４図において、特性曲線３７は、ニッ
ケルの重量含有率０％の場合を表し、以下、特性曲線３
８は、ニッケルの重量含有率２９％の場合を表し、特性
曲線３９は、ニッケルの重量含有率３４％の場合を表
し、特性曲線４０は、ニッケルの重量含有率４０％の場
合を表し、特性曲線４１は、ニッケルの重量含有率４９
％の場合を表し、特性曲線４２は、ニッケルの重量含有
率５３％の場合を表す。

【００７２】第１５図は、CoNiFe合金中での、第１およ
び／あるいは第２の磁性体薄膜層２５、２７の成分への
ニッケル含有率の影響を示したものである。第１４図お
よび１５図の両者について、コバルトと鉄の重量比は９
０：１０である。特性曲線４３は、実点で示された離散
的な測定点間を補間して描いたものであり、ピニング磁
場強度に対するニッケル含有率の影響を示したものであ
る。特性曲線４４は、実点で示された離散的な測定点間
を補間して描いたものであり、第２の磁性体薄膜層２７
の飽和磁化特性に対するニッケル含有率の影響を示した
ものである。本図より、(Co₉₀Fe₁₀)Ni合金中でのニッケ
ルの含有率が、０％から５３％に増加すると、ピニング
磁場強度は１５０Oeから２６０Oeに増加することが分か
る。

【００７３】以上のことから、本発明は改良型GMRセン
サに関わり、本発明による改善点は、第１および第２の
磁性体薄膜層の一方あるいは両方を多層構造として構成
することにある。この他にも、二重スピン弁の構造中に
見られるような磁性体薄膜層や、付加的な磁性体薄膜層
についても、本発明によれば、これらを多層構造で構成
することで利点が得られることがわかる。本発明によれ
ば、多層構造で構成された磁性体薄膜層に含まれる磁性
体極薄膜層は、以下に示すような特性をもっている。

【００７４】・極薄膜内の磁化方向は、平行で、全ての
磁化要素が同じ方向に向いている。

【００７５】・多層構造で構成された磁性体薄膜層全体
にわたって、結晶の配向性が高く、すなわち、単相組織
が一層中に均一にエピタキシャル成長して構成された薄
膜に比べ、薄膜の内部全てにわたって特定の結晶面の配
向性がはるかに高い。これは、各層間の界面での揺動
（材料組織の乱れ）をＸＹ平面での粒度が充分小さくな
る程度、すなわち、多層に分かれた個々の薄膜層が、Ｘ
Ｙ平面上で粒度が大きくなり極薄膜間の界面を通して一
方の極薄膜から他方の極薄膜にわたって連続的に成長す
ることがない程度まで充分に材料組織が分散することに
よって、磁性体材料の多層構造が、結晶がエピタキシャ
ル成長した形で構成されているためと考えられる。

【００７６】・非磁性体材料である銅のような分離層に
関しては、薄膜層間の界面での材料組織の乱れの程度
が、磁性体材料３３からなる多層構造中の各層間で対向
平行な磁化方向を生じさせるには不十分となっている。

【００７７】より好ましくは、コバルトと鉄の含有率比
は、９０：１０である。また、同様に、コバルトと鉄の
合金に、ニッケルをある割合だけ加えることが好まし
い。

【００７８】結晶の配向性に関して、材料の結晶組織
は、結晶の方向が高度に揃っているようになっており、
すなわち、多層構造にすることによりこのような結晶の
配向性の秩序を増加させるようになっている。結晶の配
向性としては、結晶面（１１１）が薄膜の主要な面に対
して実質的に平行になるようなものが好ましい。多層構
造の磁性体薄膜層に含まれる層の数が増えれば増えるほ
ど、結晶の配向性は、より高くなる。磁性体極薄膜層３
３、第１および第２の磁性体薄膜層２５、２７、および
非磁性体薄膜層２６に用いられる磁性材料と同じ結晶構
造をもつように、中間極薄膜層３４の材料を選ぶことに
よって、結晶の高度な配向性を確保される。薄膜層２
５、２６、２７、２８のエピタキシャル成長の開始の間
に、結晶面（１１１）に高度に揃った良好な配向性をも
つように、下部層３１（の材料）を選択する。

【００７９】結晶の成長が進むにつれて、結晶の配向性
が悪くなってくる。これは、例えば、中間極薄膜層３４
（磁性体材料あるいは非磁性体材料）の妨害によって生
じる、エピタキシャル成長の中断によって、次のエピタ
キシャル成長が良好な配向性をもって開始できるよう
に、材料組織中に（１１１）平面を再編成する。結果と
して、多層構造の磁性体薄膜のＸＹ平面での平均粒度が
減少するためと考えられる。平均粒度の減少は、有利な
ものと考えられるが、その理由は、隣接した結晶粒の間
の交換結合が存在し、その結晶粒の交換結合の量は、粒
度の減少に比例して大きくなるためであり、これも本発
明による多層構造のもたらす利点である。第９図（本発
明による多層構造に関する実験結果）と第１０図（磁性
体薄膜層の厚さについての単結晶の成長に関する実験結
果）を比較することにより、MR比が改善されていること
が分かる。

【００８０】下部層にタンタルを用いることが、結晶面
（１１１）への配向性を向上させることになることが分
かるが、多層構造によってこの配向性がよりいっそう確
実なものになることが、本発明の有利な点である。

【００８１】たとえ多層構造を採用しても、もし極薄膜
層３３の磁化方向が対向平行であるならば、多層構造は
効果的でないと考えられる。

【００８２】本発明をさらに変形改良することも考えら
れる。例えば、スピンバルブの第２の磁性体薄膜層の磁
化方向をピン止めするために、反強磁性体材料を用いる
代わりに、永久磁石を用いたり、第１の磁性体薄膜層の
軟磁性材料とは対照的に、硬磁性体材料を用いることが
可能である。

【００８３】適切な磁場を用いた焼鈍・冷却処理は、本
発明による多層構造の磁性体薄膜層にとって特に有利で
ある。層の厚さ方向全体にわたって単結晶がエピタキシ
ャル成長した磁性体薄膜は、fcc(111)結晶構造での配向
性をあまり示さない。一方、本発明による多層構造をも
つ同一の磁性体薄膜層は、fcc(111)結晶構造で高度に結
晶の向きが揃って配向性がよい。

【００８４】多層構造では、平行な磁化方向となるため
に多層構造に含まれる各々の薄膜層が充分均一であるこ
とや、また結晶の配向性が各層間で同じに保つために充
分薄いことが必要ではあるが、全ての中間極薄膜層３４
が同一の厚さをもつことや、全ての磁性体極薄膜層３３
が同一の厚さをもつことは本質的なことではない。

【００８５】基板の材料は、AlTiCであってもよい。被
覆層の材料は、絶縁材としてのA1₂O₃であってよい。磁
気遮蔽材料は、Ni₈₀Fe₂₀あるいはFeAlSiであってもよ
い。磁性体極薄膜層３３は、NiFe、CoFeあるいはCoNiFe
で構成されてもよい。中間極薄膜層３４および薄膜層２
６は、銅、ニッケルあるいはNiFeで構成されてもよい。

【００８６】より強力に磁化方向を固定するためには、
Hpを増加させることが好ましい。第９図の特性曲線がよ
り大きな高さをもつことが、このましい特性を表す。第
９図に関しては、水平方向に特性曲線が分かれることが
好ましく、この結果、より小さなHc₂およびHc₁が得られ
る。

【００８７】反強磁性体材料としては、FeMn、NiMnある
いはNiOを用いてもよい。

【００８８】本発明の一実施例について、以上で様々な
種類と変形例を詳細に述べてきたが、以下の請求項の趣
旨と範囲に従えば、本発明の様々な側面をとらえ、その
利点を生かした形で他の実施例や変形が可能である。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、多層構造で構成された
磁性体薄膜層に含まれる磁性体極薄膜層は、従来技術よ
りも優れた、以下に示すような特性をもっている。

【００９０】・極薄膜内の磁化方向は、平行で、全ての
磁化要素が同じ方向に向いている。

【００９１】・多層構造で構成された磁性体薄膜層全体
にわたって、軟磁性が良く、結晶の配向性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による、情報格納および検索
システムの概略図である。

【図２】特に、第１図に示した情報格納および検索シス
テムの読み出し・書き込みヘッドの一部として用いられ
る、本発明の磁気抵抗センサの構造を示す部分斜視図で
ある。

【図３】本発明の読み出しセンサに係る部分を特に詳細
に示す第２図の部分拡大図である。

【図４】ガラス基板の上に形成した厚さ１００オングス
トロームのタンタルからなる下部層上のCoFe薄膜の飽和
保持力の、薄膜の厚さに対する依存特性を示すグラフで
ある。

【図５】下から順に、基板、厚さ１００オングストロー
ムのタンタルからなる下部層、３０オングストロームの
CoFeからなる磁性体薄膜層、厚さ１５０オングストロー
ムのFeNiからなる反強磁性体薄膜層、厚さ５０オングス
トロームのタンタル層で構成されたセンサに関する、外
部磁場に対する磁気抵抗の変化を示すグラフである。

【図６】厚さ１００オングストロームの単層のFeCo薄膜
層のヒステリシスを最も外側に描き、更に、厚さ１８オ
ングストロームのFeCo薄膜層（厚さ１００オングストロ
ームのタンタルの下部層の上に形成したもの、図中スケ
ールAは、２０Oeを表わす）と、厚さ８オングストロー
ムの銅の層、更に厚さ１８オングストロームのCoFeの薄
膜層を多層に重ねた構成でのヒステリシスを併せて描い
た、実際のヒステリシス特性曲線を図示したものであ
る。

【図７】厚さ１００オングストロームのCoFeの単結晶か
らなる薄膜層のＸ線回折結果と、厚さ１８オングストロ
ームのFeCo薄膜層（厚さ１００オングストロームのタン
タルの下部層の上に形成したもの、図中スケールAは、
２０Oeを表わす）と、厚さ８オングストロームの銅の
層、更に厚さ１８オングストロームのCoFeの薄膜層を多
層に重ね、各薄膜層の界面に対して（１１１）結晶面で
面中心立方の結晶構造をもち各θは上述した角度になっ
ている多層薄膜のＸ線回折結果を、各々グラフ表示した
ものである。

【図８】本発明の磁気抵抗センサの一部の拡大断面図で
ある。

【図９】下から順に、基板、厚さ１００オングストロー
ムのタンタルからなる下部層、厚さ１８オングストロー
ムのCoFe層、厚さ８オングストロームの銅薄膜と厚さ１
８オングストロームのCoFe層とを交代交代に４層、厚さ
２４オングストロームの銅薄膜の非磁性体層、厚さ３０
オングストロームのCoFeの磁性体層、厚さ１５０オング
ストロームのFeMnの反強磁性体層、および厚さ５０オン
グストロームのタンタルの薄膜層（コバルトと鉄の比
は、９０：１０）を積み重ねて形成した多層の磁気抵抗
薄膜の磁場特性に対する磁気抵抗の変化を示すグラフで
ある。

【図１０】基板、厚さ１００オングストロームのタンタ
ル層、厚さ７０オングストロームのCoFeからなる磁性体
層、厚さ２４オングストロームの銅からなる非磁性体分
離層、厚さ７５オングストロームのCoFeの磁性体層、厚
さ１５０オングストロームのFeMnの反強磁性体層、およ
び厚さ５０オングストロームのタンタルの薄膜層を積み
重ねて形成した多層の磁気抵抗薄膜の、外部磁場に対す
る磁気抵抗の変化を示すグラフである。

【図１１】基板、厚さ１００オングストロームのタンタ
ル層、厚さ１００オングストロームのNiFe層、厚さ２４
オングストロームの銅層、厚さ１００オングストローム
のNiFe層、厚さ１５０オングストロームのFeMn層、およ
び厚さ５０オングストロームのタンタル層を積み重ねて
形成した多層の磁気抵抗薄膜の、外部磁場に対する磁気
抵抗の変化を示すグラフである。

【図１２】スピンバルブの第１の磁性体薄膜層のための
CoFeと銅からなる多層構造をもつ薄膜層での異方性磁場
のベクトル変化を示す図であり、記された各温度での焼
鈍処理による磁場ベクトルの変化を、水平方向に伸びる
ベクトルを焼鈍処理前のものと定義して表わしている。

【図１３】第１２図に示した他の磁性体薄膜層とともに
構成したスピンバルブのFeMnからなる反強磁性体層に隣
接したCoFeからなる単一の磁性体薄膜層内でのピン止め
された磁場ベクトルの変化について、その変化を示され
た各温度で記録し、水平方向に伸びるベクトルを焼鈍処
理前のものと定義して表わしている。

【図１４】次の各層から構成される磁気抵抗薄膜のＸ線
回折結果をグラフ表示したものである。厚さ１００オン
グストロームのタンタル層、厚さ１８オングストローム
のCoNiFe層、厚さ８オングストロームの銅薄膜と厚さ１
８オングストロームのCoNiFe層とを交代交代に積み重ね
た層（多層構造内の各層は５層づつ積み重ね、全部で１
０層からなる多層となっている）、厚さ２４オングスト
ロームの銅層、厚さ３０オングストロームのCoNiFe層、
厚さ１５０オングストロームのFeMn層、および厚さ５０
オングストロームのタンタル層。図中、上から下に向け
て描かれた曲線は、各々異なるNi含有量をもつ磁性体層
に対応するもので、また、センサは、各薄膜層の界面に
対して（１１１）結晶面で面中心立方の結晶構造をもつ
スピンバルブであり、更に、各々の合金でのコバルトと
鉄の比は、９０：１０である。

【図１５】ピン止めされた磁場の、ニッケル含有率への
依存関係と、上述の第１１図に示したCoNiFeからなる磁
性体薄膜層で形成されたスピンバルブの飽和磁化特性を
表わすグラフであり、左下から右上に上昇している特性
カーブは、ピン止め磁場のニッケル含有率への依存関係
を表わし、一方、左上から右下に下降している特性カー
ブは、飽和磁化特性を表わすものである。

【符号の説明】

１６基板、１７下部シ−ルド、１８読み出し
センサ、１９、２０リ−ド線、２１上部シ−ル
ド、２２コイル、２３誘電層、２４上部コ
ア、２５第１磁性体薄膜層、２７第２磁性体薄膜
層、２８反強磁性体薄膜層、２９、３０バイアス
電極、３１下部層、３２被覆層、３３磁性体
極薄膜層、３４中間極薄膜層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西岡浩一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)発明者井関隆之神奈川県横浜市神奈川区守谷町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者藤原英夫アメリカ合衆国 35456 アラバマ州、ダンカンヴィル、オールドドミニオンドライブ 11197

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に強磁性体材料からなる第１の磁性
体薄膜層と、実質的に強磁性体材料からなる第２の磁性体薄膜層と、前記第１および第２の磁性体薄膜層の間に挟まれた非磁
性体金属材料からなる非磁性体薄膜層と、前記第２の磁性体薄膜層に隣接し、実質的に第１の固定
した方向にそって前記第２の磁性体薄膜層の磁化方向を
固定するために、前記第２の磁性体薄膜層と隣接し合う
面で交換結合を行う反強磁性体材料で構成された薄膜層
とからなる巨大磁気抵抗型の磁気抵抗スピンバルブセン
サであって、前記第１の磁性体薄膜は、検出対象となる外部から与え
られた磁場に対して、前記第１の方向に対して相対的に
自由に動く第２の方向にある磁化方向を有し、これによ
って、検出電流に対する薄膜層の抵抗を、前記第１の方
向と前記第２の方向とがなす角θの余弦値の１乗に比例
して変化させ、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁性体薄膜層およ
び反強磁性体材料からなる前記薄膜層並びに前記非磁性
体薄膜層は、同一の結晶構造と結晶面配向性を有し、前記第１の磁性体薄膜層は、一方の極薄膜層から他方の
極薄膜まで同一の結晶面配向性を有する強磁性体材料か
らなる複数の磁性体極薄膜層と、単結晶のエピタキシャ
ル成長に不連続性を示す前記磁性体極薄膜のそれぞれ隣
接する磁性体極薄膜の間にある中間層とを有することを
特徴とする巨大磁気抵抗型の磁気抵抗スピンバルブセン
サ。
【請求項２】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記磁性体極薄膜層の各々は、鉄、ニッケル
およびコバルトの各々を含む合金から構成される磁気抵
抗スピンバルブセンサ。
【請求項３】第２項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記合金は、コバルトと鉄を、９０：１０の
重量比で含むことを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセ
ンサ。
【請求項４】第３項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記合金は、重量比５０％を上回る銅を含
み、残りの合金成分に鉄とニッケルを含むことを特徴と
する磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項５】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記第１の磁性体薄膜層と前記第２の磁性体
薄膜層はお互いに平行な方向に磁化配向性を有すること
を特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項６】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記結晶構造は面心立方構造であることを特
徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項７】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記結晶の配向性は、前記薄膜層の全てに対
して実質的に平行となる結晶面（１１１）の方向となっ
ていることを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項８】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記第１の磁性体薄膜層内の各磁性体極薄膜
は３０オングストローム未満の厚さを有することを特徴
とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項９】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセンサ
において、前記第１の磁性体薄膜層は、単結晶の結晶粒
のエピタキシャル成長を阻止する中間層によって各々が
隔てられた複数の前記磁性体薄膜層を有し、また、前記
中間層は、前記磁性体薄膜層と同一の結晶構造と結晶面
配向性を有することを特徴とする磁気抵抗スピンバルブ
センサ。
【請求項１０】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、更に、すべての前記薄膜層を介して長手方
向に伸びる磁場であって、バルクハウゼンノイズを減少
させるのに充分な量の磁場を与える手段を有することを
特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項１１】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、前記第１の磁性体薄膜層は、３×１０^-6未
満の磁歪定数を有することを特徴とする磁気抵抗スピン
バルブセンサ。
【請求項１２】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、前記第１の磁性体薄膜層は、１×１０^-6未
満の磁歪定数を有することを特徴とする磁気抵抗スピン
バルブセンサ。
【請求項１３】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、前記中間層は、単体の銅あるいは銅合金を
含むことを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項１４】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、前記中間層は、単体のニッケルあるいはニ
ッケル合金を含むことを特徴とする磁気抵抗スピンバル
ブセンサ。
【請求項１５】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁性
体薄膜層、反強磁性体材料からなる前記薄膜層および前
記非磁性体薄膜層は、焼鈍処理の前と同一の材料組織の
異方性エネルギーよりも小さい、平衡状態にある前記第
１の磁性体薄膜層の異方性エネルギーを与えるのに充分
な強度の磁場中での焼鈍および冷却処理の結果として得
られる、磁化方向の配向性および焼鈍処理による材料構
造を有することを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセン
サ。
【請求項１６】第９項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、前記中間層の各々は１０オングストローム
未満の厚さを有することを特徴とする磁気抵抗スピンバ
ルブセンサ。
【請求項１７】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サは、更に、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、チタニ
ウムおよびハフニウムのいずれかの材料からなる下部層
と、前記第１の磁性体薄膜層のとの間で前記下部層を挟
む基板とそ含むことを特徴とする磁気抵抗スピンバルブ
センサ。
【請求項１８】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サは、更に、反強磁性体材料からなる前記磁性体薄膜層
と前記第１の磁性体薄膜層と各々の表面上に設けられた
第１および第２の遮蔽シールドを有し、前記表面は前記
第２の磁性体薄膜層とは反対側の面となっていることを
特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項１９】実質的に強磁性体材料からなる第１の磁
性体薄膜層と、実質的に強磁性体材料からなる第２の磁性体薄膜層と、前記第１および第２の磁性体薄膜層の間に挟まれた非磁
性体金属材料からなる非磁性体薄膜層とからなる巨大磁
気抵抗型の磁気抵抗スピンバルブセンサであって、前記第２の磁性体薄膜層は、実質的に第１の固定した方
向にそった固定した磁化方向を有し、前記第１の磁性体薄膜は、検出対象となる外部から与え
られた磁場に対して、前記第１の方向に対して相対的に
自由に動く第２の方向にある磁化方向を有し、これによ
って、検出電流に対する薄膜層の抵抗を、前記第１の方
向と前記第２の方向とがなす角θの余弦値の１乗に比例
して変化させ、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁性体薄膜層およ
び反強磁性体材料からなる前記薄膜層並びに前記非磁性
体薄膜層は、同一の結晶構造と結晶面配向性を有し、前記第１の磁性体薄膜層は、一方の極薄膜層から他方の
極薄膜まで同一の結晶面配向性を有する強磁性体材料か
らなる複数の磁性体極薄膜層と、単結晶のエピタキシャ
ル成長に不連続性を示す前記磁性体極薄膜のそれぞれ隣
接する磁性体極薄膜の間にある中間層とを有することを
特徴とする巨大磁気抵抗型の磁気抵抗スピンバルブセン
サ。
【請求項２０】第１９項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記合金は、コバルトと鉄を、９０：１
０の重量比で含むことを特徴とする磁気抵抗スピンバル
ブセンサ。
【請求項２１】第２０項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記合金は、重量比５０％を上回る銅を
含み、残りの合金成分に鉄とニッケルを含むことを特徴
とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項２２】第１９項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記結晶構造は面心立方構造であること
を特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項２３】第１９項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記結晶の配向性は、前記薄膜層の全て
に対して実質的に平行となる結晶面（１１１）の方向と
なっていることを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセン
サ。
【請求項２４】第１９項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第１の磁性体薄膜層内の各磁性体極
薄膜層は３０オングストローム未満の厚さを有すること
を特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項２５】第１９項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第１の磁性体薄膜層は、単結晶の結
晶粒のエピタキシャル成長を阻止する中間層によって各
々が隔てられた複数の前記磁性体薄膜層を有し、また、
前記中間層は、前記磁性体薄膜層と同一の結晶構造と結
晶面配向性を有することを特徴とする磁気抵抗スピンバ
ルブセンサ。
【請求項２６】第１項記載の磁気抵抗スピンバルブセン
サにおいて、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁性
体薄膜層および前記非磁性体薄膜層は、焼鈍処理の前と
同一の材料組織の異方性エネルギーよりも小さい、平衡
状態にある前記第１の磁性体薄膜層の異方性エネルギー
を与えるのに充分な強度の磁場中での焼鈍および冷却処
理の結果として得られる、磁化方向の配向性および焼鈍
処理による材料構造を有することを特徴とする磁気抵抗
スピンバルブセンサ。
【請求項２７】実質的に強磁性体材料からなる第１の磁
性体薄膜層と、実質的に強磁性体材料からなる第２の磁性体薄膜層と、前記第１および第２の磁性体薄膜層の間に挟まれた非磁
性体金属材料からなる非磁性体薄膜層とからなる巨大磁
気抵抗型の磁気抵抗スピンバルブセンサであって、前記第２の磁性体薄膜層は、実質的に第１の方向にそっ
た磁化方向を有し、前記第１の磁性体薄膜は、検出対象となる外部から与え
られた磁場に対して、前記第１の方向に対して相対的に
自由に動く第２の方向にある磁化方向を有し、これによ
って、検出電流に対する薄膜層の抵抗を、前記第１の方
向と前記第２の方向とがなす角θの余弦値の１乗に比例
して変化させ、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁性体薄膜層およ
び反強磁性体材料からなる前記薄膜層並びに前記非磁性
体薄膜層は、同一の結晶構造と結晶面配向性を有し、前記第１の磁性体薄膜層は、一方の極薄膜層から他方の
極薄膜まで同一の結晶面配向性を有する強磁性体材料か
らなる複数の磁性体極薄膜層と、単結晶のエピタキシャ
ル成長に不連続性を示す前記磁性体極薄膜のそれぞれ隣
接する磁性体極薄膜の間にある中間層とを有することを
特徴とする巨大磁気抵抗型の磁気抵抗スピンバルブセン
サ。
【請求項２８】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記磁性体国薄膜の各々は、鉄、ニッケ
ルおよびコバルトの各々を含む合金から構成される磁気
抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項２９】第２８項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記合金は、コバルトと鉄を、９０：１
０の重量比で含むことを特徴とする磁気抵抗スピンバル
ブセンサ。
【請求項３０】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記結晶構造は面心立方構造であること
を特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項３１】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記結晶の配向性は、前記薄膜層の全て
に対して実質的に平行となる結晶面（１１１）の方向と
なっていることを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセン
サ。
【請求項３２】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第１の磁性体薄膜層内の前記磁性体
極薄膜層は３０オングストローム未満の厚さを有するこ
とを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項３３】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第１の磁性体薄膜層は、単結晶の結
晶粒のエピタキシャル成長を阻止する中間層によって各
々が隔てられた複数の前記磁性体薄膜層を有し、また、
前記中間層は、前記磁性体薄膜層と同一の結晶構造と結
晶面配向性を有することを特徴とする磁気抵抗スピンバ
ルブセンサ。
【請求項３４】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁
性体薄膜層、反強磁性体材料からなる前記薄膜層および
前記非磁性体薄膜層は、焼鈍処理の前と同一の材料組織
の異方性エネルギーよりも小さい、平衡状態にある前記
第１の磁性体薄膜層の異方性エネルギーを与えるのに充
分な強度の磁場中での焼鈍および冷却処理の結果として
得られる、磁化方向の配向性および焼鈍処理による材料
構造を有することを特徴とする磁気抵抗スピンバルブセ
ンサ。
【請求項３５】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第２の磁性体薄膜層は外部から与え
られた電流により発生した永久磁場を有することを特徴
とする磁気抵抗スピンバルブセンサ。
【請求項３６】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第２の磁性体薄膜層は永久磁石によ
り与えられる永久磁場を有することを特徴とする磁気抵
抗スピンバルブセンサ。
【請求項３７】第２７項記載の磁気抵抗スピンバルブセ
ンサにおいて、前記第２の磁性体薄膜層は、軟磁性の前
記第１の磁性体薄膜層と比較して、より硬磁性の強磁性
体材料からなる第２の磁性体薄膜層により与えられる永
久磁場を有することを特徴とする磁気抵抗スピンバルブ
センサ。
【請求項３８】磁気情報データ格納システムであって、複数のトラックを含み、分離した磁区としてデータを記
録するための、磁気格納媒体と、磁気トランスデューサ
を有し、該磁気トランスデューサは、該磁気トランスデューサと
前記磁気格納媒体の間の相対的移動中、前記磁気格納媒
体に対して近接した位置を保たれるように構成され、前記トランスデューサは、実質的に強磁性体材料からなる第１の磁性体薄膜層と、実質的に強磁性体材料からなる第２の磁性体薄膜層と、前記第１および第２の磁性体薄膜層の間に挟まれた非磁
性体金属材料からなる非磁性体薄膜層とからなる巨大な
磁気抵抗型の磁気抵抗スピンバルブセンサを含み、前記第２の磁性体薄膜層は、実質的に第１の方向にそっ
た磁化方向を有し、前記第１の磁性体薄膜は、検出対象となる外部から与えられた磁場に対して、前記
第１の方向に対して相対的に自由に動く第２の方向にあ
る磁化方向を有し、これによって、検出電流に対する薄
膜層の抵抗を、前記第１の方向と前記第２の方向とがな
す角θの余弦値の１乗に比例して変化させ、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁性体薄膜層およ
び前記非磁性体薄膜層は、エピタキシーを有し、さらに
ともに同一の結晶構造と結晶面配向性を有し、前記第１の磁性体薄膜層は、一方の極薄膜層から他方の
極薄膜まで同一の結晶面配向性を有する強磁性体材料か
らなる複数の磁性体極薄膜層と、単結晶のエピタキシャ
ル成長に不連続性を示す前記磁性体極薄膜のそれぞれ隣
接する磁性体極薄膜の間にある中間層とを有することを
特徴とる磁気情報デ−タ格納システム。
【請求項３９】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記第１および第２の磁性体薄膜層の各
々に関する磁化容易軸は、実質的に前記トラックのトラ
ックの幅方向に対して垂直であることを特徴とする磁気
情報データ格納システム。
【請求項４０】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムは、更に、前記磁気格納媒体と前記磁気抵抗型センサの間に連結さ
れ、前記トラックに沿って前記磁気抵抗型センサを相対
的に動かすためのモータと、前記磁気格納媒体と前記磁気抵抗型センサの間に連結さ
れ、前記磁気抵抗型センサと前記磁気抵抗型センサとを
各々相対して、前記トラックに対して一般的に垂直の方
向に、動かすための独立モータと、前記２つのモータの回転数と動作を制御するための制御
回路とを含むことを特徴とする磁気情報データ格納シス
テム。
【請求項４１】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記中間層は磁性体材料から構成される
ことを特徴とする磁気情報データ格納システム。
【請求項４２】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記中間層は非磁性体材料から構成され
ることを特徴とする磁気情報データ格納システム。
【請求項４３】第２４項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、結晶の成長は、前記第１の磁性体薄膜層
の平均の結晶粒度が、単結晶のエピタキシャル層のみか
らなる点を除いては前記第１の磁性体薄膜層と同一の構
成をもつ薄膜層の平均の結晶粒度よりも、実質的に小さ
くなるように、前記第１の磁性体薄膜層の平面中で前記
複数の極薄膜の間で不連続であることを特徴とする磁気
情報データ格納システム。
【請求項４４】第２４項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記磁性体極薄膜層は、層間で適合した
交換結合を有することを特徴とする磁気情報データ格納
システム。
【請求項４５】第２４項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記磁性体極薄膜層の各々は、同一の材
料組成を有することを特徴とする磁気情報データ格納シ
ステム。
【請求項４６】第２４項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記合金は、重量含有率が５０％を上回
るコバルト成分を有することを特徴とする磁気情報デー
タ格納システム。
【請求項４７】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記磁性体極薄膜層の各々は、鉄、ニッ
ケルおよびコバルトの各々を含む合金から構成されるこ
とを特徴とする磁気情報データ格納システム。
【請求項４８】第４７項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記合金は、コバルトと鉄を、９０：１
０の重量比で含むことを特徴とする磁気情報データ格納
システム。
【請求項４９】第４７項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記合金は、ニッケルを、３０％と５３
％の間の重量比で含むことを特徴とする磁気情報データ
格納システム。
【請求項５０】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記結晶構造は面心立方構造であること
を特徴とする磁気情報データ格納システム。
【請求項５１】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記結晶の配向性は、前記薄膜層の全て
に対して実質的に平行となる結晶面（１１１）の方向と
なっていることを特徴とする磁気情報データ格納システ
ム。
【請求項５２】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記第１の磁性体薄膜層各磁性体極薄膜
層は３０オングストローム未満の厚さを有することを特
徴とする磁気情報データ格納システム。
【請求項５３】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記第１の磁性体薄膜層は、単結晶の結
晶粒のエピタキシャル成長を阻止する中間層によって各
々が隔てられた複数の前記磁性体薄膜層を有し、また、
前記中間層は、前記磁性体薄膜層と同一の結晶構造と結
晶面配向性を有することを特徴とする磁気情報データ格
納システム。
【請求項５４】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記第１の磁性体薄膜層、前記第２の磁
性体薄膜層および前記非磁性体薄膜層は、焼鈍処理の前
と同一の材料組織の異方性エネルギーよりも小さい、平
衡状態にある前記第１の磁性体薄膜層の異方性エネルギ
ーを与えるのに充分な強度の磁場中での焼鈍および冷却
処理の結果として得られる、磁化方向の配向性および焼
鈍処理による材料構造を有することを特徴とする磁気情
報データ格納システム。
【請求項５５】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記磁気抵抗型センサは、更に、前記第
２の磁性体薄膜層に隣接し、実質的に固定した第１の方
向にそって前記第２の磁性体薄膜層の磁化方向を固定す
るために、前記第２の磁性体薄膜層との境界面で交換結
合をおこなう反強磁性体材料からなる薄膜層を含むこと
を特徴とする磁気情報データ格納システム。
【請求項５６】第３８項記載の磁気情報データ格納シス
テムにおいて、前記磁気抵抗型センサは、更に、前記第
１の方向を固定する手段を含むことを特徴とする磁気情
報データ格納システム。