JPH11273034A - 磁気センサ、薄膜磁気ヘッド及び該薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents
磁気センサ、薄膜磁気ヘッド及び該薄膜磁気ヘッドの製造方法Info
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- JPH11273034A JPH11273034A JP10092271A JP9227198A JPH11273034A JP H11273034 A JPH11273034 A JP H11273034A JP 10092271 A JP10092271 A JP 10092271A JP 9227198 A JP9227198 A JP 9227198A JP H11273034 A JPH11273034 A JP H11273034A
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- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
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- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
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- Y10T29/49002—Electrical device making
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- Y10T29/49034—Treating to affect magnetic properties
Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力特性の向上及び使用温度範囲の拡大を図
ることができる磁気センサ、薄膜磁気ヘッド及び薄膜磁
気ヘッドの製造方法を提供する。 【解決手段】 非磁性層、非磁性層を挟んで積層された
第１及び第２の強磁性層、並びに第２の強磁性層の非磁
性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を含むスピ
ンバルブ積層体と、スピンバルブ積層体のトラック幅方
向の両端に設けられておりスピンバルブ積層体に縦バイ
アス磁界を印加する縦バイアス手段とを備えた薄膜磁気
ヘッドであって、反強磁性層との交換結合によって第２
の強磁性層が受ける交換バイアス磁界の方向と印加され
る縦バイアス磁界の方向とのなす角度が、第２の強磁性
層の少なくとも一部において、９０°を越えるように構
成されている。
ることができる磁気センサ、薄膜磁気ヘッド及び薄膜磁
気ヘッドの製造方法を提供する。 【解決手段】 非磁性層、非磁性層を挟んで積層された
第１及び第２の強磁性層、並びに第２の強磁性層の非磁
性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を含むスピ
ンバルブ積層体と、スピンバルブ積層体のトラック幅方
向の両端に設けられておりスピンバルブ積層体に縦バイ
アス磁界を印加する縦バイアス手段とを備えた薄膜磁気
ヘッドであって、反強磁性層との交換結合によって第２
の強磁性層が受ける交換バイアス磁界の方向と印加され
る縦バイアス磁界の方向とのなす角度が、第２の強磁性
層の少なくとも一部において、９０°を越えるように構
成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサ、コン
ピュータ用のハードディスク装置（ＨＤＤ）に用いられ
る薄膜磁気ヘッド、特にスピンバルブを利用した磁気抵
抗効果（ＭＲ）素子を備えた薄膜磁気ヘッド、及びその
薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
ピュータ用のハードディスク装置（ＨＤＤ）に用いられ
る薄膜磁気ヘッド、特にスピンバルブを利用した磁気抵
抗効果（ＭＲ）素子を備えた薄膜磁気ヘッド、及びその
薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの普及に
伴い、情報のネットワーク化が進んでおり、扱われる情
報も従来の数値データのみならず画像データ等も含むこ
とから情報量は飛躍的に増大している。これら膨大な情
報を扱うためには、高速なマイクロプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）と共に高速で大容量かつ信頼性の高いＨＤＤが要求
され、このような要求に伴って高感度及び高出力の磁気
ヘッドが必要となっている。
伴い、情報のネットワーク化が進んでおり、扱われる情
報も従来の数値データのみならず画像データ等も含むこ
とから情報量は飛躍的に増大している。これら膨大な情
報を扱うためには、高速なマイクロプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）と共に高速で大容量かつ信頼性の高いＨＤＤが要求
され、このような要求に伴って高感度及び高出力の磁気
ヘッドが必要となっている。
【０００３】磁気ディスクに記録された信号を読出すた
めのこの種の磁気ヘッド素子の１つとして、強磁性薄膜
の電気抵抗が電場によって変化する、いわゆるスピン・
軌道相互作用による強磁性体の異常磁気抵抗効果を利用
した異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）ヘッドが従来より広
く知られている（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，
ＭＡＧ−７，１，１５０（１９７１））。
めのこの種の磁気ヘッド素子の１つとして、強磁性薄膜
の電気抵抗が電場によって変化する、いわゆるスピン・
軌道相互作用による強磁性体の異常磁気抵抗効果を利用
した異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）ヘッドが従来より広
く知られている（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，
ＭＡＧ−７，１，１５０（１９７１））。
【０００４】ＡＭＲヘッドにおいては、感磁素子とし
て、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ又はＮｉＣｏ薄
膜が用いられる。しかしながら、軟磁気特性に優れるＮ
ｉＦｅ薄膜でさえも磁気抵抗変化率がたかだか２〜３％
程度であり、抵抗変化率のより大きい磁気抵抗効果材料
が望まれていた。
て、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ又はＮｉＣｏ薄
膜が用いられる。しかしながら、軟磁気特性に優れるＮ
ｉＦｅ薄膜でさえも磁気抵抗変化率がたかだか２〜３％
程度であり、抵抗変化率のより大きい磁気抵抗効果材料
が望まれていた。
【０００５】高感度及び高出力の磁気ヘッドへの要求に
答えるものとして、最近、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）
を呈する素子の１つであるスピンバルブを利用したＭＲ
素子を備えた薄膜磁気ヘッドが提案されている（Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，Ｖｏｌ．４３，１，１２９７（１９９
１）、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９（８），１５，４
７７４（１９９１）、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ
ｎ．，Ｖｏｌ．３０，６，３８０１（１９９４）、特公
平８−２１１６６号公報、及び特開平６−２３６５２７
号公報）。スピンバルブは、２つの強磁性層を非磁性金
属層で磁気的に分離してサンドイッチ構造とし、その一
方の強磁性層に反強磁性層を積層することによってその
界面で生じる交換バイアス磁界をこの一方の強磁性層
（ピンニングされる層、本明細書ではピンド（ｐｉｎｎ
ｅｄ）層と称する）に印加するようにしたものである。
交換バイアス磁界を受けるピンド層と受けない他方の強
磁性層（本明細書ではフリー（ｆｒｅｅ）層と称する）
とでは磁化反転する磁界が異なるので、非磁性金属層を
挟むこれら２つの強磁性層の磁化の向きが平行、反平行
と変化し、これにより電気抵抗値が大きく変化するので
巨大磁気抵抗効果が得られる。
答えるものとして、最近、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）
を呈する素子の１つであるスピンバルブを利用したＭＲ
素子を備えた薄膜磁気ヘッドが提案されている（Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，Ｖｏｌ．４３，１，１２９７（１９９
１）、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９（８），１５，４
７７４（１９９１）、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ
ｎ．，Ｖｏｌ．３０，６，３８０１（１９９４）、特公
平８−２１１６６号公報、及び特開平６−２３６５２７
号公報）。スピンバルブは、２つの強磁性層を非磁性金
属層で磁気的に分離してサンドイッチ構造とし、その一
方の強磁性層に反強磁性層を積層することによってその
界面で生じる交換バイアス磁界をこの一方の強磁性層
（ピンニングされる層、本明細書ではピンド（ｐｉｎｎ
ｅｄ）層と称する）に印加するようにしたものである。
交換バイアス磁界を受けるピンド層と受けない他方の強
磁性層（本明細書ではフリー（ｆｒｅｅ）層と称する）
とでは磁化反転する磁界が異なるので、非磁性金属層を
挟むこれら２つの強磁性層の磁化の向きが平行、反平行
と変化し、これにより電気抵抗値が大きく変化するので
巨大磁気抵抗効果が得られる。
【０００６】スピンバルブＭＲ素子の出力特性等は、非
磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層（ピンド層及び
フリー層）の磁化のなす角度によって定まる。フリー層
の磁化方向は磁気媒体からの磁界の方向に従って容易に
変化する。一方、ピンド層の磁化方向は反強磁性層との
交換結合による磁化方向（ピンニングされる方向、本明
細書ではピンド方向と称する）に理想的には制御され
る。
磁性金属層を挟むこれら２つの強磁性層（ピンド層及び
フリー層）の磁化のなす角度によって定まる。フリー層
の磁化方向は磁気媒体からの磁界の方向に従って容易に
変化する。一方、ピンド層の磁化方向は反強磁性層との
交換結合による磁化方向（ピンニングされる方向、本明
細書ではピンド方向と称する）に理想的には制御され
る。
【０００７】具体的には、スピンバルブＭＲ素子を再生
用磁気ヘッドに用いる場合、素子を矩形型にパターン加
工し、フリー層にはトラック幅方向（縦方向）に磁化容
易軸を付与し、ピンド層にはトラック幅方向と垂直な素
子高さ方向（横方向）に交換バイアス磁界を付与し、無
磁場時においてフリー層とピンド層との磁化が直交する
ように設計する必要がある。
用磁気ヘッドに用いる場合、素子を矩形型にパターン加
工し、フリー層にはトラック幅方向（縦方向）に磁化容
易軸を付与し、ピンド層にはトラック幅方向と垂直な素
子高さ方向（横方向）に交換バイアス磁界を付与し、無
磁場時においてフリー層とピンド層との磁化が直交する
ように設計する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般に、スピンバルブ
ＭＲ素子においては、フリー層の磁化が非線形となるこ
と又は非可逆的な磁化変化（いわゆるバルクハウゼンノ
イズ）が生じることを抑制するために、素子のトラック
幅方向の両端部に磁石層を設けて静磁界である縦バイア
ス磁界を印加することが行われる。しかしながら、この
縦バイアス磁界は、フリー層のみならずピンド層にも印
加されてしまい、ピンド層の磁化方向を特にその両端部
において変化（回転）させてしまうという問題があっ
た。
ＭＲ素子においては、フリー層の磁化が非線形となるこ
と又は非可逆的な磁化変化（いわゆるバルクハウゼンノ
イズ）が生じることを抑制するために、素子のトラック
幅方向の両端部に磁石層を設けて静磁界である縦バイア
ス磁界を印加することが行われる。しかしながら、この
縦バイアス磁界は、フリー層のみならずピンド層にも印
加されてしまい、ピンド層の磁化方向を特にその両端部
において変化（回転）させてしまうという問題があっ
た。
【０００９】さらに、スピンバルブＭＲ素子には、通
常、フリー層の磁化を縦方向に向けるような磁界を発生
させる方向（アゲインスト方向）にセンス電流を流すた
め、この電流によって交換バイアス磁界に対抗する磁界
が発生し、これがピンド層の磁化方向の変化（回転）を
助長してしまう。
常、フリー層の磁化を縦方向に向けるような磁界を発生
させる方向（アゲインスト方向）にセンス電流を流すた
め、この電流によって交換バイアス磁界に対抗する磁界
が発生し、これがピンド層の磁化方向の変化（回転）を
助長してしまう。
【００１０】さらにまた、反強磁性層とピンド層との交
換バイアス磁界は、温度に依存した分布を有しているた
め、スピンバルブＭＲ素子の温度が上昇するほどピンド
層に与えられる交換バイアス磁界が弱まり、これがピン
ド層の磁化方向の変化（回転）をさらに大きくする可能
性がある。
換バイアス磁界は、温度に依存した分布を有しているた
め、スピンバルブＭＲ素子の温度が上昇するほどピンド
層に与えられる交換バイアス磁界が弱まり、これがピン
ド層の磁化方向の変化（回転）をさらに大きくする可能
性がある。
【００１１】ピンド層の磁化方向が回転すると、ピンド
層とフリー層との磁化のなす角度も変わり、その結果、
出力特性等も変わってしまう。従ってスピンバルブＭＲ
素子を有する薄膜磁気ヘッドにおいては、ピンド層の磁
化方向が正しく制御されていることが非常に重要とな
る。
層とフリー層との磁化のなす角度も変わり、その結果、
出力特性等も変わってしまう。従ってスピンバルブＭＲ
素子を有する薄膜磁気ヘッドにおいては、ピンド層の磁
化方向が正しく制御されていることが非常に重要とな
る。
【００１２】本発明の目的は、このようなピンド層の磁
化の回転をあらかじめ考慮してピンド方向及びその分布
を設定することにより、出力特性の向上及び使用温度範
囲の拡大を図ることができる磁気センサ、薄膜磁気ヘッ
ド及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにあ
る。
化の回転をあらかじめ考慮してピンド方向及びその分布
を設定することにより、出力特性の向上及び使用温度範
囲の拡大を図ることができる磁気センサ、薄膜磁気ヘッ
ド及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、非磁性
層、非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性
層（フリー層及びピンド層）、並びに第２の強磁性層の
非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を含む
スピンバルブ積層体と、スピンバルブ積層体のトラック
幅方向の両端に設けられておりスピンバルブ積層体に縦
バイアス磁界を印加する縦バイアス手段とを備えた薄膜
磁気ヘッドであって、反強磁性層との交換結合によって
第２の強磁性層が受ける交換バイアス磁界の方向と印加
される縦バイアス磁界の方向とのなす角度（Ｈex角度）
が、第２の強磁性層の少なくとも一部において、９０°
を越えるように構成されている薄膜磁気ヘッドが提供さ
れる。
層、非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性
層（フリー層及びピンド層）、並びに第２の強磁性層の
非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を含む
スピンバルブ積層体と、スピンバルブ積層体のトラック
幅方向の両端に設けられておりスピンバルブ積層体に縦
バイアス磁界を印加する縦バイアス手段とを備えた薄膜
磁気ヘッドであって、反強磁性層との交換結合によって
第２の強磁性層が受ける交換バイアス磁界の方向と印加
される縦バイアス磁界の方向とのなす角度（Ｈex角度）
が、第２の強磁性層の少なくとも一部において、９０°
を越えるように構成されている薄膜磁気ヘッドが提供さ
れる。
【００１４】ピンド層が受ける交換バイアス磁界の方向
（ピンド方向）と縦バイアス磁界の方向（基準方向）と
のなす角度であるＨex角度が、ピンド層の少なくとも一
部において、９０°を越えるように設定されている。こ
のため、ピンド層の最終的に合成された磁化方向が無磁
場時においてフリー層の磁化と直交する方向となるよう
にしているのである。即ち、ピンド層の磁化の角度θp
（縦バイアス磁界の方向を基準としてこれに対するピン
ド層の磁化方向の角度）をθp ≒９０°とすることがで
きるのである。
（ピンド方向）と縦バイアス磁界の方向（基準方向）と
のなす角度であるＨex角度が、ピンド層の少なくとも一
部において、９０°を越えるように設定されている。こ
のため、ピンド層の最終的に合成された磁化方向が無磁
場時においてフリー層の磁化と直交する方向となるよう
にしているのである。即ち、ピンド層の磁化の角度θp
（縦バイアス磁界の方向を基準としてこれに対するピン
ド層の磁化方向の角度）をθp ≒９０°とすることがで
きるのである。
【００１５】ピンド層には、交換バイアス磁界Ｈexの他
に、縦バイアス磁界（このピンド層の両端に働く縦バイ
アス磁界）Ｈhm、外部印加磁界Ｈappl、センス電流磁界
Ｈis、及びピンド層の自己減磁界Ｈdpの影響を受ける。
ピンド層の磁化の角度θp は、フリー層の磁化が縦方向
を向いており、素子のトラック幅が素子高さに比して充
分大きく、ピンド層の異方性磁界Ｈk が小さい時、ピン
ド層の層厚をｔp 、縦バイアス手段の厚さをｔhmとする
と、 θp ＝ｔａｎ-1｛（Ｈex＋Ｈappl＋Ｈis−０．５Ｈdp）
・ｔp ／（Ｈhm・ｔhm）｝ で与えられる。外部印加磁界Ｈapplは符号が正負に変化
し、センス電流磁界Ｈisの符号は負（正であってもセン
ス電流が５ｍＡの時に２０Ｏｅ程度）であるため、θp
＝９０°とするためには、交換バイアス磁界Ｈexを外部
印加磁界Ｈappl、センス電流磁界Ｈis、ピンド層の自己
減磁界Ｈdp及び縦バイアス磁界Ｈhmより充分大きな値と
する必要がある。しかしながら、交換バイアス磁界Ｈex
は通常２００〜１０００Ｏｅ程度であり、これに対して
縦バイアス磁界Ｈhmはトラック端部では１００〜２００
０Ｏｅ程度と、無視できない値となっている。このた
め、ピンド層の特にその縦方向の両端部においては縦バ
イアス磁界Ｈhmが強く働き、θp が９０°より大幅に小
さな値となってしまう。また、ピンド層全体において
も、θp が９０°より小さな値となってしまう。さら
に、素子が高温となると、反強磁性層を構成する材料の
うちのブロッキング温度の低い成分から交換バイアス磁
界Ｈexが低下していくので、温度が上昇するにつれて、
ピンド層の磁化方向が縦バイアス磁界方向に傾き、θp
はさらに低下してしまう。しかしながら、本発明では、
交換バイアス磁界Ｈexの方向が、このようなθp の低下
を補償するように設定されているので、最終的に合成さ
れたθp を９０°にほぼ等しくすることができる。
に、縦バイアス磁界（このピンド層の両端に働く縦バイ
アス磁界）Ｈhm、外部印加磁界Ｈappl、センス電流磁界
Ｈis、及びピンド層の自己減磁界Ｈdpの影響を受ける。
ピンド層の磁化の角度θp は、フリー層の磁化が縦方向
を向いており、素子のトラック幅が素子高さに比して充
分大きく、ピンド層の異方性磁界Ｈk が小さい時、ピン
ド層の層厚をｔp 、縦バイアス手段の厚さをｔhmとする
と、 θp ＝ｔａｎ-1｛（Ｈex＋Ｈappl＋Ｈis−０．５Ｈdp）
・ｔp ／（Ｈhm・ｔhm）｝ で与えられる。外部印加磁界Ｈapplは符号が正負に変化
し、センス電流磁界Ｈisの符号は負（正であってもセン
ス電流が５ｍＡの時に２０Ｏｅ程度）であるため、θp
＝９０°とするためには、交換バイアス磁界Ｈexを外部
印加磁界Ｈappl、センス電流磁界Ｈis、ピンド層の自己
減磁界Ｈdp及び縦バイアス磁界Ｈhmより充分大きな値と
する必要がある。しかしながら、交換バイアス磁界Ｈex
は通常２００〜１０００Ｏｅ程度であり、これに対して
縦バイアス磁界Ｈhmはトラック端部では１００〜２００
０Ｏｅ程度と、無視できない値となっている。このた
め、ピンド層の特にその縦方向の両端部においては縦バ
イアス磁界Ｈhmが強く働き、θp が９０°より大幅に小
さな値となってしまう。また、ピンド層全体において
も、θp が９０°より小さな値となってしまう。さら
に、素子が高温となると、反強磁性層を構成する材料の
うちのブロッキング温度の低い成分から交換バイアス磁
界Ｈexが低下していくので、温度が上昇するにつれて、
ピンド層の磁化方向が縦バイアス磁界方向に傾き、θp
はさらに低下してしまう。しかしながら、本発明では、
交換バイアス磁界Ｈexの方向が、このようなθp の低下
を補償するように設定されているので、最終的に合成さ
れたθp を９０°にほぼ等しくすることができる。
【００１６】ピンド層の全ての領域においてＨex角度
が、９０°を越えるように構成されていることも好まし
い。このＨex角度が、１３０°以下となるように構成さ
れていることがより好ましい。
が、９０°を越えるように構成されていることも好まし
い。このＨex角度が、１３０°以下となるように構成さ
れていることがより好ましい。
【００１７】縦方向の両端部におけるＨex角度が、縦方
向の中央部におけるＨex角度より大きくなるように構成
されていることも好ましい。このＨex角度が、１００°
以上かつ１４０°以下となるように構成されていること
がより好ましい。
向の中央部におけるＨex角度より大きくなるように構成
されていることも好ましい。このＨex角度が、１００°
以上かつ１４０°以下となるように構成されていること
がより好ましい。
【００１８】本発明によれば、さらに、非磁性層、非磁
性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層（フリ
ー層及びピンド層）、並びに第２の強磁性層の非磁性層
とは反対側の面に積層された反強磁性層を含むスピンバ
ルブ積層体を形成する工程と、スピンバルブ積層体に縦
バイアス磁界を印加するための縦バイアス手段をスピン
バルブ積層体のトラック幅方向（縦方向）の両端に形成
する工程と、第２の強磁性層に交換バイアス磁界が働く
ように反強磁性層のブロッキング温度以下の温度におい
てスピンバルブ積層体に磁界を印加する交換バイアス磁
界形成用のアニール工程とを備えており、アニール工程
は、縦バイアス磁界の方向とのなす角度が９０°を越え
る方向に交換バイアス磁界形成用の磁界を印加する工程
である薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層（フリ
ー層及びピンド層）、並びに第２の強磁性層の非磁性層
とは反対側の面に積層された反強磁性層を含むスピンバ
ルブ積層体を形成する工程と、スピンバルブ積層体に縦
バイアス磁界を印加するための縦バイアス手段をスピン
バルブ積層体のトラック幅方向（縦方向）の両端に形成
する工程と、第２の強磁性層に交換バイアス磁界が働く
ように反強磁性層のブロッキング温度以下の温度におい
てスピンバルブ積層体に磁界を印加する交換バイアス磁
界形成用のアニール工程とを備えており、アニール工程
は、縦バイアス磁界の方向とのなす角度が９０°を越え
る方向に交換バイアス磁界形成用の磁界を印加する工程
である薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【００１９】この交換バイアス磁界形成用のアニール工
程により、ピンド層が受ける交換バイアス磁界の方向
（ピンド方向）と縦バイアス磁界の方向（基準方向）と
のなす角度であるＨex角度が、ピンド層の全ての領域に
おいて、９０°を越えるようになる。このため、ピンド
層全体における平均的な磁化方向が無磁場時においてフ
リー層の磁化とほぼ直交する方向となるようにしている
のである。即ち、ピンド層全体の磁化の角度θp をθp
≒９０°とすることができるのである。
程により、ピンド層が受ける交換バイアス磁界の方向
（ピンド方向）と縦バイアス磁界の方向（基準方向）と
のなす角度であるＨex角度が、ピンド層の全ての領域に
おいて、９０°を越えるようになる。このため、ピンド
層全体における平均的な磁化方向が無磁場時においてフ
リー層の磁化とほぼ直交する方向となるようにしている
のである。即ち、ピンド層全体の磁化の角度θp をθp
≒９０°とすることができるのである。
【００２０】交換バイアス磁界形成用のアニール工程
は、縦バイアス磁界の方向とのなす角度が１３０°以下
の方向に磁界を印加する工程であることも好ましい。
は、縦バイアス磁界の方向とのなす角度が１３０°以下
の方向に磁界を印加する工程であることも好ましい。
【００２１】本発明によれば、またさらに、非磁性層、
非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層
（フリー層及びピンド層）、並びに第２の強磁性層の非
磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を含むス
ピンバルブ積層体を形成する工程と、スピンバルブ積層
体に縦バイアス磁界を印加するための磁石層をスピンバ
ルブ積層体のトラック幅方向の両端に形成する工程と、
磁石層を正規の方向の縦バイアス磁界が得られる着磁方
向とは逆方向に着磁する工程と、第２の強磁性層に交換
バイアス磁界が働くように反強磁性層のブロッキング温
度以下の温度においてスピンバルブ積層体に正規の縦バ
イアス磁界の方向とほぼ直交する方向の磁界を印加する
交換バイアス磁界形成用のアニール工程と、磁石層を正
規の方向の縦バイアス磁界が得られる方向に再着磁する
工程とを備えている薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供さ
れる。
非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層
（フリー層及びピンド層）、並びに第２の強磁性層の非
磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を含むス
ピンバルブ積層体を形成する工程と、スピンバルブ積層
体に縦バイアス磁界を印加するための磁石層をスピンバ
ルブ積層体のトラック幅方向の両端に形成する工程と、
磁石層を正規の方向の縦バイアス磁界が得られる着磁方
向とは逆方向に着磁する工程と、第２の強磁性層に交換
バイアス磁界が働くように反強磁性層のブロッキング温
度以下の温度においてスピンバルブ積層体に正規の縦バ
イアス磁界の方向とほぼ直交する方向の磁界を印加する
交換バイアス磁界形成用のアニール工程と、磁石層を正
規の方向の縦バイアス磁界が得られる方向に再着磁する
工程とを備えている薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供さ
れる。
【００２２】磁石層が正規の方向（基準方向）とは逆方
向に着磁された状態で交換バイアス磁界形成用のアニー
ル工程（ただし、交換バイアス磁界は基準方向と直交す
る方向に印加される）が行われるので、Ｈex角度は、ピ
ンド層の縦方向の両端部では９０°越え、中央部ではほ
ぼ９０°のＨex角度となる。即ち、アニール工程中、ピ
ンド層の両端部では縦バイアス磁界Ｈhmが働くため、合
成された交換バイアス磁界によるＨex角度が９０°より
大きくなり、その結果、ピンド層の全ての領域で、θp
をθp ≒９０°とすることができるのである。
向に着磁された状態で交換バイアス磁界形成用のアニー
ル工程（ただし、交換バイアス磁界は基準方向と直交す
る方向に印加される）が行われるので、Ｈex角度は、ピ
ンド層の縦方向の両端部では９０°越え、中央部ではほ
ぼ９０°のＨex角度となる。即ち、アニール工程中、ピ
ンド層の両端部では縦バイアス磁界Ｈhmが働くため、合
成された交換バイアス磁界によるＨex角度が９０°より
大きくなり、その結果、ピンド層の全ての領域で、θp
をθp ≒９０°とすることができるのである。
【００２３】交換バイアス磁界形成用のアニール工程
は、第２の強磁性層の縦方向の両端部において合成され
る交換バイアス磁界と縦バイアス磁界の方向とのなす角
度が１００°以上かつ１４０°以下となるように交換バ
イアス磁界を印加する工程であることが好ましい。
は、第２の強磁性層の縦方向の両端部において合成され
る交換バイアス磁界と縦バイアス磁界の方向とのなす角
度が１００°以上かつ１４０°以下となるように交換バ
イアス磁界を印加する工程であることが好ましい。
【００２４】交換バイアス磁界形成用のアニール工程の
前に実施され、第１の強磁性層（フリー層）の異方性の
制御を行うアニール工程をさらに備えていることが好ま
しい。
前に実施され、第１の強磁性層（フリー層）の異方性の
制御を行うアニール工程をさらに備えていることが好ま
しい。
【００２５】本発明によれば、さらにまた、非磁性層、
非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層、
並びに第２の強磁性層の非磁性層とは反対側の面に積層
された反強磁性層を含む磁性多層膜を備えた磁気センサ
であって、反強磁性層との交換結合によって第２の強磁
性層が受ける交換バイアス磁界の方向が、第２の強磁性
層の少なくとも一部において、磁気センサの感磁面方向
に対して９０°を越えるように構成されている磁気セン
サが提供される。
非磁性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層、
並びに第２の強磁性層の非磁性層とは反対側の面に積層
された反強磁性層を含む磁性多層膜を備えた磁気センサ
であって、反強磁性層との交換結合によって第２の強磁
性層が受ける交換バイアス磁界の方向が、第２の強磁性
層の少なくとも一部において、磁気センサの感磁面方向
に対して９０°を越えるように構成されている磁気セン
サが提供される。
【００２６】本発明によれば、さらに、非磁性層、非磁
性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層、並び
に第２の強磁性層の非磁性層とは反対側の面に積層され
た反強磁性層を含む磁性多層膜を備えた薄膜磁気ヘッド
であって、反強磁性層との交換結合によって第２の強磁
性層が受ける交換バイアス磁界の方向が、第２の強磁性
層の少なくとも一部において、薄膜磁気ヘッドのトラッ
ク幅方向に対して９０°を越えるように構成されている
薄膜磁気ヘッドが提供される。
性層を挟んで積層された第１及び第２の強磁性層、並び
に第２の強磁性層の非磁性層とは反対側の面に積層され
た反強磁性層を含む磁性多層膜を備えた薄膜磁気ヘッド
であって、反強磁性層との交換結合によって第２の強磁
性層が受ける交換バイアス磁界の方向が、第２の強磁性
層の少なくとも一部において、薄膜磁気ヘッドのトラッ
ク幅方向に対して９０°を越えるように構成されている
薄膜磁気ヘッドが提供される。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態とし
て、薄膜磁気ヘッドのスピンバルブＭＲ素子に設けられ
たスピンバルブ積層体及び縦バイアス磁界を発生する磁
石層の基本構造を示す断面図であり、同図において、１
０及び１２は２つの強磁性層であり、この強磁性層１０
及び１２は非磁性金属層１１で磁気的に分離してサンド
イッチ構造とされている。強磁性層１２上には反強磁性
層１３が積層されており、その界面で生じる交換バイア
ス磁界がこの強磁性層（ピンド層）１２に印加されてピ
ンニングされる。強磁性層１０は交換バイアス磁界が印
加されないフリー層である。同図において、さらに１４
及び１５は、このようなスピンバルブ積層体１６の縦方
向の両端に接して形成された磁石層であり、フリー層１
０に一方向の縦バイアス磁界を印加するために設けられ
ている。なお、縦バイアス磁界を印加する手段として
は、磁石層に限定されることなく、例えば反強磁性層と
強磁性層との積層体であってもよい。
て、薄膜磁気ヘッドのスピンバルブＭＲ素子に設けられ
たスピンバルブ積層体及び縦バイアス磁界を発生する磁
石層の基本構造を示す断面図であり、同図において、１
０及び１２は２つの強磁性層であり、この強磁性層１０
及び１２は非磁性金属層１１で磁気的に分離してサンド
イッチ構造とされている。強磁性層１２上には反強磁性
層１３が積層されており、その界面で生じる交換バイア
ス磁界がこの強磁性層（ピンド層）１２に印加されてピ
ンニングされる。強磁性層１０は交換バイアス磁界が印
加されないフリー層である。同図において、さらに１４
及び１５は、このようなスピンバルブ積層体１６の縦方
向の両端に接して形成された磁石層であり、フリー層１
０に一方向の縦バイアス磁界を印加するために設けられ
ている。なお、縦バイアス磁界を印加する手段として
は、磁石層に限定されることなく、例えば反強磁性層と
強磁性層との積層体であってもよい。
【００２８】なお、本発明に係るスピンバルブ積層体の
構成としては、特に限定はない。つまり、スピンバルブ
積層体を構成する各層は、それぞれの機能を示す物質で
構成すればよい。例えば、反強磁性層には、ＰｔＭｎ、
ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ等を、第２の強磁性層には、Ｃｏ、
ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ等を、非磁性層には、Ｃｕ、Ａｇ、
Ａｕ等を、第１の強磁性層にはＦｅＣｏ、ＮｉＣｏ、Ｆ
ｅＣｏＮｉ等をそれぞれ用いることができる。また、磁
石層には、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ、ＳｍＣｏを用いる
ことができる。そして、本発明に係るスピンバルブ積層
体は、これらの各層の他に、下地膜、電子反射膜、バイ
アスキャンセル膜、保護膜等を含んでいてもよい。さら
にその積層順序は、基板側から、反強磁性層、第２の強
磁性層、非磁性層及び第１の強磁性層としてもよい。
構成としては、特に限定はない。つまり、スピンバルブ
積層体を構成する各層は、それぞれの機能を示す物質で
構成すればよい。例えば、反強磁性層には、ＰｔＭｎ、
ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ等を、第２の強磁性層には、Ｃｏ、
ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ等を、非磁性層には、Ｃｕ、Ａｇ、
Ａｕ等を、第１の強磁性層にはＦｅＣｏ、ＮｉＣｏ、Ｆ
ｅＣｏＮｉ等をそれぞれ用いることができる。また、磁
石層には、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ、ＳｍＣｏを用いる
ことができる。そして、本発明に係るスピンバルブ積層
体は、これらの各層の他に、下地膜、電子反射膜、バイ
アスキャンセル膜、保護膜等を含んでいてもよい。さら
にその積層順序は、基板側から、反強磁性層、第２の強
磁性層、非磁性層及び第１の強磁性層としてもよい。
【００２９】本実施形態では、スピンバルブ積層体の１
つの具体的な例として、基板にＡｌＴｉＣを、第１の強
磁性層（フリー層）１０にＮｉＦｅ／Ｃｏを、非磁性層
１１にＣｕを第２の強磁性層（ピンド層）１２にＦｅＭ
ｎを用いている。このスピンバルブ積層体１６を形成す
るには、まず、ＡｌＴｉＣ基板（ウエハ）上に下地層
（Ａｌ2 Ｏ3 ）、下シールド層（ＦｅＡｌＳｉ）及び下
ギャップ層（Ａｌ2 Ｏ3）を形成した後、下地層（Ｔ
ａ）を５ｎｍ、フリー層を構成する強磁性層（ＮｉＦｅ
／Ｃｏ）１０をそれぞれ９ｎｍ及び１ｎｍ、非磁性金属
層（Ｃｕ）１１を２．５ｎｍ、ピンド層を構成する強磁
性層（Ｃｏ）１２を２．５ｎｍ、反強磁性層（ＦｅＭ
ｎ）１３を１０ｎｍ、並びに保護層（Ｔａ）を５ｎｍで
それぞれＲＦスパッタ法により成膜する。
つの具体的な例として、基板にＡｌＴｉＣを、第１の強
磁性層（フリー層）１０にＮｉＦｅ／Ｃｏを、非磁性層
１１にＣｕを第２の強磁性層（ピンド層）１２にＦｅＭ
ｎを用いている。このスピンバルブ積層体１６を形成す
るには、まず、ＡｌＴｉＣ基板（ウエハ）上に下地層
（Ａｌ2 Ｏ3 ）、下シールド層（ＦｅＡｌＳｉ）及び下
ギャップ層（Ａｌ2 Ｏ3）を形成した後、下地層（Ｔ
ａ）を５ｎｍ、フリー層を構成する強磁性層（ＮｉＦｅ
／Ｃｏ）１０をそれぞれ９ｎｍ及び１ｎｍ、非磁性金属
層（Ｃｕ）１１を２．５ｎｍ、ピンド層を構成する強磁
性層（Ｃｏ）１２を２．５ｎｍ、反強磁性層（ＦｅＭ
ｎ）１３を１０ｎｍ、並びに保護層（Ｔａ）を５ｎｍで
それぞれＲＦスパッタ法により成膜する。
【００３０】次いで、パターニング用のレジストを形成
した後、イオンミリングにより加工してスピンバルブ積
層体１６を形成する。その後、下地層（ＴｉＷ）を１０
ｎｍ、磁石層（ＣｏＰｔ）１４及び１５を５０ｎｍ、及
び電極膜（Ｔａ）を５０ｎｍ形成し、さらに上部ギャッ
プ層（Ａｌ2 Ｏ3 ）及び上部シールド層（ＮｉＦｅ）を
形成することにより、ウエハ上に多数の再生用のスピン
バルブＭＲ素子部を完成する。以上の各工程は、いずれ
もこの分野における公知の工程である。
した後、イオンミリングにより加工してスピンバルブ積
層体１６を形成する。その後、下地層（ＴｉＷ）を１０
ｎｍ、磁石層（ＣｏＰｔ）１４及び１５を５０ｎｍ、及
び電極膜（Ｔａ）を５０ｎｍ形成し、さらに上部ギャッ
プ層（Ａｌ2 Ｏ3 ）及び上部シールド層（ＮｉＦｅ）を
形成することにより、ウエハ上に多数の再生用のスピン
バルブＭＲ素子部を完成する。以上の各工程は、いずれ
もこの分野における公知の工程である。
【００３１】このようにして完成したウエハについて、
フリー層１０及びピンド層１２の磁化方向を互いに直交
化させるために、以下のアニール処理を行う。
フリー層１０及びピンド層１２の磁化方向を互いに直交
化させるために、以下のアニール処理を行う。
【００３２】図２の（Ａ）に示すように、まず、フリー
層１０のアニール処理を行う。このアニール処理は、縦
方向（トラック幅方向）であって後述する縦バイアス磁
界方向（基準方向）に１〜３ｋＯｅの磁界を印加した状
態で約２５０℃の熱処理を施すことによって、フリー層
１０の磁化容易方向を基準方向に向けるものである。
層１０のアニール処理を行う。このアニール処理は、縦
方向（トラック幅方向）であって後述する縦バイアス磁
界方向（基準方向）に１〜３ｋＯｅの磁界を印加した状
態で約２５０℃の熱処理を施すことによって、フリー層
１０の磁化容易方向を基準方向に向けるものである。
【００３３】次いで、同図の（Ｂ）に示すように、交換
バイアス磁界形成用のアニール処理を行う。このアニー
ル処理は、熱処理温度を約１６０℃まで降温させてから
ウエハを９０°を越えて１３０°以下である角度だけ回
転させることにより印加磁界方向が基準方向に対して９
０°を越え１３０°以下の角度とした後、室温まで降温
させる。これにより、交換バイアス磁界Ｈexの角度は、
基準方向に対して９０°を越え１３０°以下の角度とな
る。
バイアス磁界形成用のアニール処理を行う。このアニー
ル処理は、熱処理温度を約１６０℃まで降温させてから
ウエハを９０°を越えて１３０°以下である角度だけ回
転させることにより印加磁界方向が基準方向に対して９
０°を越え１３０°以下の角度とした後、室温まで降温
させる。これにより、交換バイアス磁界Ｈexの角度は、
基準方向に対して９０°を越え１３０°以下の角度とな
る。
【００３４】その後、同図の（Ｃ）に示すように、磁石
層１４及び１５を常温中で基準方向に着磁し、基準方向
の縦バイアス磁界を発生させる。
層１４及び１５を常温中で基準方向に着磁し、基準方向
の縦バイアス磁界を発生させる。
【００３５】このように、交換バイアス磁界形成用のア
ニール処理により、ピンド層１２が受ける交換バイアス
磁界Ｈexの方向（ピンド方向）の基準方向に対する角度
であるＨex角度が、ピンド層１２のほぼ全ての領域にお
いて、９０°を越えるように処理される。このため、同
図の（Ｃ）に示されているように、ピンド層１２の特に
両端部における最終的に合成される磁化の角度θp は９
０°より小さいが、ピンド層１２全体としては、ほぼ９
０°（θp ≒９０°）となるのである。
ニール処理により、ピンド層１２が受ける交換バイアス
磁界Ｈexの方向（ピンド方向）の基準方向に対する角度
であるＨex角度が、ピンド層１２のほぼ全ての領域にお
いて、９０°を越えるように処理される。このため、同
図の（Ｃ）に示されているように、ピンド層１２の特に
両端部における最終的に合成される磁化の角度θp は９
０°より小さいが、ピンド層１２全体としては、ほぼ９
０°（θp ≒９０°）となるのである。
【００３６】図３及び図４は、比較を行うため、交換バ
イアス磁界形成用の印加磁界方向を５０〜１３０°の角
度（基準方向に対する角度）に変化させることによりＨ
ex角度を５０〜１３０°にそれぞれ変化させたスピンバ
ルブＭＲ素子の外部印加磁界対出力電圧特性の測定結果
を示している。この測定は、常温時のスピンバルブＭＲ
素子についてρ−Ｈテスタを用いて行った。ただし、測
定時、素子には良好な波形対称性の得られるアゲインス
ト方向の４ｍＡのセンス電流が流された。
イアス磁界形成用の印加磁界方向を５０〜１３０°の角
度（基準方向に対する角度）に変化させることによりＨ
ex角度を５０〜１３０°にそれぞれ変化させたスピンバ
ルブＭＲ素子の外部印加磁界対出力電圧特性の測定結果
を示している。この測定は、常温時のスピンバルブＭＲ
素子についてρ−Ｈテスタを用いて行った。ただし、測
定時、素子には良好な波形対称性の得られるアゲインス
ト方向の４ｍＡのセンス電流が流された。
【００３７】また、図５は、このようにして測定したス
ピンバルブＭＲ素子の外部印加磁界対出力電圧特性を換
算して得た、スピンバルブＭＲ素子のＨex角度に対する
ピーク出力電圧特性を示している。さらに、図６は、ス
ピンバルブＭＲ素子のＨex角度に対する出力の非対称度
特性を示している。これらの図から明らかのように、Ｈ
ex角度が９０°を越えて１３０°以下であるときに、９
００μＶpp以上の出力電圧が得られ、また、出力の非対
称度が許容できる範囲に収まることが分かる。
ピンバルブＭＲ素子の外部印加磁界対出力電圧特性を換
算して得た、スピンバルブＭＲ素子のＨex角度に対する
ピーク出力電圧特性を示している。さらに、図６は、ス
ピンバルブＭＲ素子のＨex角度に対する出力の非対称度
特性を示している。これらの図から明らかのように、Ｈ
ex角度が９０°を越えて１３０°以下であるときに、９
００μＶpp以上の出力電圧が得られ、また、出力の非対
称度が許容できる範囲に収まることが分かる。
【００３８】図７は、本実施形態におけるスピンバルブ
ＭＲ素子の交換バイアス磁界Ｈex自体の温度特性を示し
ている。温度が上昇するにつれて交換バイアス磁界Ｈex
は低下し、１６０℃近傍でＨex＝０となっている。
ＭＲ素子の交換バイアス磁界Ｈex自体の温度特性を示し
ている。温度が上昇するにつれて交換バイアス磁界Ｈex
は低下し、１６０℃近傍でＨex＝０となっている。
【００３９】図８及び図９は、Ｈex角度の異なるスピン
バルブＭＲ素子のピーク出力電圧の温度特性をそれぞれ
示している。ただし、この出力電圧は、６０Ｏｅの均一
磁界中における値である。
バルブＭＲ素子のピーク出力電圧の温度特性をそれぞれ
示している。ただし、この出力電圧は、６０Ｏｅの均一
磁界中における値である。
【００４０】図８に示すように、Ｈex角度が５０〜９０
°の範囲では、Ｈex角度が大きいほど出力が大きく、雰
囲気温度の上昇に対しても同じ傾向となる。一方、図９
に示すように、Ｈex角度が９０〜１３０°の範囲では、
常温（約２５℃）で互いにほぼ等しい大きい出力が得ら
れ、雰囲気温度が５０〜１２０℃の領域でも常温とほぼ
同様の大きい出力が保たれている。従って、この意味か
らも、Ｈex角度が９０°を越えた１３０°以下の範囲
で、出力電圧が大きく素子温度が上昇した場合にも高い
出力を維持できることが理解できる。
°の範囲では、Ｈex角度が大きいほど出力が大きく、雰
囲気温度の上昇に対しても同じ傾向となる。一方、図９
に示すように、Ｈex角度が９０〜１３０°の範囲では、
常温（約２５℃）で互いにほぼ等しい大きい出力が得ら
れ、雰囲気温度が５０〜１２０℃の領域でも常温とほぼ
同様の大きい出力が保たれている。従って、この意味か
らも、Ｈex角度が９０°を越えた１３０°以下の範囲
で、出力電圧が大きく素子温度が上昇した場合にも高い
出力を維持できることが理解できる。
【００４１】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。この実施形態におけるスピンバルブＭＲ素子の構
成及びアニール処理を除くウエハの製造工程は、図１の
実施形態の場合と全く同様である。従って以下の説明
は、完成したウエハについて、フリー層１０及びピンド
層１２の磁化方向を互いに直交化させるためにアニール
処理についてのみ行う。
する。この実施形態におけるスピンバルブＭＲ素子の構
成及びアニール処理を除くウエハの製造工程は、図１の
実施形態の場合と全く同様である。従って以下の説明
は、完成したウエハについて、フリー層１０及びピンド
層１２の磁化方向を互いに直交化させるためにアニール
処理についてのみ行う。
【００４２】まず、図１０の（Ａ）に示すように、磁石
層１４及び１５を常温中で基準方向とは逆方向に着磁
し、基準方向と逆方向の縦方向磁界を発生させる。
層１４及び１５を常温中で基準方向とは逆方向に着磁
し、基準方向と逆方向の縦方向磁界を発生させる。
【００４３】次いで、同図の（Ｂ）に示すように、フリ
ー層１０のアニール処理を行う。このアニール処理は、
基準方向に１〜３ｋＯｅの磁界を印加した状態で約２５
０℃の熱処理を施すことによって、フリー層１０の磁化
容易方向を基準方向に向けるものである。
ー層１０のアニール処理を行う。このアニール処理は、
基準方向に１〜３ｋＯｅの磁界を印加した状態で約２５
０℃の熱処理を施すことによって、フリー層１０の磁化
容易方向を基準方向に向けるものである。
【００４４】次いで、同図の（Ｃ）に示すように、交換
バイアス磁界形成用のアニール処理を行う。このアニー
ル処理は、熱処理温度を約１６０℃まで降温させてから
ウエハを９０°だけ回転させることにより印加磁界方向
が基準方向に対して９０°とした後、室温まで降温させ
る。これにより、交換バイアス磁界Ｈexの角度は、ピン
ド層１２の中央部においては基準方向と逆方向の縦方向
磁界の影響がほとんどないため、基準方向に対して９０
°の角度となる。一方、ピンド層１２の両端部において
は印加磁界に加えて基準方向と逆方向の縦方向磁界の影
響を受けるため、交換バイアス磁界Ｈexの角度は９０°
を越える角度となる。
バイアス磁界形成用のアニール処理を行う。このアニー
ル処理は、熱処理温度を約１６０℃まで降温させてから
ウエハを９０°だけ回転させることにより印加磁界方向
が基準方向に対して９０°とした後、室温まで降温させ
る。これにより、交換バイアス磁界Ｈexの角度は、ピン
ド層１２の中央部においては基準方向と逆方向の縦方向
磁界の影響がほとんどないため、基準方向に対して９０
°の角度となる。一方、ピンド層１２の両端部において
は印加磁界に加えて基準方向と逆方向の縦方向磁界の影
響を受けるため、交換バイアス磁界Ｈexの角度は９０°
を越える角度となる。
【００４５】磁石層（ＣｏＰｔ）１４及び１５の残留磁
化が７５０ｅｍｕ／ｃｍ3 の場合、その層厚を２０〜５
０ｎｍとすることにより、ピンド層１２のトラック両端
から約０．１５μｍまでの領域に印加される基準方向と
逆方向の縦方向磁界が２５０〜１０００Ｏｅとなる。従
って、アニール処理時の横方向の交換バイアス磁界を１
０００〜２０００Ｏｅとすることにより、これら基準方
向と逆方向の縦方向磁界と横方向の交換バイアス磁界と
の合成磁界を基準方向に対して、１００°以上かつ１４
０°以下の角度とすることができる。
化が７５０ｅｍｕ／ｃｍ3 の場合、その層厚を２０〜５
０ｎｍとすることにより、ピンド層１２のトラック両端
から約０．１５μｍまでの領域に印加される基準方向と
逆方向の縦方向磁界が２５０〜１０００Ｏｅとなる。従
って、アニール処理時の横方向の交換バイアス磁界を１
０００〜２０００Ｏｅとすることにより、これら基準方
向と逆方向の縦方向磁界と横方向の交換バイアス磁界と
の合成磁界を基準方向に対して、１００°以上かつ１４
０°以下の角度とすることができる。
【００４６】その後、同図の（Ｄ）に示すように、磁石
層１４及び１５を常温中で基準方向に再着磁し、基準方
向の縦バイアス磁界を発生させる。
層１４及び１５を常温中で基準方向に再着磁し、基準方
向の縦バイアス磁界を発生させる。
【００４７】このように、交換バイアス磁界形成用のア
ニール処理により、ピンド層１２が受ける交換バイアス
磁界Ｈexの方向（ピンド方向）の基準方向に対する角度
であるＨex角度が、ピンド層１２の両端部において、１
００°以上かつ１４０°以下となるように処理される。
このため、同図の（Ｄ）に示すように、ピンド層１２の
全ての領域における最終的に合成される磁化の角度θp
が、ほぼ９０°（θp≒９０°）となるのである。
ニール処理により、ピンド層１２が受ける交換バイアス
磁界Ｈexの方向（ピンド方向）の基準方向に対する角度
であるＨex角度が、ピンド層１２の両端部において、１
００°以上かつ１４０°以下となるように処理される。
このため、同図の（Ｄ）に示すように、ピンド層１２の
全ての領域における最終的に合成される磁化の角度θp
が、ほぼ９０°（θp≒９０°）となるのである。
【００４８】以上述べた実施形態及び実施例は全て本発
明を例示的に示すものであって限定的に示すものではな
く、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施す
ることができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲
及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
明を例示的に示すものであって限定的に示すものではな
く、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施す
ることができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲
及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００４９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ピンド層が受ける交換バイアス磁界の方向と縦バ
イアス磁界の方向（基準方向）とのなす角度であるＨex
角度が、ピンド層の少なくとも一部において、９０°を
越えるように設定されているので、ピンド層の最終的に
合成された磁化の角度θp をθp ≒９０°とすることが
できるのである。その結果、出力向上や出力波形の対称
性向上等の出力特性の向上を図ることができると共に、
使用温度範囲の拡大を図ることができる。
れば、ピンド層が受ける交換バイアス磁界の方向と縦バ
イアス磁界の方向（基準方向）とのなす角度であるＨex
角度が、ピンド層の少なくとも一部において、９０°を
越えるように設定されているので、ピンド層の最終的に
合成された磁化の角度θp をθp ≒９０°とすることが
できるのである。その結果、出力向上や出力波形の対称
性向上等の出力特性の向上を図ることができると共に、
使用温度範囲の拡大を図ることができる。
【００５０】本発明によれば、さらに、スピンバルブ積
層体を形成する工程と、スピンバルブ積層体に縦バイア
ス磁界を印加するための縦バイアス手段をスピンバルブ
積層体のトラック幅方向（縦方向）の両端に形成する工
程と、ピンド層に交換バイアス磁界が働くように反強磁
性層のブロッキング温度以下の温度においてスピンバル
ブ積層体に磁界を印加する交換バイアス磁界形成用のア
ニール工程とを備えており、アニール工程は、縦バイア
ス磁界の方向とのなす角度が９０°を越える方向に交換
バイアス磁界形成用の磁界を印加する工程である薄膜磁
気ヘッドの製造方法が提供される。このような交換バイ
アス磁界形成用のアニール工程により、ピンド層が受け
る交換バイアス磁界の方向と縦バイアス磁界の方向（基
準方向）とのなす角度であるＨex角度が、ピンド層の全
ての領域において、９０°を越えるようになる。このた
め、ピンド層全体としての磁化の角度θp をθp ≒９０
°とすることができるのである。その結果、出力向上や
出力波形の対称性向上等の出力特性の向上を図ることが
できると共に、使用温度範囲の拡大を図ることができ
る。
層体を形成する工程と、スピンバルブ積層体に縦バイア
ス磁界を印加するための縦バイアス手段をスピンバルブ
積層体のトラック幅方向（縦方向）の両端に形成する工
程と、ピンド層に交換バイアス磁界が働くように反強磁
性層のブロッキング温度以下の温度においてスピンバル
ブ積層体に磁界を印加する交換バイアス磁界形成用のア
ニール工程とを備えており、アニール工程は、縦バイア
ス磁界の方向とのなす角度が９０°を越える方向に交換
バイアス磁界形成用の磁界を印加する工程である薄膜磁
気ヘッドの製造方法が提供される。このような交換バイ
アス磁界形成用のアニール工程により、ピンド層が受け
る交換バイアス磁界の方向と縦バイアス磁界の方向（基
準方向）とのなす角度であるＨex角度が、ピンド層の全
ての領域において、９０°を越えるようになる。このた
め、ピンド層全体としての磁化の角度θp をθp ≒９０
°とすることができるのである。その結果、出力向上や
出力波形の対称性向上等の出力特性の向上を図ることが
できると共に、使用温度範囲の拡大を図ることができ
る。
【００５１】本発明によれば、またさらに、スピンバル
ブ積層体を形成する工程と、スピンバルブ積層体に縦バ
イアス磁界を印加するための磁石層をスピンバルブ積層
体のトラック幅方向の両端に形成する工程と、磁石層を
正規の方向の縦バイアス磁界が得られる着磁方向とは逆
方向に着磁する工程と、ピンド層に交換バイアス磁界が
働くように反強磁性層のブロッキング温度以下の温度に
おいてスピンバルブ積層体に正規の縦バイアス磁界の方
向とほぼ直交する方向の磁界を印加する交換バイアス磁
界形成用のアニール工程と、磁石層を正規の方向の縦バ
イアス磁界が得られる方向に再着磁する工程とを備えて
いる薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。磁石層が
正規の方向（基準方向）とは逆方向に着磁された状態で
交換バイアス磁界形成用のアニール工程（ただし、交換
バイアス磁界は基準方向と直交する方向に印加される）
が行われるので、Ｈex角度は、ピンド層の縦方向の両端
部では９０°越え、中央部ではほぼ９０°のＨex角度と
なる。即ち、アニール工程中、ピンド層の両端部では縦
バイアス磁界が働くため、合成された交換バイアス磁界
によるＨex角度が９０°より大きくなり、ピンド層の全
ての領域で、θp をθp ≒９０°とすることができるの
である。その結果、出力向上や出力波形の対称性向上等
の出力特性の向上を図ることができると共に、使用温度
範囲の拡大を図ることができる。
ブ積層体を形成する工程と、スピンバルブ積層体に縦バ
イアス磁界を印加するための磁石層をスピンバルブ積層
体のトラック幅方向の両端に形成する工程と、磁石層を
正規の方向の縦バイアス磁界が得られる着磁方向とは逆
方向に着磁する工程と、ピンド層に交換バイアス磁界が
働くように反強磁性層のブロッキング温度以下の温度に
おいてスピンバルブ積層体に正規の縦バイアス磁界の方
向とほぼ直交する方向の磁界を印加する交換バイアス磁
界形成用のアニール工程と、磁石層を正規の方向の縦バ
イアス磁界が得られる方向に再着磁する工程とを備えて
いる薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。磁石層が
正規の方向（基準方向）とは逆方向に着磁された状態で
交換バイアス磁界形成用のアニール工程（ただし、交換
バイアス磁界は基準方向と直交する方向に印加される）
が行われるので、Ｈex角度は、ピンド層の縦方向の両端
部では９０°越え、中央部ではほぼ９０°のＨex角度と
なる。即ち、アニール工程中、ピンド層の両端部では縦
バイアス磁界が働くため、合成された交換バイアス磁界
によるＨex角度が９０°より大きくなり、ピンド層の全
ての領域で、θp をθp ≒９０°とすることができるの
である。その結果、出力向上や出力波形の対称性向上等
の出力特性の向上を図ることができると共に、使用温度
範囲の拡大を図ることができる。
【図１】本発明の一実施形態として、薄膜磁気ヘッドの
スピンバルブＭＲ素子に設けられたスピンバルブ積層体
の基本構造を示す断面図である。
スピンバルブＭＲ素子に設けられたスピンバルブ積層体
の基本構造を示す断面図である。
【図２】図１の実施形態におけるアニール処理手順を説
明する図である。
明する図である。
【図３】Ｈex角度の異なるスピンバルブＭＲ素子の外部
印加磁界に対する出力特性を示す図である。
印加磁界に対する出力特性を示す図である。
【図４】Ｈex角度の異なるスピンバルブＭＲ素子の外部
印加磁界に対する出力特性を示す図である。
印加磁界に対する出力特性を示す図である。
【図５】スピンバルブＭＲ素子のＨex角度に対するピー
ク出力電圧特性を示す図である。
ク出力電圧特性を示す図である。
【図６】スピンバルブＭＲ素子のＨex角度に対する出力
の非対称度特性を示す図である。
の非対称度特性を示す図である。
【図７】図１の実施形態におけるスピンバルブＭＲ素子
の交換バイアス磁界自体の温度特性を示す図である。
の交換バイアス磁界自体の温度特性を示す図である。
【図８】Ｈex角度の異なるスピンバルブＭＲ素子のピー
ク出力電圧の温度特性を示す図である。
ク出力電圧の温度特性を示す図である。
【図９】Ｈex角度の異なるスピンバルブＭＲ素子のピー
ク出力電圧の温度特性を示す図である。
ク出力電圧の温度特性を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態におけるアニール処理
手順を説明する図である。
手順を説明する図である。
１０、１２ 強磁性層 １１ 非磁性金属層 １３ 反強磁性層 １４、１５ 磁石層 １６ スピンバルブ積層体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年３月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】本実施形態では、スピンバルブ積層体の１
つの具体的な例として、基板にＡｌＴｉＣを、第１の強
磁性層（フリー層）１０にＮｉＦｅ／Ｃｏを、非磁性層
１１にＣｕを、第２の強磁性層（ピンド層）１２にＣｏ
を、反強磁性層１３にＦｅＭｎを用いている。このスピ
ンバルブ積層体１６を形成するには、まず、ＡｌＴｉＣ
基板（ウエハ）上に下地層（Ａｌ２ Ｏ３） 、下シール
ド層（ＦｅＡｌＳｉ）及び下ギャップ層（Ａｌ２
Ｏ３）を形成した後、下地層（Ｔａ）を５ｎｍ、フリー
層を構成する強磁性層（ＮｉＦｅ／Ｃｏ）１０をそれぞ
れ９ｎｍ及び１ｎｍ、非磁性金属層（Ｃｕ）１１を２．
５ｎｍ、ピンド層を構成する強磁性層（Ｃｏ）１２を
２．５ｎｍ、反強磁性層（ＦｅＭｎ）１３を１０ｎｍ、
並びに保護層（Ｔａ）を５ｎｍでそれぞれＲＦスパッタ
法により成膜する。
つの具体的な例として、基板にＡｌＴｉＣを、第１の強
磁性層（フリー層）１０にＮｉＦｅ／Ｃｏを、非磁性層
１１にＣｕを、第２の強磁性層（ピンド層）１２にＣｏ
を、反強磁性層１３にＦｅＭｎを用いている。このスピ
ンバルブ積層体１６を形成するには、まず、ＡｌＴｉＣ
基板（ウエハ）上に下地層（Ａｌ２ Ｏ３） 、下シール
ド層（ＦｅＡｌＳｉ）及び下ギャップ層（Ａｌ２
Ｏ３）を形成した後、下地層（Ｔａ）を５ｎｍ、フリー
層を構成する強磁性層（ＮｉＦｅ／Ｃｏ）１０をそれぞ
れ９ｎｍ及び１ｎｍ、非磁性金属層（Ｃｕ）１１を２．
５ｎｍ、ピンド層を構成する強磁性層（Ｃｏ）１２を
２．５ｎｍ、反強磁性層（ＦｅＭｎ）１３を１０ｎｍ、
並びに保護層（Ｔａ）を５ｎｍでそれぞれＲＦスパッタ
法により成膜する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】図８に示すように、Ｈｅｘ角度が５０〜９
０°の範囲では、Ｈｅｘ角度が大きいほど出力が大き
く、雰囲気温度が上昇しても出力が大きい。一方、図９
に示すように、Ｈｅｘ角度が９０〜１３０°の範囲で
は、常温（約２５℃）で互いにほぼ等しい大きい出力が
得られ、雰囲気温度が５０〜１２０℃の領域でも常温と
ほぼ同様の大きい出力が保たれている。従って、この意
味からも、Ｈｅｘ角度が９０°を越えた１３０°以下の
範囲で、出力電圧が大きくなり、また、素子温度が上昇
した場合にも高い出力を維持できることが理解できる。
０°の範囲では、Ｈｅｘ角度が大きいほど出力が大き
く、雰囲気温度が上昇しても出力が大きい。一方、図９
に示すように、Ｈｅｘ角度が９０〜１３０°の範囲で
は、常温（約２５℃）で互いにほぼ等しい大きい出力が
得られ、雰囲気温度が５０〜１２０℃の領域でも常温と
ほぼ同様の大きい出力が保たれている。従って、この意
味からも、Ｈｅｘ角度が９０°を越えた１３０°以下の
範囲で、出力電圧が大きくなり、また、素子温度が上昇
した場合にも高い出力を維持できることが理解できる。
Claims (12)
- 【請求項１】 非磁性層、該非磁性層を挟んで積層され
た第１及び第２の強磁性層、並びに該第２の強磁性層の
前記非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を
含むスピンバルブ積層体と、該スピンバルブ積層体のト
ラック幅方向の両端に設けられており該スピンバルブ積
層体に縦バイアス磁界を印加する縦バイアス手段とを備
えた薄膜磁気ヘッドであって、前記反強磁性層との交換
結合によって前記第２の強磁性層が受ける交換バイアス
磁界の方向と前記印加される縦バイアス磁界の方向との
なす角度が、前記第２の強磁性層の少なくとも一部にお
いて、９０°を越えるように構成されていることを特徴
とする薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項２】 前記交換バイアス磁界の方向と前記印加
される縦バイアス磁界の方向とのなす角度が、１３０°
以下となるように構成されていることを特徴とする請求
項１に記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項３】 前記第２の強磁性層の全ての領域におい
て前記交換バイアス磁界の方向と前記印加される縦バイ
アス磁界の方向とのなす角度が、９０°を越えるように
構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載
の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項４】 前記第２の強磁性層の縦方向の両端部に
おける前記交換バイアス磁界の方向と前記印加される縦
バイアス磁界の方向とのなす角度が、縦方向の中央部に
おける前記交換バイアス磁界の方向と前記印加される縦
バイアス磁界の方向とのなす角度より大きくなるように
構成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜
磁気ヘッド。 - 【請求項５】 前記第２の強磁性層の縦方向の両端部に
おける前記交換バイアス磁界の方向と前記印加される縦
バイアス磁界の方向とのなす角度が、１００°以上かつ
１４０°以下となるように構成されていることを特徴と
する請求項４に記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項６】 非磁性層、該非磁性層を挟んで積層され
た第１及び第２の強磁性層、並びに該第２の強磁性層の
前記非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を
含むスピンバルブ積層体を形成する工程と、該スピンバ
ルブ積層体に縦バイアス磁界を印加するための縦バイア
ス手段を該スピンバルブ積層体のトラック幅方向の両端
に形成する工程と、前記第２の強磁性層に交換バイアス
磁界が働くように前記反強磁性層のブロッキング温度以
下の温度において該スピンバルブ積層体に磁界を印加す
る交換バイアス磁界形成用のアニール工程とを備えてお
り、該アニール工程は、前記縦バイアス磁界の方向との
なす角度が９０°を越える方向に交換バイアス磁界形成
用の磁界を印加する工程であることを特徴とする薄膜磁
気ヘッドの製造方法。 - 【請求項７】 前記交換バイアス磁界形成用のアニール
工程は、前記縦バイアス磁界の方向とのなす角度が１３
０°以下の方向に磁界を印加する工程であることを特徴
とする請求項６に記載の製造方法。 - 【請求項８】 非磁性層、該非磁性層を挟んで積層され
た第１及び第２の強磁性層、並びに該第２の強磁性層の
前記非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層を
含むスピンバルブ積層体を形成する工程と、該スピンバ
ルブ積層体に縦バイアス磁界を印加するための磁石層を
該スピンバルブ積層体のトラック幅方向の両端に形成す
る工程と、前記磁石層を正規の方向の縦バイアス磁界が
得られる着磁方向とは逆方向に着磁する工程と、前記第
２の強磁性層に交換バイアス磁界が働くように前記反強
磁性層のブロッキング温度以下の温度において該スピン
バルブ積層体に前記正規の縦バイアス磁界の方向とほぼ
直交する方向の磁界を印加する交換バイアス磁界形成用
のアニール工程と、前記磁石層を正規の方向の縦バイア
ス磁界が得られる方向に再着磁する工程とを備えている
ことを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。 - 【請求項９】 前記交換バイアス磁界形成用のアニール
工程は、前記第２の強磁性層の縦方向の両端部において
合成される交換バイアス磁界と前記縦バイアス磁界の方
向とのなす角度が１００°以上かつ１４０°以下となる
ように前記交換バイアス磁界を印加する工程であること
を特徴とする請求項８に記載の製造方法。 - 【請求項１０】 前記交換バイアス磁界形成用のアニー
ル工程の前に実施され、前記第１の強磁性層の異方性の
制御を行うアニール工程をさらに備えたことを特徴とす
る請求項６から９のいずれか１項に記載の製造方法。 - 【請求項１１】 非磁性層、該非磁性層を挟んで積層さ
れた第１及び第２の強磁性層、並びに該第２の強磁性層
の前記非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層
を含む磁性多層膜を備えた磁気センサであって、前記反
強磁性層との交換結合によって前記第２の強磁性層が受
ける交換バイアス磁界の方向が、前記第２の強磁性層の
少なくとも一部において、当該磁気センサの感磁面方向
に対して９０°を越えるように構成されていることを特
徴とする磁気センサ。 - 【請求項１２】 非磁性層、該非磁性層を挟んで積層さ
れた第１及び第２の強磁性層、並びに該第２の強磁性層
の前記非磁性層とは反対側の面に積層された反強磁性層
を含む磁性多層膜を備えた薄膜磁気ヘッドであって、前
記反強磁性層との交換結合によって前記第２の強磁性層
が受ける交換バイアス磁界の方向が、前記第２の強磁性
層の少なくとも一部において、当該薄膜磁気ヘッドのト
ラック幅方向に対して９０°を越えるように構成されて
いることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09227198A JP3456409B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
| US09/272,615 US6270588B1 (en) | 1998-03-23 | 1999-03-19 | Magnetoresistive effect sensor, thin-film magnetic head with the sensor and manufacturing method of the thin-film magnetic head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09227198A JP3456409B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11273034A true JPH11273034A (ja) | 1999-10-08 |
| JP3456409B2 JP3456409B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=14049744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09227198A Expired - Fee Related JP3456409B2 (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6270588B1 (ja) |
| JP (1) | JP3456409B2 (ja) |
Cited By (4)
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| WO2002084680A1 (de) * | 2001-04-12 | 2002-10-24 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Verfahren zum festlegen von referenzmagnetisierungen in schichtsystemen |
| KR100379981B1 (ko) * | 1999-12-06 | 2003-04-11 | 알프스 덴키 가부시키가이샤 | 스핀밸브형 자기저항효과 소자 및 그것을 구비한박막자기헤드와 그들의 제조방법 |
| US6747852B2 (en) | 2001-08-17 | 2004-06-08 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistance sensors with Pt-Mn transverse and longitudinal pinning layers and a decoupling insulation layer |
| US7060509B2 (en) | 2001-04-12 | 2006-06-13 | Leibniz-Institut Fuer Festkoerper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Method for defining reference magnetizations in layer systems |
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| TW550394B (en) * | 2000-10-26 | 2003-09-01 | Res Inst For Electric And Magn | Thin-film magnetic field sensor |
| US6721131B2 (en) | 2001-03-15 | 2004-04-13 | Seagate Technology Llc | Composite write pole for a magnetic recording head |
| US7688555B2 (en) * | 2004-06-15 | 2010-03-30 | Headway Technologies, Inc. | Hard bias design for extra high density recording |
| EP2983001B1 (en) * | 2013-04-01 | 2020-11-04 | SIRC Co., Ltd. | Sensor element with temperature compensating function, and magnetic sensor and electric power measuring device which use same |
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| US5422571A (en) | 1993-02-08 | 1995-06-06 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive spin valve sensor having a nonmagnetic back layer |
| JPH10241124A (ja) * | 1997-02-28 | 1998-09-11 | Tdk Corp | スピンバルブ磁気抵抗素子の磁気特性制御方法及び該素子を備えた磁気ヘッドの磁気特性制御方法 |
| JPH1196516A (ja) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Fujitsu Ltd | スピンバルブ磁気抵抗効果型ヘッドの製造法及びこの製造方法で製造されたスピンバルブ磁気抵抗効果型ヘッド |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP09227198A patent/JP3456409B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-03-19 US US09/272,615 patent/US6270588B1/en not_active Expired - Lifetime
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| US6747852B2 (en) | 2001-08-17 | 2004-06-08 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistance sensors with Pt-Mn transverse and longitudinal pinning layers and a decoupling insulation layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US6270588B1 (en) | 2001-08-07 |
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