JPH1125430A - Spin valve type magneto resistance effect head - Google Patents

Spin valve type magneto resistance effect head

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JPH1125430A
JPH1125430A JP18158697A JP18158697A JPH1125430A JP H1125430 A JPH1125430 A JP H1125430A JP 18158697 A JP18158697 A JP 18158697A JP 18158697 A JP18158697 A JP 18158697A JP H1125430 A JPH1125430 A JP H1125430A
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layer
magnetization
free layer
sense current
pinned
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Japanese (ja)
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Shigeru Shoji
茂 庄司
Atsushi Toyoda
篤志 豊田
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Yamaha Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To compensate a deviation due to rotation of the magnetizing direction and to avoid an obstruction of a magnetization vector by rotating the direction of fixed magnetization of a fixed layer from the same direction as the direction of a magnetic field generated by a sense current in the fixed layer by an amt. of an angle of rotation of the direction of bias magnetization of a free layer due to influence of the magnetic field by the sense current and also influence of magnetostatic coupling of the fixed layer. SOLUTION: A spin valve film 10 of the magneto-resistance effect head film (the fixed layer) 12 backed with a magnetically hard antiferromagnetic film 11 in switched connection and a spacer layer 3 held between this film 12 and the free layer 2 consisting of a magnetically soft magnetic film. The sense current Is flows into the spacer layer 3, and average magnetization of the free layer 2 is oriented toward the rotated direction by an angle α clockwise. The direction of a fixed magnetization vector in the soft magnetic film 12 is rotated clockwise from the direction perpendicular to the sense current by an angle β in a similar manner, and at the time of detecting operation of this element, the direction of magnetizing the fixed layer and the direction of bias magnetization of the free layer are orthogonally crossed to enhance the characteristic.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜磁気ヘッド
に関するもので、特にスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子(GMR素子)を利用した薄膜磁気ヘッドに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film magnetic head, and more particularly to a thin film magnetic head using a spin valve type magnetoresistive element (GMR element).

【0002】[0002]

【従来の技術】スピンバルブ磁気センサは、磁気量を電
気抵抗の大きさに変換して検知する変換素子として、近
年脚光を浴びてきているセンサ素子である。まず、その
原理を説明すると、構造としては、図12に概要を分解
斜視図として示すように、2枚の磁性体層の間に1枚の
非磁性の導電層を挟んで構成されたもので、所定の固定
した向きMpに磁化されている固着層1と、外部磁界に
応じて磁化の向きMfが変化する自由層2と、その間に
挟まれたスペーサ層3とを重ね合わせておいて、自由層
2の磁化の向きMfに応じてスペーサ層3が呈する電気
抵抗の大きさが変化する現象を利用するものである。ス
ペーサ層3の電気抵抗の大きさは、これにセンス電流I
sを流すことにより、その間の電圧降下で検出してい
る。よりミクロ的に説明すると、固着層1は、磁化され
た硬質の反強磁性体の膜11に交換結合的に裏打ちされ
た軟質磁性体の膜12でできていて、反強磁性膜11の
着磁の影響で軟質磁性膜12(これが実質上の固着層の
役割を果たしているので、以下において便宜上「固着
層」として説明する場合がある)が同じ向きの固定した
磁化のベクトルを示す。この固着層12の磁化の動きに
くさを、一般に交換バイアス磁界Huaと称し、このH
uaの値が大きければ、外部磁界によって固着層の磁化
の向きは変化し難い。自由層2は、軟質の強磁性体の膜
であり、それに影響を与える近傍の外部磁界からの磁気
誘導(静磁結合)に応じて、容易に変化して帯磁する。
2. Description of the Related Art A spin-valve magnetic sensor is a sensor element which has recently been spotlighted as a conversion element for detecting a magnetic quantity by converting it into a magnitude of electric resistance. First, the principle will be described. As shown in FIG. 12, the structure is such that one non-magnetic conductive layer is interposed between two magnetic layers, as schematically shown in an exploded perspective view. A fixed layer 1 magnetized in a predetermined fixed direction Mp, a free layer 2 whose magnetization direction Mf changes according to an external magnetic field, and a spacer layer 3 sandwiched therebetween are superimposed on each other. This utilizes a phenomenon in which the magnitude of the electric resistance exhibited by the spacer layer 3 changes in accordance with the magnetization direction Mf of the free layer 2. The magnitude of the electric resistance of the spacer layer 3 depends on the sense current I.
By flowing s, detection is made by the voltage drop during that time. To explain more microscopically, the pinned layer 1 is made of a soft magnetic film 12 lined exchange-coupled with a magnetized hard antiferromagnetic film 11, Under the influence of the magnetism, the soft magnetic film 12 (which serves as a substantial pinned layer, and may be hereinafter referred to as a “pinned layer” for convenience) shows a fixed magnetization vector in the same direction. The difficulty of the magnetization of the pinned layer 12 is generally referred to as an exchange bias magnetic field Hua.
If the value of ua is large, the direction of magnetization of the pinned layer hardly changes due to an external magnetic field. The free layer 2 is a soft ferromagnetic film, and easily changes and magnetizes according to magnetic induction (magnetostatic coupling) from a nearby external magnetic field that affects the free layer.

【0003】スピンバルブ磁気センサの呈する電気抵抗
値は、固着層の磁化の向きと自由層の磁化の向きとの間
の角度に応じて変化するものであり、それを実例のスピ
ンバルブ素子について測定したものをグラフに示す。図
13は、固着層1の磁化の向きMpと自由層2の磁化の
向きMfとの間の角度をθとして、θに対する抵抗値R
の変化の様子をグラフに描いたものである。この例の実
測値は、グラフのメモリに数値記入したとおりである
が、抵抗値の平均値は93.43[Ω]、抵抗値の変化
幅は4.64[Ω]、抵抗値の変化幅の比(GMR比)
は4.97%であり、これはセンス電流10.0mAで
測定したものである。このグラフからうかがえるよう
に、θ=90度付近を中心に前後ほぼ対象に抵抗値が変
化することが分かる。すなわち、Mfの向きの変化をR
の値の変化として検出することができる訳である。例え
ば、θ=30〜150度の範囲の直線性のよい部分を利
用すれば、直線性のよい磁気量対電気抵抗量の変換器
(磁気抵抗効果素子)を作ることができる。このタイプ
の磁気抵抗効果素子は、従来のMR素子に対して、GM
R素子と通称される。
The electric resistance value exhibited by a spin valve magnetic sensor changes depending on the angle between the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer, and is measured for an actual spin valve element. The result is shown in the graph. FIG. 13 is a graph showing the resistance R with respect to θ, where θ is the angle between the magnetization direction Mp of the pinned layer 1 and the magnetization direction Mf of the free layer 2.
This is a graph showing the change of. The actual measurement value of this example is as written in the memory of the graph, but the average resistance value is 93.43 [Ω], the variation width of the resistance value is 4.64 [Ω], and the variation width of the resistance value Ratio (GMR ratio)
Is 4.97%, which is measured at a sense current of 10.0 mA. As can be seen from this graph, the resistance value changes almost symmetrically around θ = 90 degrees. That is, the change in the direction of Mf is represented by R
Can be detected as a change in the value of. For example, if a portion having good linearity in the range of θ = 30 to 150 degrees is used, a converter (magnetoresistive element) of a magnetic amount to an electric resistance having good linearity can be manufactured. This type of magnetoresistive element has a GM
Commonly called an R element.

【0004】上記の原理を利用したスピンバルブ型磁気
ヘッドの概要的構造を図14に図解する。図14におい
て、(a)はスピンバルブ膜10にセンス電流Isを流
している様子を示しており、(b)はスピンバルブ膜1
0を分解してその詳細構成を示している。スピンバルブ
膜10は、反強磁性膜11、軟質磁性膜12、スペーサ
層3および自由層2を重ね合わせて成っている。スペー
サ層3内の電子の流れは、それを挟んでいる両面の磁性
膜の磁化の具合に応じて影響を受け、スピンバルブ膜1
0は、それに応じてセンス電流Isに対する抵抗値を呈
する。固着層12は、矢印Mpの向きにハードに磁化さ
れている。自由層2は、矢印Mfの向きにその作動中心
としての磁化をさせて使用する。この自由層2を外部磁
界に曝し、その外部磁界の大きさに応じてこのMfの向
きをその設定中心角の前後に変化させれば、スピンバル
ブ膜10の抵抗は、当該動作中心の磁化に対応する抵抗
値の前後に変化する。これにより、外部磁界の大きさが
抵抗値として検出されることになる。ここに、MpとM
fの向きは、その動作中心として図示のように直交して
設定されている。
A schematic structure of a spin-valve magnetic head utilizing the above principle is illustrated in FIG. 14A shows a state in which the sense current Is is flowing through the spin valve film 10, and FIG.
0 is disassembled to show the detailed configuration. The spin valve film 10 is formed by stacking an antiferromagnetic film 11, a soft magnetic film 12, a spacer layer 3, and a free layer 2. The flow of electrons in the spacer layer 3 is affected by the degree of magnetization of the magnetic films on both sides sandwiching the spacer layer 3, and the spin valve film 1
0 indicates a resistance value for the sense current Is accordingly. The fixed layer 12 is hardly magnetized in the direction of the arrow Mp. The free layer 2 is used by being magnetized as its operating center in the direction of the arrow Mf. When the free layer 2 is exposed to an external magnetic field, and the direction of the Mf is changed before and after the set central angle in accordance with the magnitude of the external magnetic field, the resistance of the spin valve film 10 causes the magnetization of the operation center to change. It changes before and after the corresponding resistance value. Thus, the magnitude of the external magnetic field is detected as a resistance value. Where Mp and M
The direction of f is set orthogonally as the operation center as shown in the figure.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】次に、図15を参照し
て、スピンバルブ膜を実際に検出素子として動作させた
場合の状況について、説明する。スピンバルブ膜10
に、矢印Isの向きにセンス電流を流す。このセンス電
流は、主としてスペーサ層3(良導電体金属である)の
中を流れる。そのとき、このセンス電流による磁界(ア
ンペアの右ネジの法則による磁界)は、スペーサ層3の
上に位置する固着層12のところでは、もともとの着磁
の向きMpと同じ向きであるが、スペーサ層3の下に位
置する自由層2のところでは、上記Mpとは逆の向きで
ある。さらに、自由層2に対しては、固着層12からの
静磁結合による誘導磁界が、やはり上記Mpと逆向きに
誘起される。したがって、自由層2内においては、セン
ス電流Isによる磁界および固着層12からの誘導によ
る磁界の両者の和が加算され、その結果、図示の角度α
だけ右回り(=時計回り)に回転した向きに自由層2の
動作中心磁界の方向が回転する(ずれる)。この様子を
真上から重ねて見ると、図16のようになる。
Next, a situation where the spin valve film is actually operated as a detecting element will be described with reference to FIG. Spin valve film 10
Then, a sense current is caused to flow in the direction of arrow Is. This sense current mainly flows through the spacer layer 3 (which is a good conductor metal). At this time, the magnetic field due to the sense current (the magnetic field according to the right-hand screw rule of ampere) is the same as the original magnetization direction Mp at the pinned layer 12 located on the spacer layer 3, At the free layer 2 located below the layer 3, the orientation is opposite to the above Mp. Further, an induced magnetic field due to magnetostatic coupling from the fixed layer 12 is also induced in the free layer 2 in a direction opposite to the above Mp. Therefore, in the free layer 2, the sum of the magnetic field caused by the sense current Is and the magnetic field induced by the fixed layer 12 is added, and as a result, the angle α shown in FIG.
However, the direction of the operating center magnetic field of the free layer 2 rotates (shifts) in the direction rotated clockwise (= clockwise). FIG. 16 shows this state when viewed from directly above.

【0006】この不本意な磁化ベクトルの向きの回転を
補償するために、センス電流の向きを逆にして、自由層
2においてセンス電流Isによる磁界と固着層磁化によ
る磁界を互いに打ち消すようにすることも考えられる
が、そうすると今度は、固着層12の中においてセンス
電流Isによる磁界が本来のMpを打ち消す向きとな
り、所望の動作を危うくする。特に、交換結合バイアス
Huaの値は、例えば図17に示すように、一般的に温
度に依存し、温度の上昇につれて固着層12の磁化が小
さくなるので、センス電流Isの影響で消えたり反転し
てしまったりする事態が起こり得る。素子の温度は、セ
ンス電流による発熱のため、100℃以上になることも
あるし、素子が回転中の磁気ディスクなどに衝突する
と、摩擦熱で素子の温度が急上昇することもある。この
ため、Mpの向きの磁化を打ち消すような向きの磁界を
誘導する使い方は好ましくない。
In order to compensate for the undesired rotation of the direction of the magnetization vector, the direction of the sense current is reversed to cancel out the magnetic field caused by the sense current Is and the magnetic field caused by the fixed layer magnetization in the free layer 2. However, in this case, the magnetic field due to the sense current Is in the pinned layer 12 tends to cancel the original Mp in this case, and the desired operation is jeopardized. In particular, the value of the exchange coupling bias Hua generally depends on temperature, for example, as shown in FIG. 17, and the magnetization of the pinned layer 12 becomes smaller as the temperature rises, and thus disappears or reverses under the influence of the sense current Is. Can happen. The temperature of the element may be 100 ° C. or more due to heat generated by the sense current, and when the element collides with a rotating magnetic disk or the like, the temperature of the element may rise rapidly due to frictional heat. Therefore, it is not preferable to induce a magnetic field in a direction that cancels the magnetization in the direction of Mp.

【0007】したがって、この発明は、自由層の動作中
心の磁化の向きの回転によるずれを補償するとともに、
固着層の本来の磁化のベクトルを阻害しないようなスピ
ンバルブ型の磁気抵抗効果ヘッドを提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention compensates for the shift due to the rotation of the magnetization direction of the operating center of the free layer, and
An object of the present invention is to provide a spin-valve magnetoresistive head that does not hinder the original magnetization vector of the pinned layer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、当該問題の
磁化方向の回転ずれを、固着層の方の磁化の向きを自由
層の磁化が回転してずれるであろう分に応じて最初から
ずらして設定することによって、補償しようというもの
である。かつ、センス電流に対する向きとしては、固着
層の磁化の向きは、センス電流の周りに生じる磁界の向
きと同じ側として、センス電流の影響による固着層磁化
の不本意な消滅が生じないように配慮している。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, the rotational deviation of the magnetization direction of the problem is changed from the beginning by changing the direction of the magnetization of the pinned layer to the extent that the magnetization of the free layer will be deviated by rotation. By shifting the setting, compensation is attempted. In addition, the direction of the magnetization of the pinned layer with respect to the sense current is set to the same side as the direction of the magnetic field generated around the sense current, so that undesired disappearance of the pinned layer magnetization due to the influence of the sense current does not occur. doing.

【0009】すなわち、この発明によるスピンバルブ型
磁気抵抗効果ヘッドは、導電性のスペーサ層ならびにそ
れを両面から挟む軟質磁性の自由層および硬質磁性の固
着層を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を備えて
なり、その自由層のバイアス磁化の向きがセンス電流に
よる磁界の影響および固着層の静磁結合による影響で回
転する角度に相当する大きさの角度だけ、固着層の固着
磁化の向きを固着層内でのセンス電流による磁界の向き
と同じ向きから回転させることにより、動作の実質上、
素子の検出動作時に固着層の磁化の向きと自由層のバイ
アス磁化の向きとが直交するように構成したものであ
る。
That is, a spin-valve magnetoresistive head according to the present invention includes a spin-valve magnetoresistive element having a conductive spacer layer and a soft magnetic free layer and a hard magnetic pinned layer sandwiching the conductive spacer layer from both sides. The orientation of the pinned magnetization of the pinned layer is changed by an angle corresponding to the angle of rotation of the bias magnetization of the free layer due to the influence of the magnetic field due to the sense current and the effect of the magnetostatic coupling of the pinned layer. By rotating from the same direction as the direction of the magnetic field due to the sense current in the
The structure is such that the direction of magnetization of the pinned layer and the direction of bias magnetization of the free layer are orthogonal to each other during the detection operation of the element.

【0010】[0010]

【作用】固着層の磁化の向きが、自由層の動作中心の磁
化の向きに対して、ほぼ直角になるので、スペーサ層の
抵抗値の変化範囲のほぼ中心に動作中心を持ってくるこ
とができ、抵抗値の変化範囲が広く取れ、また変化の直
線性がよくなる。
The direction of magnetization of the pinned layer is substantially perpendicular to the direction of magnetization of the operating center of the free layer, so that the operating center may be located substantially at the center of the range of change in the resistance value of the spacer layer. As a result, the range of change in resistance can be widened, and the linearity of change can be improved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドを説明す
る。図1において、(a)の部分は、この発明のスピン
バルブ型磁気抵抗効果ヘッドの主要パーツであるスピン
バルブ膜10を示し、これにセンス電流Isが供給され
ている。(b)の部分は、スピンバルブ膜10をその厚
さ方向に分解して主要な構成要素を図解しており、磁気
的に硬質の反強磁性膜11に交換結合で裏打ちされた固
着層12と磁気的に軟質の磁性膜からなる自由層2とに
挟まれたスペーサ層3を含んでなっている。スペーサ層
3には、センス電流Isが流れている。自由層2の平時
の磁化は、図示のように角度αだけ右回りに(図中)回
転した向きを向いている。これに対して、固着層12に
おける固定磁化のベクトルの向きを、図示のように、セ
ンス電流に対して直角の向き(しかも、センス電流によ
る磁化と同じ向きの直角方向)から角度βだけ同じく右
回りに回転させて設定してある。この様子を真上から見
て図解すると、図2に示すようになっている。なお、こ
の角度βの値については、以下に解析検討を加えて詳述
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A spin valve type magnetoresistive head according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, part (a) shows a spin valve film 10, which is a main part of the spin valve magnetoresistive head of the present invention, to which a sense current Is is supplied. Part (b) illustrates the main components by disassembling the spin-valve film 10 in its thickness direction, and shows a pinned layer 12 lined with a magnetically hard antiferromagnetic film 11 by exchange coupling. And a free layer 2 made of a magnetically soft magnetic film. The sense current Is flows through the spacer layer 3. The normal magnetization of the free layer 2 is oriented clockwise (in the figure) by the angle α as shown in the figure. On the other hand, as shown in the figure, the direction of the fixed magnetization vector in the pinned layer 12 is shifted from the direction perpendicular to the sense current (and the direction perpendicular to the same direction as the magnetization by the sense current) by the angle β, as shown in FIG. It is set to rotate around. FIG. 2 illustrates this state when viewed from directly above. The value of the angle β will be described in detail with analysis and examination below.

【0012】ここで、図3を参照して自由層2内におけ
る磁化の向き微視的に観察する。図3の(a)の部分
は、スピンバルブヘッドとして組み込まれたスピンバル
ブ素子を正面から見た図であり、図中で左右方向が素子
の長さ方向であり、上下方向が素子の高さ方向であり、
紙面に垂直な方向が素子の厚さ方向である。図に示すよ
うに、スピンバルブ膜10である素子部は、その長さ方
向の両端にセンス電流を供給するためのリード部および
自由層の作動中心の磁化(バイアス磁界)の向きを与え
るための長手バイアス磁石が結合されている。素子部の
自由層は、長手バイアス磁石からの静磁誘導によって、
図中のそれぞれの箇所が小さな矢印で示す向きに磁化さ
れている。つまり、素子部の長さ方向両端(読取りの際
のトラック端部に相当する)では、長手バイアスの磁界
の強い影響で磁化の向きは長手方向に一致しているが、
そこから離れて素子部の中程に行くに従って、センス電
流Isの影響で磁化の向きが右回りに回転して、その回
転角(前述のα)が大きくなっている。この回転角α
(磁化の向き)の分布状況を素子部内の位置に対応させ
て示すと、図3の(b)の部分のようになる。つまり、
αは素子部の両端では0であり、中央部に向かって徐々
に大きくなり、中央で最大になっている。
Here, the direction of magnetization in the free layer 2 will be observed microscopically with reference to FIG. FIG. 3A is a front view of a spin valve element incorporated as a spin valve head, in which the horizontal direction is the element length direction and the vertical direction is the element height. Direction
The direction perpendicular to the plane of the drawing is the thickness direction of the element. As shown in the figure, the element portion which is the spin valve film 10 has a lead portion for supplying a sense current to both ends in a longitudinal direction thereof and a direction for magnetization (bias magnetic field) of an operation center of the free layer. A longitudinal bias magnet is coupled. The free layer of the element part is induced by magnetostatic induction from the longitudinal bias magnet.
Each part in the figure is magnetized in the direction shown by the small arrow. In other words, at both ends in the length direction of the element portion (corresponding to the track end portion at the time of reading), the direction of magnetization is aligned with the longitudinal direction due to the strong influence of the magnetic field of the longitudinal bias.
The direction of the magnetization rotates clockwise under the influence of the sense current Is in the middle of the element portion away from it, and the rotation angle (α described above) increases. This rotation angle α
FIG. 3B shows a distribution state of (magnetization direction) corresponding to a position in the element portion. That is,
α is 0 at both ends of the element portion, gradually increases toward the center, and reaches a maximum at the center.

【0013】続いて、固着層の固着磁化の向きに関する
解析をする。まず、固着磁化方向の回転角度βがない場
合、すなわちβ=0の場合について、素子部の各位置で
の感度を微視的に観察する。トラックの両端、すなわち
素子部の両端部では、α=0であるので、自由層の磁化
の向きと固着層の磁化の向きは、互いに直交しており、
バイアス点のずれはない。しかし、素子部の中央部に行
くに従って自由層の磁化の向きの回転が強くなり、αの
角度が大きくなる。このため、微視的に見た素子内の各
位置における感度特性(マイクロトラックプロフィー
ル)が、トラックの両端部では高く、トラックの中央部
では低くなる。図4において、(a)の部分は自由層内
の各点におけるバイアス磁化の向きの分布を描いたもの
で、(b)の部分はその各位置における素子の感度を描
いたものである。この場合の対トラックずれ出力特性
は、図5に示すようになり、オフトラックプロフィール
としては、中心部(斜面の中程部分)が段付き状に膨ら
んだ形状を呈する。
Next, the direction of the pinned magnetization of the pinned layer will be analyzed. First, when there is no rotation angle β of the pinned magnetization direction, that is, when β = 0, the sensitivity at each position of the element unit is observed microscopically. Since α = 0 at both ends of the track, that is, both ends of the element portion, the magnetization directions of the free layer and the pinned layer are orthogonal to each other, and
There is no bias point shift. However, the rotation of the magnetization direction of the free layer becomes stronger toward the center of the element portion, and the angle α increases. For this reason, the sensitivity characteristics (microtrack profile) at each position in the element viewed microscopically are high at both ends of the track and low at the center of the track. In FIG. 4, part (a) depicts the distribution of the direction of the bias magnetization at each point in the free layer, and part (b) depicts the sensitivity of the element at each position. In this case, the output characteristic of the shift from track is as shown in FIG. 5, and the off-track profile has a shape in which the center portion (middle part of the slope) swells in a stepped manner.

【0014】次に、固着磁化の向きの角度βを自由層の
中央部の磁化方向の角度αmax に等しくした場合、すな
わちβ=αmax とした場合について、素子部の各位置で
の感度を微視的に観察する。トラックの両端、すなわち
素子部の両端部では、自由層の磁化の向きと固着層の磁
化の向きは直交せず、バイアス点がずれている。しか
し、素子の中央部に行くに従って、自由層の磁化の向き
と固着層の磁化の向きの関係は、直交状態に近づくの
で、GMR効果の感度が上昇し、スピンバルブ素子のマ
イクロトラックプロフィール特性は、トラックの両端部
よりもトラックの中央部で高くなって、図6に示すよう
になる。しかし、この場合の対トラックずれ出力特性
は、図7に示すようになり、オフトラックプロフィール
としては、中心部が凹んだ形状(下に凹の曲線)を呈す
る。つまり、オントラック状態で急峻に感度が上昇する
特性を呈する。
Next, when the angle β of the direction of the pinned magnetization is equal to the angle α max of the magnetization direction at the center of the free layer, that is, when β = α max , the sensitivity at each position of the element portion is determined. Observe microscopically. At both ends of the track, that is, at both ends of the element portion, the direction of magnetization of the free layer is not orthogonal to the direction of magnetization of the fixed layer, and the bias points are shifted. However, as the position approaches the center of the device, the relationship between the direction of magnetization of the free layer and the direction of magnetization of the pinned layer approaches an orthogonal state, so that the sensitivity of the GMR effect increases and the microtrack profile characteristic of the spin-valve device increases. 6 is higher at the center of the track than at both ends of the track, as shown in FIG. However, in this case, the output characteristic of the deviation from the track is as shown in FIG. 7, and the off-track profile has a shape with a concave center (a concave curve below). In other words, the characteristics exhibit a sharp increase in sensitivity in the on-track state.

【0015】さらに、固着磁化の向きの角度βを適正に
選定することによってオフトラックプロフィールの直線
性を良くする工夫について、述べる。そのためには、固
着層の固着磁化の向きを、β=αmax/√2 に選定す
る。このようにすると、対トラックずれ出力特性は、図
8に示すようになり、オフトラックプロフィールの斜面
部をほぼ直線化することができる。
Further, a method for improving the linearity of the off-track profile by appropriately selecting the angle β of the direction of the pinned magnetization will be described. For this purpose, the direction of the pinned magnetization of the pinned layer is selected to be β = α max / √2. By doing so, the output characteristics of the deviation from the track become as shown in FIG. 8, and the slope portion of the off-track profile can be substantially linearized.

【0016】ところで、この固着磁化の向きの角度β
は、当然に0とαmax の間で選定する訳であるが、上記
のオフトラックプロフィールの直線性維持の制約から、 0 < β < αmax/√2 である。ここに、αmax は90度以上はあり得ないか
ら、この観点から角度の数値としては、 0 < β < 64度 の範囲内にあることになる。この範囲から、βの値につ
いて実験したところ、センス電流が2mA以上では、β
の下限としては、β > 5゜であった。また、βの上限
としては、スピンバルブ素子全体としての感度が前記微
視的感度分布の最大感度値の0.7倍以上を確保できる
限界として、β < 40゜であった。これより大きい角
度になると、固着方向の磁化ベクトルによる検出成分が
それ以上加わらず、信号感度が急激に低下した。
The angle β of the direction of the pinned magnetization is
Is naturally selected between 0 and α max , but 0 <β <α max / √2 due to the above-mentioned constraint of maintaining the linearity of the off-track profile. Here, since α max cannot be more than 90 degrees, from this viewpoint, the numerical value of the angle is in the range of 0 <β <64 degrees. From this range, when an experiment was performed on the value of β, when the sense current was 2 mA or more, β
Was β> 5 °. In addition, the upper limit of β was β <40 °, which is a limit at which the sensitivity of the entire spin valve element can secure 0.7 times or more of the maximum sensitivity value of the microscopic sensitivity distribution. When the angle is larger than this, the detection component due to the magnetization vector in the fixed direction is not added any more, and the signal sensitivity sharply decreases.

【0017】したがって、この発明においては、固着層
の磁化の回転角度βの大きさを、5度から40度の範囲
に選定する。さらに、最適角度としては、この角度範囲
でオフトラック特性の直線性が最も良くなる角度を選定
する。実験として、 自由層磁化:Mf 1.4[T] 自由層厚さ:tf 2.5[nm] 固着層磁化:Mp 1.4[T] 固着層厚さ:tp 2.0[nm] トラック幅: 1.2[μm] 素子高さ: 1.0[μm] スペーサ厚さ: 2.5[nm] センス電流: 5.0[mA] の素子について固定層の磁化方向の回転角度βとセンス
出力との関係を調べたところ、図9に示す結果が得られ
た。このグラフから、回転角度βとしては、 10゜< β < 30゜ の範囲で最大の感度が得られていることが分かる。この
回転角度における感度の変動は、最大で−7%以下であ
った。
Therefore, in the present invention, the magnitude of the rotation angle β of the magnetization of the pinned layer is selected in the range of 5 to 40 degrees. Further, as the optimum angle, an angle at which the linearity of the off-track characteristic is best in this angle range is selected. As an experiment, free layer magnetization: Mf 1.4 [T] Free layer thickness: tf 2.5 [nm] Fixed layer magnetization: Mp 1.4 [T] Fixed layer thickness: tp 2.0 [nm] Track Width: 1.2 [μm] Element Height: 1.0 [μm] Spacer Thickness: 2.5 [nm] Sense Current: 5.0 [mA] For the element having the rotation angle β of the magnetization direction of the fixed layer and the rotation angle β. When the relationship with the sense output was examined, the result shown in FIG. 9 was obtained. From this graph, it can be seen that the maximum sensitivity is obtained in the range of 10 ° <β <30 ° as the rotation angle β. The variation in sensitivity at this rotation angle was at most -7% or less.

【0018】また、この場合について、波形の対称性
を、±3200A/mの外部磁界に対して調べたとこ
ろ、図10に示す関係が得られた。ここに、横軸は、固
着層磁化方向の回転角度βであり、縦軸は波形対称性を
ピークアシンメトリPAの%値として示したものであ
る。このグラフから、回転角度βを+5゜〜+40゜の
範囲に取れば、波形の対称性を±5%以内に抑えられる
ことが分かる。
In this case, when the symmetry of the waveform was examined with respect to an external magnetic field of ± 3200 A / m, the relationship shown in FIG. 10 was obtained. Here, the horizontal axis represents the rotation angle β of the magnetization direction of the pinned layer, and the vertical axis represents the waveform symmetry as a percentage of the peak asymmetry PA. From this graph, it is understood that the symmetry of the waveform can be suppressed to within ± 5% when the rotation angle β is set in the range of + 5 ° to + 40 °.

【0019】[0019]

【実施例】ここで、この発明による固着磁化の工夫を施
したGMRヘッドの具体的な構成形状について説明す
る。図11は、この発明のスピンバルブ素子膜の各層を
長手バイアス磁石およびセンス電流供給用のリードに接
続させて構成した磁気抵抗効果型ヘッドの実際のモデル
の要部を描いた斜視図であり、手前側が磁気記録媒体に
対面する側であり、左右方向がトラックの幅の方向であ
り、上下方向がトラックの進行方向である。図におい
て、1は固着層、2は自由層、3はスペーサ層、22は
長手バイアス磁石層、23はリード層である。センス電
流は、良導電体のリード層から供給され、自由層2の両
端折曲り部分を厚さ方向に横断して、良導電体のスペー
サ層の中をその長さ方向に渡って流れる。長手バイアス
磁石層22は、自由層2に対してバイアス磁化を与えて
いる。なお、図11では、スピンバルブ膜の部分を動作
原理に基づいて概要的に3層で図解してあるが、実際例
としてのモデルについてより詳細に具体的に説明する
と、自由層2は、下からCoZrNbアモルファス磁性
層8nm、NiFe層1.5nm、CoFe層2.0n
mの各厚さの膜を積層したものである。スペーサ3層
は、Cu層2.0nmの厚さの膜である。固定層1は、
下からCoFe層2.0nm、IrMn層8nmの各厚
さの膜を積層したものが好適である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, a specific configuration of a GMR head in which the pinned magnetization is devised according to the present invention will be described. FIG. 11 is a perspective view illustrating a main part of an actual model of a magnetoresistive head constituted by connecting each layer of the spin valve element film of the present invention to a longitudinal bias magnet and a lead for supplying a sense current, The near side is the side facing the magnetic recording medium, the left-right direction is the direction of the track width, and the up-down direction is the traveling direction of the track. In the figure, 1 is a fixed layer, 2 is a free layer, 3 is a spacer layer, 22 is a longitudinal bias magnet layer, and 23 is a lead layer. The sense current is supplied from the lead layer of the good conductor, flows across the bent portions of both ends of the free layer 2 in the thickness direction, and flows through the spacer layer of the good conductor in the length direction. The longitudinal bias magnet layer 22 gives a bias magnetization to the free layer 2. In FIG. 11, the portion of the spin valve film is schematically illustrated in three layers based on the operation principle. However, when the model as an actual example is described in more detail, the free layer 2 From CoZrNb amorphous magnetic layer 8 nm, NiFe layer 1.5 nm, CoFe layer 2.0 n
m are laminated. The three spacer layers are a Cu layer having a thickness of 2.0 nm. The fixed layer 1
It is preferable that a film having a thickness of 2.0 nm and a film of IrMn having a thickness of 8 nm are laminated from below.

【0020】次に、この発明の構造のスピンバルブヘッ
ドの固着層の直交磁化付与の方法について、説明する。
まず、自由層の異方性付与のために、自由層のバイアス
磁化の方向(長手方向)に240kA/mの磁場を掛け
ながら、250℃(反強磁性膜のブロッキング温度)の
真空中で1時間以上熱処理を行う。ついで、200〜2
30℃まで冷却した後、外部印加磁場を固定層の固着磁
化の方向である前述の90゜+ β、すなわち、90゜
+ 5〜40゜の角度に回転し、その状態で冷却を続行
する。なお、この冷却は、100℃/hr以上の速度で
行う。以上の熱処理により、素子には、軟質磁性体の自
由層の長手方向異方性を付与するとともに、硬質磁性体
の固着層の磁化の向きに角度βの回転を加算した固着層
の直交磁化を付与することができる。
Next, a method for imparting orthogonal magnetization to the pinned layer of the spin valve head having the structure of the present invention will be described.
First, in order to impart anisotropy to the free layer, a magnetic field of 240 kA / m is applied in the direction (longitudinal direction) of the bias magnetization of the free layer, while applying a magnetic field at 250 ° C. (blocking temperature of the antiferromagnetic film) in a vacuum. Heat treatment for more than an hour. Then, 200-2
After cooling to 30 ° C., the externally applied magnetic field is rotated to the above-mentioned 90 ° + β, which is the direction of the pinned magnetization of the fixed layer, that is, 90 ° + 5 to 40 °, and cooling is continued in that state. This cooling is performed at a rate of 100 ° C./hr or more. By the heat treatment described above, the device is provided with the anisotropy in the longitudinal direction of the free layer of the soft magnetic material and the orthogonal magnetization of the fixed layer obtained by adding the rotation of the angle β to the magnetization direction of the fixed layer of the hard magnetic material. Can be granted.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、自由層の使用状態におけるバイアス磁化の方向の角
度ずれに対して、補正する方向に固定層の固着磁化の方
向を向けるので、素子の動作上最適な両磁化方向の直交
化を確保でき、磁気記録波形に対する検出出力の波形対
称性および感度の良好な素子を実現することができる。
また、固定層の磁化方向をセンス電流に起因する磁界で
逆向きに打ち消すようなおそれがないので、使用環境温
度の上昇に対しても安定に出力の得られるヘッドを得る
ことができる。
As described above, according to the present invention, the direction of the pinned magnetization of the fixed layer is oriented in the direction to correct the angular deviation of the direction of the bias magnetization in the use state of the free layer. In operation, the optimal orthogonalization of both magnetization directions can be ensured, and an element having good waveform symmetry and sensitivity of the detection output with respect to the magnetic recording waveform can be realized.
Further, since there is no possibility that the magnetization direction of the fixed layer is counteracted by the magnetic field caused by the sense current in the opposite direction, it is possible to obtain a head capable of stably obtaining an output even when the use environment temperature rises.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効果
ヘッドにおける主要素子であるスピンバルブ素子の斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view of a spin valve element which is a main element in a spin valve type magnetoresistive head according to the present invention.

【図2】 図1のスピンバルブ素子の磁化の方向を図解
する平面図である。
FIG. 2 is a plan view illustrating the direction of magnetization of the spin valve element of FIG.

【図3】 スピンバルブ素子の自由層の磁化方向分布を
示す平面図およびグラフである。
FIG. 3 is a plan view and a graph showing a magnetization direction distribution of a free layer of the spin valve element.

【図4】 固着層の磁化方向の回転角βを0とした場合
について、スピンバルブ素子の自由層の磁化方向分布に
対応する感度分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a sensitivity distribution corresponding to a magnetization direction distribution of a free layer of a spin valve element when a rotation angle β of a magnetization direction of a pinned layer is set to 0.

【図5】 固着層の磁化方向の回転角βを0とした場合
について、スピンバルブ素子の対トラックずれ出力特性
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the output characteristics of the spin valve element with respect to track deviation when the rotation angle β of the magnetization direction of the pinned layer is set to 0.

【図6】 固着層の磁化方向の回転角βを自由層のバイ
アス磁化方向の最大回転角αに等しくした場合につい
て、スピンバルブ素子の自由層の磁化方向分布に対応す
る感度分布を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a sensitivity distribution corresponding to the magnetization direction distribution of the free layer of the spin valve element when the rotation angle β of the magnetization direction of the pinned layer is equal to the maximum rotation angle α of the bias magnetization direction of the free layer. is there.

【図7】 固着層の磁化方向の回転角βを自由層のバイ
アス磁化方向の最大回転角αに等しくした場合につい
て、スピンバルブ素子のオフトラックに対する出力特性
を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing output characteristics of the spin valve element with respect to off-track when the rotation angle β of the magnetization direction of the pinned layer is equal to the maximum rotation angle α of the bias magnetization direction of the free layer.

【図8】 固着層の磁化方向の回転角βを自由層のバイ
アス磁化方向の最大回転角αの1/√2に取った場合に
ついて、スピンバルブ素子のオフトラックに対する出力
特性を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing output characteristics of the spin valve element with respect to off-track when the rotation angle β of the magnetization direction of the pinned layer is set to 1 / √2 of the maximum rotation angle α of the bias magnetization direction of the free layer. .

【図9】 この発明によるスピンバルブ素子において、
固着層の磁化方向の回転角βの変化に対するオントラッ
ク時の出力の変化具合を示すグラフである。
FIG. 9 shows a spin valve element according to the present invention.
6 is a graph showing how the output changes during on-track with respect to a change in the rotation angle β of the magnetization direction of the pinned layer.

【図10】 この発明によるスピンバルブ素子におい
て、固着層の磁化方向の回転角βの変化に対する検出波
形の対称性の変化具合を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing how the symmetry of the detected waveform changes with respect to the change in the rotation angle β of the magnetization direction of the pinned layer in the spin valve element according to the present invention.

【図11】 この発明によるスピンバルブ型磁気抵抗効
果ヘッドのスピンバルブ素子の近傍の構造を示す斜視図
である。
FIG. 11 is a perspective view showing a structure near a spin valve element of a spin valve magnetoresistive head according to the present invention.

【図12】 スピンバルブ素子の原理を図解する分解斜
視図である。
FIG. 12 is an exploded perspective view illustrating the principle of a spin valve element.

【図13】 スピンバルブ素子の固着層の磁化の向きに
対する自由層の磁化の向きθの変化に対する素子の抵抗
値の変化の具合を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing how the resistance of the spin valve element changes with respect to the change in the magnetization direction θ of the free layer with respect to the magnetization direction of the pinned layer of the element.

【図14】 従来のスピンバルブ素子の斜視図である。FIG. 14 is a perspective view of a conventional spin valve element.

【図15】 従来のスピンバルブ素子における自由層の
磁化の向きの回転現象を説明する斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view illustrating a rotation phenomenon of a magnetization direction of a free layer in a conventional spin valve element.

【図16】 図15のスピンバルブ素子の磁化の方向を
図解する平面図である。
16 is a plan view illustrating the direction of magnetization of the spin valve element of FIG.

【図17】 スピンバルブ素子に使用する固着層の材料
の温度の変化に対する交換結合磁界の変化の具合を示す
グラフである。
FIG. 17 is a graph showing how the exchange coupling magnetic field changes with the temperature of the material of the pinned layer used in the spin valve element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…固着層、2…自由層、3…スペーサ層、10…スピ
ンバルブ膜、11…反強磁性膜、12…軟質磁性膜、2
2…長手バイアス磁石層、23…リード層、Mp…固着
層の磁化の向き、Mf…自由層の磁化の向き、Is…セ
ンス電流、α…自由層の磁化の回転角、β…固着層の磁
化の回転角。
REFERENCE SIGNS LIST 1 fixed layer, 2 free layer, 3 spacer layer, 10 spin valve film, 11 antiferromagnetic film, 12 soft magnetic film, 2
2: Longitudinal bias magnet layer, 23: Lead layer, Mp: magnetization direction of fixed layer, Mf: magnetization direction of free layer, Is: sense current, α: rotation angle of magnetization of free layer, β: rotation angle of fixed layer Rotation angle of magnetization.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性のスペーサ層ならびにそれを両面
から挟む軟質磁性の自由層および硬質磁性の固着層を有
するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子において、 自由層のバイアス磁化の向きがセンス電流による磁界の
影響および固着層の静磁結合による影響で回転する角度
に相当する角度の量だけ、固着層の固着磁化の向きを固
着層内でのセンス電流による磁界の向きと同じ向きから
回転させることにより、動作の実質上、素子の検出動作
時に固着層の磁化の向きと自由層のバイアス磁化の向き
が直交するようにしたことを特徴とするスピンバルブ型
磁気抵抗効果素子を備えてなる磁気抵抗効果ヘッド。
In a spin-valve magnetoresistive element having a conductive spacer layer, a soft magnetic free layer sandwiching the conductive spacer layer from both sides, and a hard magnetic pinned layer, the direction of bias magnetization of the free layer is a magnetic field caused by a sense current. By rotating the direction of the pinned magnetization of the pinned layer from the same direction as the direction of the magnetic field due to the sense current in the pinned layer by the amount of angle corresponding to the angle of rotation caused by the effect of Wherein the direction of magnetization of the pinned layer and the direction of bias magnetization of the free layer during operation of detecting the element are substantially orthogonal to each other. head.
【請求項2】 請求項1に記載の磁気抵抗効果ヘッドに
おいて、 前記固着層の固着磁化の向きを回転させる角度を5〜4
0度の範囲に選定したことを特徴とするヘッド。
2. The magnetoresistive head according to claim 1, wherein the angle for rotating the direction of the pinned magnetization of the pinned layer is 5 to 4.
A head selected in the range of 0 degrees.
【請求項3】 請求項2に記載の磁気抵抗効果ヘッドに
おいて、 前記固着層の固着磁化の向きを回転させる角度を10〜
30度の範囲に選定したことを特徴とするヘッド。
3. The magnetoresistive head according to claim 2, wherein the angle for rotating the direction of the pinned magnetization of the pinned layer is 10 to 10.
A head selected in a range of 30 degrees.
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