JPH11339226A - Magnetoresistance effect element and magnetic head using the same, magnetic head assembly and magnetic recording device - Google Patents

Magnetoresistance effect element and magnetic head using the same, magnetic head assembly and magnetic recording device

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JPH11339226A
JPH11339226A JP14327898A JP14327898A JPH11339226A JP H11339226 A JPH11339226 A JP H11339226A JP 14327898 A JP14327898 A JP 14327898A JP 14327898 A JP14327898 A JP 14327898A JP H11339226 A JPH11339226 A JP H11339226A
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magnetic
layer
magnetic field
film
anisotropic
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JP14327898A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Hashimoto
進 橋本
Yuzo Kamiguchi
裕三 上口
Hideaki Fukuzawa
英明 福澤
Katsuhiko Koui
克彦 鴻井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the change of the anisotropic magnetic field of a free layer and the reduction of the rate of change in MR based on it, when magnetization directions of upper and lower magnetic layers between which a nonmagnetic layer is interposed are made to be in an orthogonal relation in a spin valve type magnetoresistance effect element. SOLUTION: This magnetoresistance effect element is provided with a magnetoresistance effect film 14, having a first magnetic layer (free layer) 15 whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, a nonmagnetic layer 16 and a second magnetic layer (spin layer) 17 whose magnetization is fixed and electrodes which supply a sense current to the magnetoresistance effect film 14. The free layer 15 has relaxing components of two kinds or more, having different mitigation times of anisotropic magnetic field and the first relaxing component (Hk1 ) whose relaxation time is the fastest among the two or more kinds of relaxation components relaxes the anisotropic magnetic field of the layer. The ratio of the first relaxing component is, for example, 60% or more or 40% or less with respect to the total of mitigation components of the anisotropic magnetic field.

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】本発明は、磁性層/非磁性層
/磁性層構造の磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果素
子と、それを用いた磁気ヘッド、磁気ヘッドアッセンブ
リおよび磁気記録装置に関する。
The present invention relates to a magnetoresistive element having a magnetoresistive film having a magnetic layer / non-magnetic layer / magnetic layer structure, and a magnetic head, a magnetic head assembly and a magnetic recording apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、磁気記録媒体に記録された情報
の読み出しには、コイルを有する再生用磁気へッドを記
録媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する
電磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法(誘
導型ヘッド)や、ある種の強磁性体の電気抵抗が外部磁
界の強さに応じて変化する現象(磁気抵抗効果(M
R))を利用する方法(MRヘッド)が用いられる。近
年、磁気記録媒体の小型・大容量化を達成するために、
磁気記録密度の高密度化で進められており、情報読み出
し時における再生用ヘッドと磁気記録媒体との相対速度
が小さくなってきている。このため、相対速度が小さく
なっても大きな出力が取り出せるMRヘッドが実用化さ
れつつある。
2. Description of the Related Art Generally, in order to read information recorded on a magnetic recording medium, a reproducing magnetic head having a coil is moved relative to the recording medium, and the coil is moved by electromagnetic induction generated at that time. To detect the voltage induced in the magnetic field (induction type head) or the phenomenon that the electric resistance of a certain ferromagnetic material changes according to the strength of the external magnetic field (the magnetoresistance effect (M
R)) (MR head). In recent years, in order to reduce the size and capacity of magnetic recording media,
As the magnetic recording density has been increased, the relative speed between the reproducing head and the magnetic recording medium at the time of reading information has been reduced. For this reason, MR heads capable of taking out a large output even when the relative speed is reduced are being put to practical use.

【0003】従来、MRヘッドの外部磁界を感知して抵
抗が変化する部分(MRエレメント)には、Ni−Fe
合金(いわゆるパーマロイ系合金)か用いられてきた。
しかし、パーマロイ系合金は良好な軟磁気特性を有する
ものの、その磁気抵抗変化率(MR変化率)が最大で3%
程度であるため、高密度に記録された磁気記録媒体用の
MRエレメントにはより高感度でMR変化率の大きな材
料の開発が望まれている。 このような要望に対して、
Fe/CrやCo/Cuのように強磁性金属膜と非磁性
金属膜とを交互に積層して、近接する強磁性膜間を反強
磁性結合させた人工格子膜において、巨大なMR変化率
が得られている。しかし、これらの人工格子膜はその飽
和磁界が大きいため、MRエレメントには不向きであ
る。
Conventionally, a portion (MR element) where the resistance changes by sensing the external magnetic field of the MR head is provided by Ni-Fe.
Alloys (so-called permalloy alloys) have been used.
However, although the permalloy alloy has good soft magnetic properties, its magnetoresistance change (MR change) is up to 3%.
Therefore, it is desired to develop a material having higher sensitivity and a large MR change rate for an MR element for a magnetic recording medium recorded at high density. In response to such a request,
Giant MR ratio in an artificial lattice film in which ferromagnetic metal films and non-magnetic metal films such as Fe / Cr and Co / Cu are alternately laminated and adjacent ferromagnetic films are antiferromagnetically coupled. Has been obtained. However, these artificial lattice films are not suitable for MR elements due to their large saturation magnetic field.

【0004】一方、強磁性膜/非磁性膜/強磁性膜のサ
ンドイッチ膜構造の積層膜で、強磁性膜が反強磁性結合
しない場合でも、大きなMR変化率が得られている。す
なわち、非磁性膜を挟んだ 2つの強磁性膜の一方に、交
換バイアスを及ぼして磁化を固定しておき(ピン層)、
他方の強磁性膜を外部磁界により磁化反転させる(フリ
ー層)構造である。このように、非磁性膜を挟んで配置
された 2つの強磁性膜の磁化方向の相対的な角度を変化
させることによって、大きなMR変化率が得られる。こ
のような磁気抵抗効果膜はスピンバルブ膜と呼ばれてい
る(Phys. Rev.B, Vol.45, 806(1992)、J.Appl. Phys.
Vol.69, 4774(1991)など参照)。
On the other hand, a large MR ratio is obtained even when the ferromagnetic film does not have antiferromagnetic coupling in a laminated film having a sandwich film structure of a ferromagnetic film / nonmagnetic film / ferromagnetic film. That is, an exchange bias is applied to one of the two ferromagnetic films sandwiching the non-magnetic film to fix the magnetization (pin layer).
It has a structure in which the magnetization of the other ferromagnetic film is reversed by an external magnetic field (free layer). As described above, by changing the relative angle between the magnetization directions of the two ferromagnetic films disposed with the non-magnetic film interposed therebetween, a large MR change rate can be obtained. Such a magnetoresistive film is called a spin valve film (Phys. Rev. B, Vol. 45, 806 (1992), J. Appl. Phys.
Vol. 69, 4774 (1991)).

【0005】スピンバルブ膜のMR変化率は、人工格子
膜に比べて小さいものの、低磁界で磁化を飽和させるこ
とができるため、MRエレメントに適している。このよ
うなことから、現在、スピンバルブ膜を用いたMRヘッ
ドは、実用化に向けて盛んに研究・開発が進められてい
る。
Although the MR ratio of the spin valve film is smaller than that of the artificial lattice film, the magnetization can be saturated with a low magnetic field, and thus the spin valve film is suitable for the MR element. For these reasons, research and development of MR heads using spin valve films are being actively pursued for practical use.

【0006】ところで、サンドイッチ膜構造を有するス
ピンバルブ膜では、磁気抵抗効果を起こす部分の総膜厚
が薄く、強磁性膜の膜厚に対するMR変化率の依存性が
大きい。このため、スピンバルブ膜を用いて磁気抵抗効
果素子を構成する場合には、磁性層の材料の選択と膜厚
の設定が重要になる。
Meanwhile, in a spin valve film having a sandwich film structure, the total thickness of the portion where the magnetoresistance effect occurs is small, and the MR change rate greatly depends on the thickness of the ferromagnetic film. For this reason, when a magnetoresistive element is formed using a spin valve film, it is important to select a material for the magnetic layer and set the film thickness.

【0007】さらに、スピンバルブ膜においては、一般
に非磁性膜を挟んだ 2つの強磁性膜の磁化方向を互いに
直交関係とすることによって、低磁界で磁化の飽和を実
現している。この場合、一方の強磁性膜(ピン層)に反
強磁性膜や硬磁性膜により安定な交換バイアスを及ぼし
て磁化を固定しておき、他方の強磁性膜(フリー層)の
磁化は磁界中熱処理などにより、ピン層の磁化方向と直
交するような方向に付与している。
Further, in a spin valve film, magnetization saturation is realized at a low magnetic field generally by making the magnetization directions of two ferromagnetic films sandwiching a nonmagnetic film mutually orthogonal. In this case, a stable exchange bias is applied to one ferromagnetic film (pin layer) by an antiferromagnetic film or a hard magnetic film to fix the magnetization, and the other ferromagnetic film (free layer) By heat treatment or the like, the orientation is given in a direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned layer.

【0008】しかしながら、非磁性膜を挟んだ 2つの強
磁性膜の磁化方向が直交していることは磁気エネルギー
的に安定ではなく、このためヘッド動作時に印加される
熱などによって、フリー層とピン層の磁化方向が互いの
同一方向か、反強磁性結合のいずれかに変化しやすいと
いう問題がある。このように、フリー層とピン層の磁化
方向が変化してしまうと、MR変化率が低下して磁気へ
ッドとしての再生出力が小さくなってしまう。
However, the fact that the magnetization directions of the two ferromagnetic films sandwiching the non-magnetic film are perpendicular to each other is not stable in terms of magnetic energy, and therefore the free layer and the pin are not affected by heat applied during head operation. There is a problem that the magnetization directions of the layers are easily changed to either the same direction or antiferromagnetic coupling. As described above, when the magnetization directions of the free layer and the pinned layer change, the MR change rate decreases and the reproduction output as a magnetic head decreases.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、スピ
ンバルブ膜ではフリー層とピン層の磁化方向を互いに直
交方向とすることで低磁界での磁化飽和を実現している
が、このような磁化状態は磁気エネルギー的に安定では
ないため、フリー層とピン層の磁化方向が互いに同一方
向か、反強磁性結合のいずれかに変化しやすいという問
題がある。
As described above, in the spin valve film, magnetization saturation in a low magnetic field is realized by setting the magnetization directions of the free layer and the pinned layer to be orthogonal to each other. Since the magnetization state is not stable in terms of magnetic energy, there is a problem that the magnetization directions of the free layer and the pinned layer tend to change to the same direction or to antiferromagnetic coupling.

【0010】このようなスピンバルブ膜におけるフリー
層とピン層の磁化方向の変化は、MR変化率の低下原因
となるため、フリー層とピン層の直交磁化関係を長期間
にわたって安定に維持することを可能にすることによ
り、スピンバルブ膜のMR変化率、ひいてはそれを用い
た磁気ヘッド(MRヘッド)の再生出力の信頼性を向上
させることが求められている。
Since the change in the magnetization direction between the free layer and the pinned layer in the spin valve film causes a reduction in the MR ratio, it is necessary to stably maintain the orthogonal magnetization relationship between the free layer and the pinned layer for a long period of time. It is required to improve the MR change rate of the spin valve film and the reliability of the reproduction output of the magnetic head (MR head) using the same.

【0011】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、 2つの磁性層の磁化方向を直交方向と
するスピンバルブ膜などにおいて、大きなMR変化率を
長期間にわたって安定に維持することを可能にした磁気
抵拭効果素子を提供することを目的としており、またそ
のような磁気抵抗効果素子を用いることによって、特性
およびその信頼性の向上を図った磁気ヘッド、磁気ヘッ
ドアッセンブリおよび磁気記録装置を提供することを目
的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to address such a problem, and in a spin valve film or the like in which the magnetization directions of two magnetic layers are perpendicular to each other, a large MR change rate is stably maintained for a long period of time. A magnetic head, a magnetic head assembly, and a magnetic head having improved characteristics and reliability thereof by using such a magnetoresistive effect element. It is intended to provide a recording device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、請求項1に記載したように、外部磁界により磁化
方向が変化する第1の磁性層と、前記第1の磁性層と非
磁性層を介して積層され、磁化固着された第2の磁性層
とを有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜にセ
ンス電流を供給する電極とを具備する磁気抵抗効果素子
において、前記第1の磁性層は、異方性磁界の緩和時問
が異なる 2種類以上の緩和成分を有し、前記 2種類以上
の緩和成分のうち、最も緩和時問が早い第1の緩和成分
が緩和していることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetoresistive element having a first magnetic layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, and a first magnetic layer which is not in contact with the first magnetic layer. A magnetoresistive effect element comprising: a magnetoresistive effect film having a second magnetic layer laminated and magnetically fixed with a magnetic layer interposed therebetween, and an electrode for supplying a sense current to the magnetoresistive effect film; The first magnetic layer has two or more types of relaxation components having different relaxation times of the anisotropic magnetic field, and among the two or more types of relaxation components, the first relaxation component having the earliest relaxation time relaxes. It is characterized by having.

【0013】本発明の磁気抵抗効果素子において、第1
の磁性層は請求項2に記載したように、異方性磁界の緩
和成分の合計に対して第1の緩和成分の割合が 60%以上
であること、あるいは請求項3に記載したように、異方
性磁界の緩和成分の合計に対して第1の緩和成分の割合
が 40%以下であることが好ましい。
In the magnetoresistance effect element according to the present invention, the first
The ratio of the first relaxing component to the total relaxing component of the anisotropic magnetic field is 60% or more as described in claim 2, or as described in claim 3, The ratio of the first relaxing component to the total relaxing component of the anisotropic magnetic field is preferably 40% or less.

【0014】さらに、本発明の磁気抵抗効果素子におい
て、第1の磁性層と第2の磁性層との磁化方向が互いに
略直交関係にある場合、第1の磁性層の異方性磁界の第
1の緩和成分が 60%以上であるときには、請求項4に記
載したように、第1の磁性層に対して第2の磁性層の磁
化方向と略同一方向に異方性磁界を付与すると共に、割
合が 60%以上の第1の緩和成分を緩和させることによ
り、第1の磁性層の磁化方向を第2の磁性層の磁化方向
と略直交させていることを特徴としている。例えば、 2
50℃以上の温度で第2の磁性層の磁化方向に異方性を付
与した後、その温度より低い温度で第1の磁性層に第2
の磁性層の磁化方向と略直交する方向に異方性を付与す
る。
Further, in the magnetoresistive element according to the present invention, when the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are substantially orthogonal to each other, the first anisotropic magnetic field of the first magnetic layer can be reduced. When the relaxation component of 1 is 60% or more, an anisotropic magnetic field is applied to the first magnetic layer in substantially the same direction as the magnetization direction of the second magnetic layer, as described in claim 4. The magnetization direction of the first magnetic layer is substantially perpendicular to the magnetization direction of the second magnetic layer by relaxing the first relaxation component having a ratio of 60% or more. For example, 2
After imparting anisotropy to the magnetization direction of the second magnetic layer at a temperature of 50 ° C. or more, the second magnetic layer is applied to the first magnetic layer at a temperature lower than that temperature.
Anisotropy is provided in a direction substantially perpendicular to the magnetization direction of the magnetic layer.

【0015】第1の磁性層の異方性磁界の第1の緩和成
分が 40%以下であるときには、請求項5に記載したよう
に、第1の磁性層に対して第2の磁性層の磁化方向と略
直交方向に異方性磁界を付与すると共に、割合が 40%以
上の第1の緩和成分を緩和させることにより、第1の磁
性層の磁化方向を第2の磁性層の磁化方向と略直交させ
ていることを特徴としている。例えば、第1の磁性層に
異方性付与の熱処理を施した後、第2の磁性層に第1の
磁性層の磁化方向と略直交する方向に異方性を付与す
る。本発明の磁気抵抗効果素子において、第2の磁性層
の磁化固着温度は例えば 300℃以上とすることができ
る。
[0015] When the first relaxing component of the anisotropic magnetic field of the first magnetic layer is 40% or less, the second magnetic layer has a smaller thickness than the first magnetic layer. By applying an anisotropic magnetic field in a direction substantially perpendicular to the magnetization direction and relaxing the first relaxation component having a ratio of 40% or more, the magnetization direction of the first magnetic layer is changed to the magnetization direction of the second magnetic layer. It is characterized by being substantially orthogonal to. For example, after performing a heat treatment for imparting anisotropy to the first magnetic layer, anisotropy is imparted to the second magnetic layer in a direction substantially orthogonal to the magnetization direction of the first magnetic layer. In the magnetoresistance effect element of the present invention, the magnetization fixing temperature of the second magnetic layer can be, for example, 300 ° C. or higher.

【0016】本発明の磁気ヘッドにおいて、再生ヘッド
としての磁気ヘッドは請求項7に記載したように、下側
磁気シールド層と、前記下側磁気シールド層上に下側再
生磁気ギャップを介して形成された、上記した本発明の
磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に上側再
生磁気ギャップを介して形成された上側磁気シールド層
とを具備することを特徴としている。
In the magnetic head according to the present invention, the magnetic head as a reproducing head is formed with a lower magnetic shield layer and a lower reproducing magnetic gap formed on the lower magnetic shield layer. The magnetoresistive element of the present invention described above, and an upper magnetic shield layer formed on the magnetoresistive element with an upper reproducing magnetic gap interposed therebetween.

【0017】また、録再分離型の磁気ヘッドは、請求項
8に記載したように、下側磁気シールド層と、前記下側
磁気シールド層上に下側再生磁気ギャップを介して形成
された、上記した本発明の磁気抵抗効果素子と、前記磁
気抵抗効果素子上に上側再生磁気ギャップを介して形成
された上側磁気シールド層とを有する再生ヘッドと、前
記上側磁気シールド層と共通化された下側磁極と、前記
下側磁極上に形成された記録磁気ギャップと、前記記録
磁気ギャップ上に設けられた上側磁極とを有する記録ヘ
ッドとを具備することを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, a recording / reproducing separation type magnetic head is formed with a lower magnetic shield layer and a lower reproducing magnetic gap formed on the lower magnetic shield layer. A read head having the above-described magnetoresistive element of the present invention, an upper magnetic shield layer formed on the magnetoresistive effect element via an upper read magnetic gap, and a read head shared with the upper magnetic shield layer. The recording head includes a side magnetic pole, a recording magnetic gap formed on the lower magnetic pole, and an upper magnetic pole provided on the recording magnetic gap.

【0018】本発明の磁気ヘッドアッセンブリは、請求
項9に記載したように、上記した本発明の録再分離型磁
気ヘッドを有するヘッドスライダと、前記ヘッドスライ
ダが搭載されたサスペンションを有するアームとを具備
することを特徴としている。また、本発明の磁気記録装
置は、請求項10に記載したように、磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に磁界により信号を書き込み、かつ前
記磁気記録媒体から発生する磁界により信号を読み取
る、上記した本発明の録再分離型磁気ヘッドを備えるヘ
ッドスライダとを具備することを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a magnetic head assembly comprising: a head slider having the recording / reproducing separation type magnetic head according to the present invention; and an arm having a suspension on which the head slider is mounted. It is characterized by having. Further, according to the magnetic recording device of the present invention, as described in claim 10, a magnetic recording medium,
A head slider provided with the above-mentioned recording / reproducing type magnetic head of the present invention, which writes a signal to the magnetic recording medium by a magnetic field and reads a signal by a magnetic field generated from the magnetic recording medium, is provided.

【0019】ここで、磁性層全体の異方性磁界Hk は、
以下に示すような条件下で得られる異方性磁界と定義す
る。例えば、熱酸化シリコンなどの基板上に通常のスパ
ッタ法で磁性膜(例えば膜厚10nmのNi80Fe20(at%)
合金やCoFe合金の単層膜、これらの積層膜など)を
形成した後、この磁性膜に一定方向の磁界を印加した状
態で熱処理を施して、磁性膜に十分な異方性を付与す
る。なお、十分な異方性の付与とは、磁界中熱処理によ
り異方性磁界の大きさがほとんど変化しない程度に付与
された状態を指す。このような単層膜や積層膜などの各
膜構成において、磁界中熱処理などにより十分に大きな
異方性が付与された膜の異方性磁界を終点のHk とす
る。
Here, the anisotropic magnetic field H k of the entire magnetic layer is:
It is defined as an anisotropic magnetic field obtained under the following conditions. For example, a magnetic film (for example, Ni 80 Fe 20 (at%) having a film thickness of 10 nm) is formed on a substrate such as thermally oxidized silicon by a normal sputtering method.
After forming a single-layer film of an alloy or a CoFe alloy, or a laminated film of these, a heat treatment is applied to the magnetic film in a state where a magnetic field in a certain direction is applied to impart sufficient anisotropy to the magnetic film. It should be noted that imparting sufficient anisotropy refers to a state in which the magnitude of the anisotropic magnetic field is hardly changed by heat treatment in a magnetic field. In each film configuration such as a single-layer film and a laminated film, an anisotropic magnetic field of a film to which a sufficiently large anisotropy is given by a heat treatment in a magnetic field or the like is defined as an end point Hk.

【0020】このように、膜面の一方向に磁気異方性が
付与された膜を、その磁気異方性が付与された磁化方向
に対して直交方向に磁場を印加した状態で、ある温度で
保持すると、初期に付与された異方性磁界の大きさが徐
々に変化する。非常に長い時間保持すると、最終的には
初期に付与された異方性磁界の方向に対して直交した方
向(磁場を印加した方向)が異方性磁界の方向になる。
この挙動を異方性磁界の緩和と呼び、初期の異方性磁界
k に対して直交方向に緩和した異方性磁界を−Hk
する。このとき、初期に付与した異方性磁界(Hk )と
直交方向に緩和した異方性磁界(−Hk )との大きさは
同じであり、Hk =|−Hk |の関係にある。
As described above, the film provided with magnetic anisotropy in one direction of the film surface is heated at a certain temperature in a state where a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the magnetization direction provided with the magnetic anisotropy. , The magnitude of the initially applied anisotropic magnetic field gradually changes. If the holding is performed for a very long time, the direction perpendicular to the direction of the initially applied anisotropic magnetic field (the direction in which the magnetic field is applied) eventually becomes the direction of the anisotropic magnetic field.
Call this behavior and mitigation of anisotropy field, the anisotropic magnetic field relaxation in a direction perpendicular to the initial anisotropy field H k and -H k. At this time, the magnitude of the anisotropic magnetic field applied initially (H k) and the orthogonal direction to the relaxed anisotropy field (-H k) is the same, H k = | a relationship | -H k is there.

【0021】上述したように、異方性磁界を有する膜に
対してある温度で直交方向に磁界を印加すると、時間の
経過と共に異方性磁界の大きさとその方向が徐々に変化
(緩和)するが、このとき異方性磁界の緩和の速さと大
きさが異なる成分(異方性磁界の緩和成分)が存在す
る。このような 2種類以上の緩和成分のうち、最も緩和
時間が早い成分を第1の緩和成分(第1の異方性磁界H
k1)とし、そのときの緩和時間をτ1 とする。また、H
k1より遅く緩和する異方性磁界の緩和成分を、例えば第
2の緩和成分(第2の異方性磁界Hk2)とし、そのとき
の緩和時間をτ2とする。
As described above, when a magnetic field is applied to a film having an anisotropic magnetic field in a direction orthogonal to a certain temperature, the magnitude and the direction of the anisotropic magnetic field gradually change (relax) over time. However, at this time, there is a component (relative component of the anisotropic magnetic field) having a different speed and magnitude of the relaxation of the anisotropic magnetic field. Of the two or more types of relaxation components, the component having the fastest relaxation time is the first relaxation component (the first anisotropic magnetic field H
and k1), the relaxation time of the time and τ 1. Also, H
The relaxation component of the anisotropic magnetic field that relaxes later than k1 is, for example, a second relaxation component (second anisotropic magnetic field H k2 ), and the relaxation time at that time is τ 2 .

【0022】磁性層が緩和速度や大きさが異なる 2種類
以上の異方性磁界の緩和成分を有する場合、それぞれの
緩和時間(例えばτ1 とτ2 )は温度により変化し、温
度上昇と共に早くなる。また、膜組成や膜構成によっ
て、各緩和成分の割合も変化する。ここで、緩和成分の
割合とは、異方性磁界の緩和成分の合計に対して当該緩
和成分の割合を指すものとし、例えば磁性層の異方性磁
界の緩和成分が第1の異方性磁界Hk1と第2の異方性磁
界Hk2とからなる場合、第1の異方性磁界Hk1の割合は
k1/Hk1+Hk2(=2*Hk )となる。
When the magnetic layer has two or more kinds of anisotropic magnetic field relaxation components having different relaxation speeds and magnitudes, the respective relaxation times (for example, τ 1 and τ 2 ) change depending on the temperature, and the relaxation time increases as the temperature rises. Become. In addition, the ratio of each relaxation component changes depending on the film composition and the film configuration. Here, the ratio of the relaxing component refers to the ratio of the relaxing component to the total relaxing component of the anisotropic magnetic field. For example, the relaxing component of the anisotropic magnetic field of the magnetic layer is the first anisotropic magnetic field. If the magnetic field H k1 made of a second anisotropic magnetic field H k2 Prefecture, the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 becomes H k1 / H k1 + H k2 (= 2 * H k).

【0023】また、第1の磁性層(フリー層)の異方性
磁界を初期に付与した異方性の方向に対して直交方向に
緩和させた場合、第1の異方性磁界Hk1を緩和させた後
の磁化状態は、例えばHk1とHk2の割合によって異な
る。例えば、緩和時問が早い第1の異方性磁界Hk1の割
合(Hk1/2*Hk )が大きい場合(図1に線aで示
す)、第1の異方性磁界Hk1が緩和した後には、初期の
異方性磁界に対して直交方向の磁界がフリー層の磁化方
向として残る。一方、第1の異方性磁界Hk1の割合(H
k1/ 2* k )が小さい場合(図1に線cで示す)、第
1の異方性磁界Hk1が緩和した後においても、初期の異
方性磁界がフリー層の磁化方向として残る。また、第1
の異方性磁界Hk1の割合が仮に 50%の場合には、第1の
異方性磁界Hk1が緩和した後におけるフリー層の異方性
磁界の大きさはほぼ零となり、見かけ上は等方性膜とな
る。
When the anisotropic magnetic field of the first magnetic layer (free layer) is relaxed in a direction perpendicular to the direction of the anisotropy initially applied, the first anisotropic magnetic field H k1 is reduced. The magnetization state after the relaxation differs depending on, for example, the ratio between H k1 and H k2 . For example, when the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 (H k1 / 2 * H k ) whose relaxation time is early is large (indicated by a line a in FIG. 1), the first anisotropic magnetic field H k1 becomes large. After the relaxation, a magnetic field perpendicular to the initial anisotropic magnetic field remains as the magnetization direction of the free layer. On the other hand, the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 (H
When k 1/2 * H k ) is small (indicated by the line c in FIG. 1), the initial anisotropic magnetic field remains as the magnetization direction of the free layer even after the first anisotropic magnetic field H k1 is relaxed. . Also, the first
If the proportion of the anisotropic magnetic field H k1 is assumed 50% of the almost becomes zero is the magnitude of the anisotropy field of the free layer after providing the first anisotropic magnetic field H k1 is relaxed, apparently It becomes an isotropic film.

【0024】このように、磁性層(例えばフリー層)の
異方性磁界の大きさは、異方性磁界の緩和時問が異なる
2種類以上の緩和成分に基づいて経時的に変化する。こ
のようなフリー層を有する磁気抵抗効果膜を磁気ヘッド
に用いると、MR変化率が低下して、そのような磁気ヘ
ッドを有する磁気記録装置においては再生出力に変動が
生じる。
As described above, the magnitude of the anisotropic magnetic field of the magnetic layer (for example, the free layer) differs depending on the relaxation time of the anisotropic magnetic field.
Changes over time based on two or more relaxation components. When a magnetoresistive film having such a free layer is used for a magnetic head, the MR ratio is reduced, and a reproduction output varies in a magnetic recording apparatus having such a magnetic head.

【0025】本発明は、異方性磁界の緩和に 2種類以上
の成分が存在すること、また各緩和成分により異方性磁
界の緩和時間が異なることを見出すことにより成された
ものである。すなわち、例えば図1に示すように、第2
の異方性磁界Hk2は第1の異方性磁界Hk1に比べて緩和
時間が極端に長いため、緩和時問が早い第1の異方性磁
界Hk1を緩和させた後の状態は磁気的に安定な状態とい
うことができる。
The present invention has been accomplished by finding that two or more components exist in the relaxation of the anisotropic magnetic field, and that the relaxation time of the anisotropic magnetic field differs depending on each relaxation component. That is, for example, as shown in FIG.
For anisotropic magnetic field H k2 are extremely long relaxation time than the first anisotropic magnetic field H k1, state after relaxation time question is to relax the earlier first anisotropic magnetic field H k1 is It can be said that it is a magnetically stable state.

【0026】このように、最も緩和時問が早い第1の緩
和成分(第1の異方性磁界Hk1)を緩和させている本発
明の磁気抵抗効果素子は、第1の磁性層(フリー層)と
第2の磁性層(ピン層)との磁化方向が互いに略直交関
係にある場合においても、第1の磁性層(フリー層)の
磁化方向は安定である。従って、本発明の磁気抵抗効果
素子によれば、MR変化率の低下などを抑制することが
でき、ひいてはそのような磁気抵抗効果素子を有する磁
気ヘッドを用いた磁気記録装置の再生出力の変動を抑制
することが可能となる。
As described above, the magnetoresistive effect element of the present invention in which the first relaxation component (first anisotropic magnetic field H k1 ) whose relaxation time is the earliest is relaxed is the first magnetic layer (free). The magnetization direction of the first magnetic layer (free layer) is stable even when the magnetization directions of the layer and the second magnetic layer (pin layer) are substantially orthogonal to each other. Therefore, according to the magnetoresistive effect element of the present invention, it is possible to suppress a decrease in the MR ratio and the like. It becomes possible to suppress.

【0027】さらに、最も緩和時問が早い第1の緩和成
分(第1の異方性磁界Hk1)の割合(Hk1/2*Hk )に
応じて、初期の熱処理時に印加する磁界の方向をピン層
方向(ピン層優先)またはフリー層方向(フリー層優
先)のどちらかとすることによって、第1の磁性層(フ
リー層)の磁化方向の安定化を図った上で、第2の磁性
層(ピン層)の磁化方向に対して略直交させることがで
きる。
Furthermore, most relaxation time Q is earlier first relaxation component according to (first anisotropic magnetic field H k1) ratio of (H k1 / 2 * H k ), of the magnetic field applied during the initial heat treatment By stabilizing the magnetization direction of the first magnetic layer (free layer) by setting the direction to either the pin layer direction (pin layer priority) or the free layer direction (free layer priority), It can be made substantially perpendicular to the magnetization direction of the magnetic layer (pin layer).

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0029】図2および図3は本発明の磁気抵抗効果素
子を再生素子部に適用した録再分離型磁気ヘッドの一実
施形態の構造を示す図である。図2は録再分離型磁気ヘ
ッドを媒体対向面方向から見た断面図、図3はその磁気
抵抗効果膜部分を拡大して示す断面図である。
FIGS. 2 and 3 are views showing the structure of an embodiment of a recording / reproducing separation type magnetic head in which the magnetoresistive element of the present invention is applied to a reproducing element section. FIG. 2 is a sectional view of the recording / reproducing separation type magnetic head viewed from the medium facing surface direction, and FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the magnetoresistive film portion.

【0030】これらの図において、11は基板であり、
この基板11としてはAl2 3 層を有するAl2 3
・TiC基板などが用いられる。このような基板11の
主表面上には、CoZrNb非晶質合金、NiFe合
金、FeSiAl合金などの軟磁性材料からなる下側磁
気シールド層12が形成されている。下側磁気シールド
層12上にはAlOx などの非磁性絶縁材料からなる下
側再生磁気ギャップ13を介して磁気抵抗効果膜(MR
膜)14が形成されている。
In these figures, reference numeral 11 denotes a substrate,
As the substrate 11, Al 2 O 3 having an Al 2 O 3 layer
-A TiC substrate or the like is used. On the main surface of such a substrate 11, a lower magnetic shield layer 12 made of a soft magnetic material such as a CoZrNb amorphous alloy, a NiFe alloy, or a FeSiAl alloy is formed. A magnetoresistive film (MR) is formed on the lower magnetic shield layer 12 via a lower reproducing magnetic gap 13 made of a nonmagnetic insulating material such as AlO x.
A film 14 is formed.

【0031】MR膜14は、例えば図3に示すように、
外部磁界により磁化方向が変化する第1の磁性層(フリ
ー層)15、非磁性層16、磁化固着された第2の磁性
層(ピン層)17および反強磁性層18を順に積層した
磁性多層膜を有し、巨大磁気抵抗効果を示すいわゆるス
ピンバルブ膜(スピンバルブGMR膜)である。
The MR film 14 is formed, for example, as shown in FIG.
A magnetic multilayer in which a first magnetic layer (free layer) 15, a non-magnetic layer 16, a magnetically fixed second magnetic layer (pin layer) 17, and an antiferromagnetic layer 18 in which the magnetization direction is changed by an external magnetic field are sequentially stacked. This is a so-called spin valve film (spin valve GMR film) having a film and exhibiting a giant magnetoresistance effect.

【0032】フリー層15およびピン層17には、Co
やCoFe合金のようなCo合金、あるいはNiFe合
金などが用いられる。これらは単層膜であっても、また
積層膜であってもよい。例えば、フリー層15を積層膜
で構成する場合、上記したような磁性膜の積層膜、また
さらにアモルファスCoZrNb合金膜、NiFe合金
に各種添加元素を添加した磁性合金膜などを積層した積
層膜など、各種の磁性膜の積層膜を適用することができ
る。この場合、フリー層15の異方性磁界Hkは、積層
膜全体としての異方性磁界を指すものとする。
The free layer 15 and the pinned layer 17 have Co
Co alloys such as CoFe alloys and NiFe alloys are used. These may be single-layer films or stacked films. For example, when the free layer 15 is composed of a laminated film, a laminated film of a magnetic film as described above, an amorphous CoZrNb alloy film, a laminated film of a magnetic alloy film obtained by adding various additive elements to a NiFe alloy, and the like, A laminated film of various magnetic films can be applied. In this case, the anisotropic magnetic field H k of the free layer 15 indicates the anisotropic magnetic field of the entire laminated film.

【0033】非磁性層16には、Cu、Au、Agおよ
びこれらの合金などが用いられる。反強磁性層18に
は、IrMn合金、PtMn合金、NiMn合金、Ni
Oなど、各種の反強磁性材料が使用される。また、ピン
層17の磁化固着は反強磁性層18との交換結合に限ら
れるものではなく、反強磁性結合などを利用することも
可能である。
The nonmagnetic layer 16 is made of Cu, Au, Ag, or an alloy thereof. The antiferromagnetic layer 18 includes an IrMn alloy, a PtMn alloy, a NiMn alloy, Ni
Various antiferromagnetic materials such as O are used. Further, the pinning of the magnetization of the pinned layer 17 is not limited to the exchange coupling with the antiferromagnetic layer 18, but it is also possible to use antiferromagnetic coupling or the like.

【0034】なお、図中19はTaやTiなどからなる
下地膜、20は同様な材料からなる保護膜である。これ
らは必要に応じて形成される。また、スピンバルブGM
R膜14の構造は、図3に示したようにフリー層15が
下側に配置された構造に限らず、例えばピン層17を下
側に配置した構造であってもよい。
In the drawing, reference numeral 19 denotes a base film made of Ta, Ti or the like, and reference numeral 20 denotes a protective film made of a similar material. These are formed as needed. Also, spin valve GM
The structure of the R film 14 is not limited to the structure in which the free layer 15 is arranged on the lower side as shown in FIG. 3, but may be a structure in which the pinned layer 17 is arranged on the lower side.

【0035】フリー層15とピン層17とは、それぞれ
磁化方向が互いに略直交関係にある。ここで、フリー層
15の磁化(異方性磁界)は、フリー層15を構成する
磁性層が異方性磁界の緩和時間が異なる 2種類以上の緩
和成分を有する場合に、これら 2種類以上の緩和成分の
うち最も緩和時問が早い第1の緩和成分(第1の異方性
磁界Hk1)を緩和させた状態にある。
The magnetization directions of the free layer 15 and the pinned layer 17 are substantially orthogonal to each other. Here, the magnetization (anisotropic magnetic field) of the free layer 15 is determined when the magnetic layer constituting the free layer 15 has two or more types of relaxation components having different relaxation times of the anisotropic magnetic field. The first relaxation component (first anisotropic magnetic field H k1 ), which has the earliest relaxation time among the relaxation components, is relaxed.

【0036】すなわち、フリー層15の異方性磁界が緩
和時間が早い成分(すなわち第1の異方性磁界Hk1)と
緩和時間が遅い成分(すなわち第2の異方性磁界Hk2
とを有する場合、図1に示したように、第1の異方性磁
界Hk1を緩和させ、緩和時間が第1の異方性磁界Hk1
比べて極端に長い第2の異方性磁界Hk2に基づいて、フ
リー層15の実用上の磁化方向が決定されている。従っ
て、フリー層15とピン層17との磁化方向を互いに略
直交関係としているにもかかわらず、フリー層15の磁
化方向は安定である。
That is, the component in which the anisotropic magnetic field of the free layer 15 has a fast relaxation time (ie, the first anisotropic magnetic field H k1 ) and the component in which the relaxation time is slow (ie, the second anisotropic magnetic field H k2 ).
If having the door, as shown in FIG. 1, to relax the first anisotropic magnetic field H k1, extremely long second anisotropic relaxation time than the first anisotropic magnetic field H k1 The practical magnetization direction of the free layer 15 is determined based on the magnetic field H k2 . Therefore, the magnetization directions of the free layer 15 and the pinned layer 17 are stable even though the magnetization directions are substantially orthogonal to each other.

【0037】また、フリー層15に対する初期の異方性
磁界の付与は、異方性磁界の緩和成分の合計に対する第
1の異方性磁界Hk1の割合に応じて決定されている。例
えば、第1の異方性磁界Hk1の割合、例えばHk1/Hk1
+Hk2(=2*Hk )が 60%以上( 60%≦Hk1<100%)であ
る場合には、第1の異方性磁界Hk1を緩和させた後に、
初期の異方性磁界に対して直交方向の磁界がフリー層1
5の磁化方向として残る。従って、初期の熱処理時に印
加する磁界方向はピン層方向(ピン層優先熱処理)とす
る。
The initial application of the anisotropic magnetic field to the free layer 15 is determined according to the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 to the total relaxation component of the anisotropic magnetic field. For example, the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 , for example, H k1 / H k1
When + H k2 (= 2 * H k ) is 60% or more (60% ≦ H k1 <100%), after relaxing the first anisotropic magnetic field H k1 ,
The magnetic field in the direction perpendicular to the initial anisotropic magnetic field is a free layer 1
5 remains as the magnetization direction. Therefore, the direction of the magnetic field applied during the initial heat treatment is set to the pin layer direction (pin layer preferential heat treatment).

【0038】具体的には、図4に示すように、まずピン
層17に対して所定の温度で所定の方向に異方性磁界H
k pin を付与すると共に、フリー層15に対してもピン
層17の磁化方向と同一方向に異方性磁界Hk0を付与す
る。次に、初期熱処理時に付与した異方性磁界Hk0の方
向と直交方向に磁界Hを印加しつつ、初期熱処理と同程
度もしくはそれ以下の温度で所定時間保持することによ
って、フリー層15の第1の異方性磁界Hk1を緩和させ
る。この際、Hk1の割合が 60%以上であるため、Hk1
緩和させた後には初期熱処理時に付与した異方性磁界H
k0の方向と略直交方向の異方性磁界Hk free、すなわち
ピン層17の磁化方向と略直交させた磁化がフリー層1
5の磁化方向として残る。
Specifically, as shown in FIG. 4, first, the anisotropic magnetic field H is applied to the pinned layer 17 in a predetermined direction at a predetermined temperature.
In addition to applying k pin, an anisotropic magnetic field H k0 is applied to the free layer 15 in the same direction as the magnetization direction of the pinned layer 17. Next, while applying a magnetic field H in a direction perpendicular to the direction of the anisotropic magnetic field H k0 applied during the initial heat treatment, the free layer 15 is kept at a temperature equal to or lower than that of the initial heat treatment for a predetermined time. to relieve the first anisotropic magnetic field H k1. At this time, since the proportion of H k1 is 60% or more, after relaxing H k1 , the anisotropic magnetic field H
anisotropic magnetic field of k0 in the direction substantially perpendicular to the direction H k free, i.e. free magnetization direction and the magnetization obtained by substantially perpendicular pin layer 17 is layer 1
5 remains as the magnetization direction.

【0039】一方、第1の異方性磁界Hk1の割合、例え
ばHk1/Hk1+Hk2(=2*Hk )が40%以下(0%<Hk1
40%)である場合には、第1の異方性磁界Hk1を緩和さ
せた後においても、初期の異方性磁界の方向がフリー層
15の磁化方向として残る。従って、初期の熱処理時に
印加する磁界方向はフリー層方向(フリー層優先熱処
理)とする。
On the other hand, the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 , for example, H k1 / H k1 + H k2 (= 2 * H k ) is 40% or less (0% <H k1
(40%), the direction of the initial anisotropic magnetic field remains as the magnetization direction of the free layer 15 even after relaxing the first anisotropic magnetic field H k1 . Therefore, the direction of the magnetic field applied during the initial heat treatment is set to the free layer direction (free layer preferential heat treatment).

【0040】具体的には図5に示すように、まず初期熱
処理時において、フリー層15に対して所定の温度で所
定の方向(フリー層15の最終的な磁化方向)に異方性
磁界Hk0を付与する。次に、初期熱処理時に付与した異
方性磁界Hk0の方向と直交方向、すなわちピン層17の
磁化方向に磁界Hを印加しつつ、初期熱処理と同程度も
しくはそれ以下の温度で所定時間保持する。この熱処理
によって、ピン層17に対して所定の方向に異方性磁界
k pin を付与すると共に、フリー層15の第1の異方
性磁界Hk1を緩和させる。この際、Hk1の割合が 40%以
下であるため、Hk1を緩和させた後においても初期熱処
理時に付与した異方性磁界Hk0と同方向の異方性磁界H
k free、すなわちピン層17の磁化方向と略直交させた
磁化がフリー層15の磁化方向として残る。
More specifically, as shown in FIG. 5, during the initial heat treatment, the anisotropic magnetic field H is applied to the free layer 15 in a predetermined direction at a predetermined temperature (final magnetization direction of the free layer 15). Add k0 . Next, while applying a magnetic field H in a direction orthogonal to the direction of the anisotropic magnetic field H k0 given at the time of the initial heat treatment, that is, in the magnetization direction of the pinned layer 17, it is kept at a temperature equal to or lower than that of the initial heat treatment for a predetermined time. . By this heat treatment, an anisotropic magnetic field H k pin is applied to the pinned layer 17 in a predetermined direction, and the first anisotropic magnetic field H k1 of the free layer 15 is relaxed. At this time, since the ratio of H k1 is 40% or less, even after relaxing H k1 , the anisotropic magnetic field H k0 in the same direction as the anisotropic magnetic field H k0 applied during the initial heat treatment is used.
k free, that is, the magnetization substantially perpendicular to the magnetization direction of the pinned layer 17 remains as the magnetization direction of the free layer 15.

【0041】このように、フリー層15の異方性磁界の
緩和成分に対する第1の異方性磁界Hk1の割合に応じ
て、ピン層優先またはフリー層優先の熱処理を施し、フ
リー層15に実用上の異方性磁界を付与することによっ
て、フリー層15とピン層17の磁化方向を容易に略直
交関係(動作点バイアス)とすることができると共に、
フリー層15の磁化方向を安定化させることができる。
さらに、第1の異方性磁界Hk1の割合によって、フリー
層15の異方性磁界の大きさを制御することができる。
フリー層15における異方性磁界の緩和成分の割合(例
えばHk1/2*Hk)は、フリー層15に用いる磁性材料
の種類や異なる磁性膜を積層したときの膜厚比などによ
って制御することができる。
As described above, according to the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 to the relaxing component of the anisotropic magnetic field of the free layer 15, the heat treatment giving priority to the pinned layer or the free layer is performed. By applying a practical anisotropic magnetic field, the magnetization directions of the free layer 15 and the pinned layer 17 can be easily made to have a substantially orthogonal relationship (operating point bias).
The magnetization direction of the free layer 15 can be stabilized.
Further, the magnitude of the anisotropic magnetic field of the free layer 15 can be controlled by the ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 .
The ratio of the relaxing component of the anisotropic magnetic field in the free layer 15 (for example, H k1 / 2 * H k ) is controlled by the type of magnetic material used for the free layer 15 and the thickness ratio when different magnetic films are stacked. be able to.

【0042】また、上記したような磁界中熱処理によれ
ば、ピン層17の磁化固着温度が例えば 300℃以上とい
うように高温である場合においても、容易に動作点バイ
アスを付与することができる。さらに、ピン層17の磁
化固着温度が例えば 300℃以上というように高温である
場合には、フリー層15の異方性磁界をより高温で付与
することができるため、フリー層15の磁化方向の熱安
定性をより一層高めることが可能となる。
Further, according to the above-described heat treatment in a magnetic field, even when the pinning temperature of the pinned layer 17 is as high as 300 ° C. or higher, an operating point bias can be easily applied. Further, when the magnetization pinning temperature of the pinned layer 17 is a high temperature, for example, 300 ° C. or higher, the anisotropic magnetic field of the free layer 15 can be applied at a higher temperature. Thermal stability can be further enhanced.

【0043】フリー層15の第1の異方性磁界Hk1の割
合は、上記したように 60%以上、あるいは 40%以下とす
ることが好ましい。第1の異方性磁界Hk1の割合が 40%
<Hk1< 60%の範囲であると、最終的にフリー層15に
付与する異方性磁界の大きさが小さくなりすぎ、スピン
バルブGMR膜14が小さな外部磁界で飽和することに
なる。従って、磁気ヘッドとしての再生出力の低下など
を招くことになる。フリー層15の第1の異方性磁界H
k1の割合は、 70%以上あるいは 30%以下であることがさ
らに好ましい。
The ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 of the free layer 15 is preferably 60% or more or 40% or less as described above. The ratio of the first anisotropic magnetic field H k1 is 40%
If the range is <H k1 <60%, the magnitude of the anisotropic magnetic field finally applied to the free layer 15 becomes too small, and the spin valve GMR film 14 is saturated with a small external magnetic field. Therefore, the reproduction output of the magnetic head is reduced. First anisotropic magnetic field H of free layer 15
The ratio of k1 is more preferably 70% or more or 30% or less.

【0044】上記したスピンバルブGMR膜14は、信
号磁界などの外部磁界を検出する磁界検出部に応じた形
状を有している。言い換えると、スピンバルブGMR膜
14は長さが所望のトラック幅となるように、記録トラ
ック幅から外れた部分が例えばエッチング除去された形
状を有している。このようなスピンバルブGMR膜14
の両エッジ部の外側には、スピンバルブGMR膜14に
バイアス磁界を印加する一対のバイアス磁界印加膜21
が形成されている。バイアス磁界印加膜21はスピンバ
ルブGMR膜14に対してアバット接合されている。こ
の際、バイアス磁界はフリー層15の異方性磁界と同方
向に付与される。
The above-mentioned spin valve GMR film 14 has a shape corresponding to a magnetic field detecting section for detecting an external magnetic field such as a signal magnetic field. In other words, the spin valve GMR film 14 has a shape in which a portion deviating from the recording track width is etched away, for example, so that the length has a desired track width. Such a spin valve GMR film 14
A pair of bias magnetic field applying films 21 for applying a bias magnetic field to the spin valve GMR film 14
Are formed. The bias magnetic field applying film 21 is abutted to the spin valve GMR film 14. At this time, the bias magnetic field is applied in the same direction as the anisotropic magnetic field of the free layer 15.

【0045】バイアス磁界印加膜21にはハード磁性膜
などが用いられる。また、ハードバイアス構造はアバッ
ト接合に限らず、スピンバルブGMR膜14の一部をバ
イアス磁界印加膜21上に積層するオーバーレイド構造
などを適用することもできる。さらに、スピンバルブG
MR膜14に印加するバイアス磁界はハードバイアスに
限らず、電流バイアスやサルバイアスなどの方法で印加
してもよい。
As the bias magnetic field applying film 21, a hard magnetic film or the like is used. Further, the hard bias structure is not limited to the abut junction, and an overlay structure in which a part of the spin valve GMR film 14 is stacked on the bias magnetic field application film 21 or the like can be applied. Furthermore, spin valve G
The bias magnetic field applied to the MR film 14 is not limited to the hard bias, but may be applied by a method such as a current bias or a sal bias.

【0046】一対のバイアス磁界印加膜21上には、C
u、Au、Zr、Taなどからなる一対の電極22が形
成されている。スピンバルブGMR膜14には一対の電
極22によりセンス電流が供給される。これらスピンバ
ルブGMR膜14、一対のバイアス磁界印加膜21およ
び一対の電極22によって、GMR再生素子23が構成
されている。
On the pair of bias magnetic field applying films 21, C
A pair of electrodes 22 made of u, Au, Zr, Ta or the like is formed. A sense current is supplied to the spin valve GMR film 14 by a pair of electrodes 22. The spin valve GMR film 14, a pair of bias magnetic field applying films 21 and a pair of electrodes 22 constitute a GMR reproducing element 23.

【0047】GMR再生素子23上には、下側再生磁気
ギャップ13と同様な非磁性絶縁材料からなる上側再生
磁気ギャップ24を介して、上側磁気シールド層25が
形成されている。上側磁気シールド層25は下側磁気シ
ールド層12と同様な軟磁性材料からなる。これら各構
成要素によって、再生ヘッドとしてのシールド型GMR
ヘッド26が構成されている。
On the GMR reproducing element 23, an upper magnetic shield layer 25 is formed via an upper reproducing magnetic gap 24 made of a nonmagnetic insulating material similar to the lower reproducing magnetic gap 13. The upper magnetic shield layer 25 is made of the same soft magnetic material as the lower magnetic shield layer 12. With these components, a shield type GMR as a reproducing head
The head 26 is configured.

【0048】シールド型GMRヘッド26上には、記録
ヘッドとして薄膜磁気ヘッド27が形成されている。薄
膜磁気ヘッド27の下側記録磁極は、上側磁気シールド
層25と同一の磁性層により構成されている。すなわ
ち、シールド型MRヘッド26の上側磁気シールド層2
5は薄膜磁気ヘッド27の下側記録磁極を兼ねている。
上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極25上には、
AlOx などの非磁性絶縁材料からなる記録磁気ギャッ
プ28と上側記録磁極29とが順に形成されている。ま
た、下側記録磁極25と上側記録磁極29に記録磁界を
付与する記録コイル(図示せず)が媒体対向面より後方
側に形成されている。これらによって、記録ヘッドとし
ての薄膜磁気ヘッド27が構成されている。
On the shield type GMR head 26, a thin film magnetic head 27 is formed as a recording head. The lower write pole of the thin-film magnetic head 27 is formed of the same magnetic layer as the upper magnetic shield layer 25. That is, the upper magnetic shield layer 2 of the shield type MR head 26
Reference numeral 5 also serves as a lower recording magnetic pole of the thin-film magnetic head 27.
On the lower recording magnetic pole 25 also serving as the upper magnetic shield layer,
A recording magnetic gap 28 made of a non-magnetic insulating material such as AlO x and an upper recording magnetic pole 29 are sequentially formed. Further, a recording coil (not shown) for applying a recording magnetic field to the lower recording magnetic pole 25 and the upper recording magnetic pole 29 is formed behind the medium facing surface. These constitute a thin-film magnetic head 27 as a recording head.

【0049】上述したように、フリー層15の最も緩和
時問が早い緩和成分(第1の異方性磁界Hk1)を緩和さ
せているGMR再生素子23においては、フリー層15
とピン層17との磁化方向が互いに略直交関係にあるに
もかかわらず、フリー層15の磁化方向(異方性磁界)
は緩和時間が遅い緩和成分(第2の異方性磁界Hk2)に
基づくため、ヘッド動作時に印加される熱などに対して
安定である。従って、GMR再生素子23は大きなMR
変化率を長期間にわたって安定に維持することができ
る。また、このようなGMR再生素子23を具備する録
再分離型磁気ヘッドによれば、MR変化率の安定化に基
づいて再生出力の変動を抑制することができる。
As described above, in the GMR reproducing element 23 in which the relaxation component (first anisotropic magnetic field H k1 ) in which the relaxation time of the free layer 15 is the fastest is relaxed.
Although the magnetization directions of the pinned layer 17 and the pinned layer 17 are substantially orthogonal to each other, the magnetization direction of the free layer 15 (anisotropic magnetic field)
Is based on a relaxation component (second anisotropic magnetic field H k2 ) having a slow relaxation time, and is therefore stable against heat applied during head operation. Therefore, the GMR reproducing element 23 has a large MR.
The rate of change can be stably maintained over a long period of time. Further, according to the recording / reproducing separation type magnetic head including such a GMR reproducing element 23, the fluctuation of the reproduction output can be suppressed based on the stabilization of the MR change rate.

【0050】上述した実施形態の録再分離型磁気ヘッド
はヘッドスライダに組み込まれ、例えば図6に示す磁気
ヘッドアッセンブリに搭載される。図6に示す磁気ヘッ
ドアッセンブリ50は、例えば駆動コイルを保持するボ
ビン部などを有するアクチュエータアーム51を有し、
アクチュエータアーム51の一端にはサスペンション5
2が接続されている。
The recording / reproducing separation type magnetic head of the above-described embodiment is incorporated in a head slider, and is mounted on, for example, a magnetic head assembly shown in FIG. The magnetic head assembly 50 shown in FIG. 6 has an actuator arm 51 having, for example, a bobbin for holding a drive coil, and the like.
A suspension 5 is provided at one end of the actuator arm 51.
2 are connected.

【0051】サスペンション52の先端には、上述した
実施形態の録再分離型磁気ヘッドを具備するヘッドスラ
イダ53が取り付けられている。サスペンション52は
信号の書き込みおよび読み取り用のリード線54を有
し、このリード線54とヘッドスライダ53に組み込ま
れた録再分離型磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続さ
れている。なお、図中55は磁気ヘッドアッセンブリ5
0の電極パッドである。このような磁気ヘッドアッセン
ブリ50は、例えば図7に示す磁気ディスク装置などの
磁気記録装置に搭載される。図7はロータリーアクチュ
エータを用いた磁気ディスク装置60の概略構造を示し
ている。
At the tip of the suspension 52, a head slider 53 having the recording / reproducing separation type magnetic head of the above-described embodiment is attached. The suspension 52 has a lead wire 54 for writing and reading signals, and the lead wire 54 is electrically connected to each electrode of the recording / reproducing magnetic head incorporated in the head slider 53. In the figure, 55 is the magnetic head assembly 5
0 electrode pad. Such a magnetic head assembly 50 is mounted on a magnetic recording device such as a magnetic disk device shown in FIG. 7, for example. FIG. 7 shows a schematic structure of a magnetic disk device 60 using a rotary actuator.

【0052】磁気ディスク61はスピンドル62に装着
され、駆動装置制御源(図示せず)からの制御信号に応
答するモータ(図示せず)により回転する。磁気ヘッド
アッセンブリ50は、サスペンション52の先端に取り
付けられたヘッドスライダ53が、磁気ディスク61上
を浮上した状態で情報の記録再生を行うように取り付け
られている。磁気ディスク61が回転すると、ヘッドス
ライダ53の媒体対向面(ABS)は磁気ディスク61
の表面から所定の浮上量(0以上 100nm以下)をもって保
持される。
The magnetic disk 61 is mounted on a spindle 62 and is rotated by a motor (not shown) which responds to a control signal from a drive control source (not shown). The magnetic head assembly 50 is mounted such that a head slider 53 mounted on the tip of a suspension 52 records and reproduces information while flying above the magnetic disk 61. When the magnetic disk 61 rotates, the medium facing surface (ABS) of the head slider 53 is moved to the magnetic disk 61.
From the surface with a predetermined flying height (0 to 100 nm).

【0053】磁気ヘッドアッセンブリ50のアクチュエ
ータアーム51は、リニアモータの1種であるボイスコ
イルモータ63に接続されている。ボイスコイルモータ
63は、アクチュエータアーム51のボビン部に巻き上
げられた図示しない駆動コイルと、それを挟み込むよう
に対向して配置された永久磁石および対向ヨークからな
る磁気回路とから構成される。アクチュエータアーム5
1は、固定軸64の上下 2カ所に設けられた図示しない
ボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモー
タ63により回転摺動が自在にできるようになってい
る。
The actuator arm 51 of the magnetic head assembly 50 is connected to a voice coil motor 63 which is a kind of a linear motor. The voice coil motor 63 includes a drive coil (not shown) wound around a bobbin portion of the actuator arm 51, and a magnetic circuit including a permanent magnet and an opposing yoke disposed to face each other so as to sandwich the drive coil. Actuator arm 5
Numeral 1 is held by ball bearings (not shown) provided at two positions above and below the fixed shaft 64, and is rotatable and slidable by the voice coil motor 63.

【0054】上述したような磁気ディスク装置60にお
いては、GMR素子のMR変化率の変動が少ないことに
基づいて、再生出力特性を安定させることができる。こ
のように、スピンバルブGMR素子を用いた磁気ディス
ク装置の実用性を大幅に向上させることが可能となる。
In the magnetic disk device 60 as described above, the reproduction output characteristics can be stabilized based on a small change in the MR change rate of the GMR element. Thus, the practicality of the magnetic disk drive using the spin valve GMR element can be greatly improved.

【0055】なお、以上の実施形態では録再分離型磁気
ヘッドを用いて説明したが、記録ヘッドと再生ヘッドで
共通の磁気ヨークを用いる録再一体型磁気ヘッドなどの
他のヘッド構造に本発明の磁気抵抗効果素子を適用する
ことも可能である。さらに、本発明の磁気抵抗効果素子
は磁気ヘッドに限らず、磁気抵抗効果メモリ(MRA
M)などの磁気記憶装置に適用することもできる。
Although the above embodiment has been described using the recording / reproducing separated magnetic head, the present invention is applied to other head structures such as a recording / reproducing integrated magnetic head using a common magnetic yoke for the recording head and the reproducing head. Can be applied. Further, the magnetoresistive element of the present invention is not limited to a magnetic head, but may be a magnetoresistive memory (MRA).
M) and the like.

【0056】[0056]

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例およびその評
価結果について述べる。
Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.

【0057】実施例1 図2および図3に示したスピンバルブGMR膜14のフ
リー層15に相当する磁性膜を、通常のRFマグネトロ
ンスパッタ法で熱酸化シリコン基板上に成膜した。フリ
ー層15に相当する磁性膜の構成は、Co90Fe10(3n
m) 、Ni80Fe20(5nm) /Co90Fe10(3nm) 、Co
87Zr5 Nb8 (5nm) /Ni80Fe20(2nm)、Co87
5 Nb8 (5nm) /Ni80Fe20(2nm) /Co90Fe10
(3nm) とした。なお、各合金の組成はat% である。各フ
リー層相当の磁性膜は、厚さ 5nmのTa下地膜上に形成
した後、最表面に厚さ 5nmのTa保護層を形成した。
Example 1 A magnetic film corresponding to the free layer 15 of the spin valve GMR film 14 shown in FIGS. 2 and 3 was formed on a thermally oxidized silicon substrate by an ordinary RF magnetron sputtering method. The configuration of the magnetic film corresponding to the free layer 15 is Co 90 Fe 10 (3n
m), Ni 80 Fe 20 (5 nm) / Co 90 Fe 10 (3 nm), Co
87 Zr 5 Nb 8 (5 nm) / Ni 80 Fe 20 (2 nm), Co 87 Z
r 5 Nb 8 (5 nm) / Ni 80 Fe 20 (2 nm) / Co 90 Fe 10
(3 nm). The composition of each alloy is at%. The magnetic film corresponding to each free layer was formed on a 5 nm-thick Ta underlayer, and then a 5 nm-thick Ta protective layer was formed on the outermost surface.

【0058】このようにして作製した各磁性膜は、磁界
中熱処理炉により温度 270℃、保持時間 1時間、外部磁
界5kOe の真空中で熱処理を施して、図8(a)に示す
ような方向に異方性を付与した。図8において、71は
基板、72は磁性膜であり、H1 は上記した初期熱処理
で印加した外部磁界(=5kOe)、−Hk は初期熱処理で付
与された異方性磁界である。
Each magnetic film produced in this way is subjected to a heat treatment in a magnetic field heat treatment furnace in a vacuum at a temperature of 270 ° C., a holding time of 1 hour and an external magnetic field of 5 kOe, so as to be oriented in the direction shown in FIG. Was given anisotropy. 8, 71 denotes a substrate, 72 is a magnetic film, an external magnetic field H 1 is obtained by applying the initial heat treatment described above (= 5kOe), - H k is the anisotropy field imparted by the initial heat treatment.

【0059】次に、異方性が付与された磁性膜72に対
して、図8(b)に示すように初期の外部磁界H1 とは
直交する方向に磁界H2 (=〜1kOe)を印加すると共に、
所定の温度(この実施例では 260℃と 240℃)まで昇温
し、それぞれの温度で所定時間保持(積算時間にして約
30時間程度)した。図8(c)は磁性膜72の異方性磁
界(−Hk )を緩和した後の状態を示しており、当初の
異方性磁界(−Hk )に対して直交する異方性磁界(H
k =|−Hk |)を有している。
Next, as shown in FIG. 8B, a magnetic field H 2 (= 〜1 kOe) is applied to the anisotropic magnetic film 72 in a direction perpendicular to the initial external magnetic field H 1. Apply and
Raise the temperature to a predetermined temperature (260 ° C and 240 ° C in this example) and hold at each temperature for a predetermined time (approx.
30 hours). FIG. 8C shows a state after the anisotropic magnetic field (−H k ) of the magnetic film 72 is relaxed, and the anisotropic magnetic field orthogonal to the initial anisotropic magnetic field (−H k ). (H
k = | −H k |).

【0060】このように、異方性磁界の付与および緩和
を行った磁性膜の異方性磁界の方向と大きさを振動型磁
力計(VSM)で測定した。得られたHk の緩和挙動を
以下の仮定の元に、早い緩和の割合(Hk1/2*Hk )や
緩和時間をそれぞれの温度で求め、他の温度条件におけ
る緩和時間を推測した。
The direction and magnitude of the anisotropic magnetic field of the magnetic film subjected to the application and relaxation of the anisotropic magnetic field were measured by a vibrating magnetometer (VSM). Based on the obtained H k relaxation behavior under the following assumptions, the rate of rapid relaxation (H k1 / 2 * H k ) and the relaxation time were obtained at each temperature, and the relaxation time under other temperature conditions was estimated.

【0061】異方性磁界Hk の緩和挙動は、 2つの緩和
モードを仮定することで予測できるので、各温度におけ
る fittingは次のような式で行える。
Since the relaxation behavior of the anisotropic magnetic field H k can be predicted by assuming two relaxation modes, fitting at each temperature can be performed by the following equations.

【0062】式:Hk (2*Hk 2*Hk1)* exp(M0 /τ
2 )2*Hk1*exp(-M0 /τ1 ) ここで、Hk は初期に付与した異方性磁界の大きさ、2*
k は緩和における振幅幅(すなわち初期に付与した方
向から直角方向までの異方性の大きさ)、Hk1は早い緩
和の異方性磁界、Hk2は遅い緩和の異方性磁界、τ1
早い緩和時間、τ2 は遅い緩和時間である。
Formula: H k (2 * H k 2 * H k1 ) * exp (M 0 / τ
2 ) 2 * H k1 * exp (−M 0 / τ 1 ) Here, H k is the magnitude of the initially applied anisotropic magnetic field, 2 *
H k is the amplitude width in relaxation (ie, the magnitude of anisotropy from the initially applied direction to the perpendicular direction), H k1 is the anisotropic magnetic field for fast relaxation, H k2 is the anisotropic magnetic field for slow relaxation, τ 1 is the fast relaxation time and τ 2 is the slow relaxation time.

【0063】この fitting結果の一例(Ni80Fe20(5
nm) /Co90Fe10(3nm) の場合)を図9に示す。この
図から緩和温度が変化しても早い緩和成分の割合(Hk1
/2*Hk )は変わらず、緩和時問(τ1 、τ2 )は緩和
温度が下がると長くなることが分かる。そこで、図10
に fittingに用いた膜の緩和時間と温度の逆数をプロッ
トした。このようにプロットすることである温度におけ
る緩和時間が推定され、この緩和時間と異方性磁界の早
い緩和成分の割合(Hk1/2*Hk )を用いることで、そ
の温度における緩和挙動を予測することができる。図1
0から 150℃の場合の緩和時間を元に予測した異方性磁
界の緩和挙動を図11に示す。
An example of this fitting result (Ni 80 Fe 20 (5
nm) / Co 90 Fe 10 (3 nm)) is shown in FIG. From this figure, even if the relaxation temperature changes, the ratio of the quick relaxation component (H k1
/ 2 * H k ) does not change, and it can be seen that the relaxation time (τ 1 , τ 2 ) becomes longer as the relaxation temperature decreases. Therefore, FIG.
The reciprocal of the relaxation time and temperature of the membrane used for the fitting were plotted. The relaxation time at a temperature, which is plotted in this way, is estimated, and by using this relaxation time and the ratio of the fast relaxation component of the anisotropic magnetic field ( Hk1 / 2 * Hk ), the relaxation behavior at that temperature can be estimated. Can be predicted. FIG.
FIG. 11 shows the relaxation behavior of the anisotropic magnetic field predicted based on the relaxation time at 0 to 150 ° C.

【0064】表1に、上記した各磁性膜(フリー層相
当)の異方性磁界、早い緩和成分(第1の異方性磁界H
k1)の割合(Hk1/2*Hk )、および早い緩和が終了し
た時点での異方性磁界の大きさを示す。なお、表中の異
方性磁界の大きさの前に“−”の符号が記載してあるの
は、初期に付与した異方性磁界方向とは直交方向に異方
性が付与されていることを意味する。また、表1には本
発明との比較例として膜厚 5nmのCo87Zr5 Nb8 (a
t%) を用いた場合の結果も併せて記載する。
Table 1 shows the anisotropic magnetic field and fast relaxation component (first anisotropic magnetic field H) of each of the above magnetic films (corresponding to the free layer).
k1 ) ( Hk1 / 2 * Hk ) and the magnitude of the anisotropic magnetic field at the end of the quick relaxation. In the table, the sign of "-" is described before the magnitude of the anisotropic magnetic field because the anisotropy is given in a direction orthogonal to the direction of the initially applied anisotropic magnetic field. Means that. Further, Table 1 shows that Co 87 Zr 5 Nb 8 (a
t%) is also described.

【0065】[0065]

【表1】 実施例1の各磁性膜は、いずれも第1の異方性磁界Hk1
の割合(Hk1/2*Hk)が 60%以上であり、第1の異方
性磁界Hk1の緩和が終了した時点での異方性磁界の大き
さもフリー層の磁化として十分なものであった。また図
12に、膜構成がNi80Fe20/Co90Fe10のとき、
その膜厚比と早い緩和成分Hk1の割合の関係を示す。こ
のように、フリー層の異方性磁界の大きさと早い緩和成
分の割合(Hk1/2*Hk )は、膜組成や膜構成(膜厚
比)などによって変化する。
[Table 1] Each magnetic film of the first embodiment has a first anisotropic magnetic field H k1.
Ratio of (H k1 / 2 * H k ) is not less than 60%, sufficient as a magnetic anisotropy field size also free layer at the time the relaxation of the first anisotropic magnetic field H k1 is completed Met. FIG. 12 shows that when the film configuration is Ni 80 Fe 20 / Co 90 Fe 10 ,
The relationship between the film thickness ratio and the ratio of the quick relaxation component H k1 is shown. As described above, the magnitude of the anisotropic magnetic field of the free layer and the ratio of the quick relaxation component (H k1 / 2 * H k ) change depending on the film composition and the film configuration (film thickness ratio).

【0066】上記したHk1の割合が 60%以上である各磁
性膜をフリー層として用いるために、図4に示したよう
な熱処理を施した。すなわち、まずピン層方向に優先熱
処理を施し、フリー層はそれと直交方向に磁界を印加し
てピン層の熱処理温度より低温で異方性を付与した。こ
の熱処理は異方性磁界の緩和時間が早い成分を緩和させ
るものである。このような磁界中熱処理によって、スピ
ンバルブGMR膜の動作点バイアスを設定した。図11
に示したような緩和挙動を有する磁性膜をフリー層とし
て用いることによって、安定した出力を得るために必要
十分な異方性磁界をピン層およびフリー層にそれぞれ付
与することができ、さらにはフリー層の磁化(異方性磁
界)を安定化させることができた。
In order to use each magnetic film having the above H k1 ratio of 60% or more as a free layer, a heat treatment as shown in FIG. 4 was performed. That is, first, a preferential heat treatment was performed in the direction of the pinned layer, and a magnetic field was applied to the free layer in a direction perpendicular to the direction, thereby giving anisotropy at a temperature lower than the heat treatment temperature of the pinned layer. This heat treatment relaxes the component whose relaxation time of the anisotropic magnetic field is short. By such a heat treatment in a magnetic field, the operating point bias of the spin valve GMR film was set. FIG.
By using a magnetic film having the relaxation behavior as shown in (1) as the free layer, it is possible to apply anisotropic magnetic fields necessary and sufficient to obtain a stable output to the pinned layer and the free layer, respectively. The magnetization (anisotropic magnetic field) of the layer could be stabilized.

【0067】実施例2 実施例1と同様の方法で、フリー層に相当する磁性膜を
通常のRFマグネトロンスパッタ法で熱酸化シリコン基
板上に成膜した。フリー層15に相当する磁性膜の構成
は、Ni80Fe20(3nm) 、Ni80Fe20(10nm)/Co90
Fe10(1nm) 、Ni78Fe17Cr5 (10nm)とした。各フ
リー層相当の磁性膜は、厚さ 5nmのTa下地膜上に形成
した後、最表面に厚さ 5nmのTa保護層を形成した。各
磁性膜について、実施例1と同様の方法で異方性磁界を
付与した後、その異方性磁界の緩和状態を調べた。その
結果を表2に示す。
Example 2 In the same manner as in Example 1, a magnetic film corresponding to the free layer was formed on a thermally oxidized silicon substrate by an ordinary RF magnetron sputtering method. The configuration of the magnetic film corresponding to the free layer 15 is Ni 80 Fe 20 (3 nm), Ni 80 Fe 20 (10 nm) / Co 90
Fe 10 (1 nm) and Ni 78 Fe 17 Cr 5 (10 nm). The magnetic film corresponding to each free layer was formed on a 5 nm-thick Ta underlayer, and then a 5 nm-thick Ta protective layer was formed on the outermost surface. After applying an anisotropic magnetic field to each magnetic film in the same manner as in Example 1, the relaxed state of the anisotropic magnetic field was examined. Table 2 shows the results.

【0068】[0068]

【表2】 上記した各磁性膜の異方性磁界は2.25〜 5.0Oe の大き
さであり、早い緩和成分Hk1の割合(Hk1/2*Hk )は
30〜 33%の範囲であった。また、早い緩和が終了した後
の異方性磁界についても十分な値を有していた。
[Table 2] Anisotropic magnetic field of the magnetic films mentioned above is the magnitude of 2.25~ 5.0Oe, early rate of relaxation component H k1 (H k1 / 2 * H k) is
The range was 30-33%. In addition, the anisotropic magnetic field after the completion of the quick relaxation had a sufficient value.

【0069】このようなHk1の割合が 40%以下である各
磁性膜をフリー層として用いるために、図5に示したよ
うな熱処理を施した。すなわち、まずフリー層方向に優
先熱処理を施した後、それと直交方向に磁界を印加しつ
つ初期の熱処理温度より低温でピン層に異方性を付与す
ると共に、フリー層の異方性磁界の緩和時間が早い成分
を緩和させて、フリー層の異方性を確定した。このよう
な磁界中熱処理によって、スピンバルブGMR膜の動作
点バイアスを設定した。その結果、安定した出力を得る
ために必要十分な異方性磁界をピン層およびフリー層に
それぞれ付与することができ、さらにはフリー層の磁化
(異方性磁界)を安定化させることができた。
In order to use each magnetic film having such a ratio of H k1 of 40% or less as a free layer, a heat treatment as shown in FIG. 5 was performed. That is, after performing a preferential heat treatment in the direction of the free layer, anisotropy is imparted to the pinned layer at a temperature lower than the initial heat treatment temperature while applying a magnetic field in a direction perpendicular thereto, and the anisotropic magnetic field of the free layer is relaxed. The anisotropy of the free layer was determined by relaxing the component whose time was earlier. By such a heat treatment in a magnetic field, the operating point bias of the spin valve GMR film was set. As a result, an anisotropic magnetic field necessary and sufficient to obtain a stable output can be applied to each of the pinned layer and the free layer, and furthermore, the magnetization (anisotropic magnetic field) of the free layer can be stabilized. Was.

【0070】実施例3 実施例1と同様の方法で、図2および図3に示したスピ
ンバルブGMR膜14およびGMR素子(23)を作製
した。
Example 3 In the same manner as in Example 1, the spin valve GMR film 14 and the GMR element (23) shown in FIGS.

【0071】スピンバルブGMR膜14の膜構成は、試
料A:Ta(5nm) /((Ni84Fe1696Cr4 (10nm)
/Co90Fe10(3nm))15/Cu(3nm) 16/Co90
10(2nm) 17/Ir20Mn80(7nm) 18/Ta(5nm)
、試料B:Ta(5nm) /(Ni80Fe20(5nm) /Co
90Fe10(3nm))15/Cu(3nm) 16/Co90Fe10(2
nm) 17/Ir20Mn80(7nm) 18/Ta(5nm) 、試料
C:Ta(5nm) /(Ni80Fe20(10nm)/Co90Fe10
(1nm))15/Cu(3nm) 16/Co90Fe10(2nm)17
/Ir20Mn80(7nm) 18/Ta(5nm) とした。試料
A、Bは実施例1と同様にピン層優先の熱処理を施し、
試料Cは実施例2と同様にフリー層優先の熱処理を施し
た。
The film configuration of the spin valve GMR film 14 is as follows: Sample A: Ta (5 nm) / ((Ni 84 Fe 16 ) 96 Cr 4 (10 nm)
/ Co 90 Fe 10 (3 nm) 15 / Cu (3 nm) 16 / Co 90 F
e 10 (2 nm) 17 / Ir 20 Mn 80 (7 nm) 18 / Ta (5 nm)
Sample B: Ta (5 nm) / (Ni 80 Fe 20 (5 nm) / Co
90 Fe 10 (3 nm) 15 / Cu (3 nm) 16 / Co 90 Fe 10 (2
Sample 17: Ir 20 Mn 80 (7 nm) 18 / Ta (5 nm), Sample C: Ta (5 nm) / (Ni 80 Fe 20 (10 nm) / Co 90 Fe 10
(1 nm)) 15 / Cu (3 nm) 16 / Co 90 Fe 10 (2 nm) 17
/ Ir 20 Mn 80 (7 nm) 18 / Ta (5 nm). Samples A and B were subjected to a heat treatment giving priority to the pin layer in the same manner as in Example 1.
Sample C was subjected to a heat treatment giving priority to the free layer in the same manner as in Example 2.

【0072】また、本発明との比較例として、Ta(5n
m) /(Co87Zr5 Nb8 (5nm) /Ni80Fe20(3nm)
/Co90Fe10(1nm))15/Cu(3nm) 16/Co90
Fe10(2nm) 17/Ir20Mn80(7nm) 18/Ta(5n
m) (試料D)構造のスピンバルブGMR膜およびGM
R素子を作製した。
As a comparative example with the present invention, Ta (5n
m) / (Co 87 Zr 5 Nb 8 (5 nm) / Ni 80 Fe 20 (3 nm)
/ Co 90 Fe 10 (1 nm) 15 / Cu (3 nm) 16 / Co 90
Fe 10 (2 nm) 17 / Ir 20 Mn 80 (7 nm) 18 / Ta (5n
m) (Sample D) Spin valve GMR film and GM having structure
An R element was manufactured.

【0073】このようにして得た各GMR素子のMR変
化率を直流四端子法で測定し、その経時変化を調べた。
その結果を図13に示す。経時変化の評価は 200℃で行
い、時間は積算時間にして20時間とした。
The MR ratio of each GMR element thus obtained was measured by a DC four-terminal method, and the change with time was examined.
The result is shown in FIG. The evaluation of the change over time was performed at 200 ° C., and the time was set to an integrated time of 20 hours.

【0074】図13から明らかなように、比較例のGM
R素子(試料D)は経時変化が大きく、 200℃で 1時間
放置しただけでMR変化率が7.5%が5.0%へと大きく劣化
しており、さらに時間が経つにしたがって劣化し、20時
間後には4.3%まで低下している。このようなGMR素子
を搭載した磁気ディスク装置は、再生出力の変動が大き
く、実用的ではない。
As is clear from FIG. 13, the GM of the comparative example
The R element (sample D) has a large change with time, and the MR change rate is greatly deteriorated from 7.5% to 5.0% only after being left at 200 ° C. for 1 hour. Has fallen to 4.3%. A magnetic disk device equipped with such a GMR element has a large fluctuation in reproduction output and is not practical.

【0075】一方、実施例3によるGMR素子(試料
A、B、C)は経時変化が非常に小さく、20時間経過後
においてもMR変化率はほとんど低下しなかった。な
お、試料AのMR変化率は、初期値で8.2%、 1時間後で
8.0%、 4時間後で7.9%、20時間後で7.9%であった。試料
BのMR変化率はそれぞれ8.0%、7.7%、7.6%、7.6%であ
り、試料CのMR変化率はそれぞれ7.5%、7.3%、7.0%、
6.9%であった。このようなGMR素子を磁気ディスク装
置に搭載することによって、再生出力の変動を大幅に抑
制することができる。
On the other hand, the GMR elements (samples A, B, and C) according to Example 3 showed very little change with time, and the MR change rate hardly decreased even after 20 hours. The MR ratio of Sample A was 8.2% at the initial value, and 1 hour later.
8.0%, 7.9% after 4 hours and 7.9% after 20 hours. The MR change rates of Sample B are 8.0%, 7.7%, 7.6%, and 7.6%, respectively, and the MR change rates of Sample C are 7.5%, 7.3%, 7.0%, and
It was 6.9%. By mounting such a GMR element in a magnetic disk drive, fluctuations in the reproduction output can be significantly suppressed.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果素子によれば、磁気抵抗効果膜の2つの磁性層の磁
化方向を例えば直交関係とする場合に、外部磁界により
磁化方向を変化させる磁性層の異方性磁界を安定化させ
ることができるため、大きなMR変化率を長期間にわた
って安定に維持することが可能となる。このような磁気
抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドや磁気記録装置によれ
ば、再生出力などの特性およびその信頼性を向上させる
ことができる。
As described above, according to the magnetoresistance effect element of the present invention, when the magnetization directions of the two magnetic layers of the magnetoresistance effect film are, for example, orthogonal, the magnetization direction is changed by an external magnetic field. Since the anisotropic magnetic field of the magnetic layer to be made can be stabilized, a large MR change rate can be stably maintained for a long period of time. According to the magnetic head or the magnetic recording device using such a magnetoresistive element, characteristics such as reproduction output and reliability thereof can be improved.

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

【図1】 磁性層の異方性磁界の緩和挙動を説明するた
めの図である。
FIG. 1 is a view for explaining a relaxation behavior of an anisotropic magnetic field of a magnetic layer.

【図2】 本発明の磁気抵抗効果素子を再生素子に適用
した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の構造を示す断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of an embodiment of a recording / reproducing separation type magnetic head in which a magnetoresistive element of the present invention is applied to a reproducing element.

【図3】 図2に示す磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗効
果膜部分を拡大して示す断面図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a magnetoresistive film portion of the magnetoresistive head shown in FIG. 2;

【図4】 スピンバルブ膜のピン層優先熱処理を説明す
るための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a pin layer preferential heat treatment of a spin valve film.

【図5】 スピンバルブ膜のフリー層優先熱処理を説明
するための図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a free layer preferential heat treatment of the spin valve film.

【図6】 本発明の磁気ヘッドを使用した磁気ヘッドア
ッセンブリの一構成例を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration example of a magnetic head assembly using the magnetic head of the present invention.

【図7】 本発明の磁気ヘッドを使用した磁気ディスク
装置の一構成例を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of a magnetic disk device using the magnetic head of the present invention.

【図8】 磁性層の異方性磁界の緩和評価方法を説明す
るための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method for evaluating the relaxation of the anisotropic magnetic field of the magnetic layer.

【図9】 実施例1におけるフリー層相当の磁性膜の異
方性磁界の緩和挙動の一例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a relaxation behavior of an anisotropic magnetic field of a magnetic film corresponding to a free layer in the first embodiment.

【図10】 実施例1におけるフリー層相当の磁性膜の
異方性磁界の緩和温度と温度との関係の一例を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the relationship between the relaxation temperature of the anisotropic magnetic field of the magnetic film corresponding to the free layer and the temperature in Example 1.

【図11】 実施例1におけるフリー層相当の磁性膜の
150℃における異方性磁界の緩和予測を示す図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a magnetic film equivalent to a free layer in Example 1.
It is a figure which shows the relaxation prediction of the anisotropic magnetic field at 150 degreeC.

【図12】 実施例1におけるフリー層相当の磁性膜の
膜構成と早い緩和成分(Hk1)との関係の一例を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a relationship between a film configuration of a magnetic film corresponding to a free layer and a fast relaxation component (H k1 ) according to the first embodiment.

【図13】 実施例3におけるGMR素子のMR変化率
の経時変化を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a change over time of an MR change rate of a GMR element in Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14……スピンバルブGMR膜 15……フリー層 16……非磁性層 17……ピン層 23……GMR再生素子 26……シールド型GMRヘッド 50……磁気ヘッドアッセンブリ 53……ヘッドスライダ 60……磁気ディスク装置 14 spin valve GMR film 15 free layer 16 nonmagnetic layer 17 pinned layer 23 GMR reproducing element 26 shielded GMR head 50 magnetic head assembly 53 head slider 60 Magnetic disk drive

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鴻井 克彦 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝川崎事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Katsuhiko Konoi, Inventor 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside Higashishiba Kawasaki Works

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部磁界により磁化方向が変化する第1
の磁性層と、前記第1の磁性層と非磁性層を介して積層
され、磁化固着された第2の磁性層とを有する磁気抵抗
効果膜と、前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する
電極とを具備する磁気抵抗効果素子において、 前記第1の磁性層は、異方性磁界の緩和時問が異なる 2
種類以上の緩和成分を有し、前記 2種類以上の緩和成分
のうち、最も緩和時問が早い第1の緩和成分が緩和して
いることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
1. A first method in which a magnetization direction is changed by an external magnetic field.
Supplying a sense current to the magnetoresistive film, the magnetoresistive film having a first magnetic layer, a second magnetic layer laminated via the first magnetic layer and the nonmagnetic layer, and fixed with magnetization; Wherein the first magnetic layer is different in relaxation time of the anisotropic magnetic field.
A magnetoresistive element having at least one kind of relaxation component, wherein the first relaxation component having the fastest relaxation time among the two or more kinds of relaxation components is relaxed.
【請求項2】 請求項1記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記第1の磁性層は、前記異方性磁界の緩和成分の合計
に対して第1の緩和成分の割合が 60%以上であることを
特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the first magnetic layer has a ratio of the first relaxing component of 60% or more to a total relaxing component of the anisotropic magnetic field. A magnetoresistive effect element characterized in that:
【請求項3】 請求項1記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記第1の磁性層は、前記異方性磁界の緩和成分の合計
に対して第1の緩和成分の割合が 40%以下であることを
特徴とする磁気抵抗効果素子。
3. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein the first magnetic layer has a ratio of the first relaxing component of 40% or less to a total relaxing component of the anisotropic magnetic field. A magnetoresistive effect element characterized in that:
【請求項4】 請求項2記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記第1の磁性層に対して前記第2の磁性層の磁化方向
と略同一方向に異方性磁界を付与すると共に、前記割合
が 60%以上の第1の緩和成分を緩和させることにより、
前記第1の磁性層の磁化方向を前記第2の磁性層の磁化
方向と略直交させていることを特徴とする磁気抵抗効果
素子。
4. The magnetoresistance effect element according to claim 2, wherein an anisotropic magnetic field is applied to said first magnetic layer in a direction substantially the same as a magnetization direction of said second magnetic layer, and said ratio is adjusted. Relaxes the first moderating component by more than 60%,
A magnetoresistive element, wherein the magnetization direction of the first magnetic layer is substantially perpendicular to the magnetization direction of the second magnetic layer.
【請求項5】 請求項3記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記第1の磁性層に対して前記第2の磁性層の磁化方向
と略直交方向に異方性磁界を付与すると共に、前記割合
が 40%以上の第1の緩和成分を緩和させることにより、
前記第1の磁性層の磁化方向を前記第2の磁性層の磁化
方向と略直交させていることを特徴とする磁気抵抗効果
素子。
5. The magnetoresistance effect element according to claim 3, wherein an anisotropic magnetic field is applied to said first magnetic layer in a direction substantially perpendicular to a magnetization direction of said second magnetic layer, and said ratio is adjusted. Reduces the first moderating component by more than 40%,
A magnetoresistive element, wherein the magnetization direction of the first magnetic layer is substantially perpendicular to the magnetization direction of the second magnetic layer.
【請求項6】 請求項1ないし請求項5のいずれか1項
記載の磁気抵抗効果素子において、 さらに、前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加する
バイアス磁界印加膜を具備することを特徴とする磁気抵
抗効果素子。
6. The magnetoresistive element according to claim 1, further comprising a bias magnetic field applying film for applying a bias magnetic field to said magnetoresistive effect film. Magnetoresistive element.
【請求項7】 下側磁気シールド層と、 前記下側磁気シールド層上に下側再生磁気ギャップを介
して形成された、請求項1ないし請求項6のいずれか1
項記載の磁気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子上に上側再生磁気ギャップを介し
て形成された上側磁気シールド層とを具備することを特
徴とする磁気ヘッド。
7. The lower magnetic shield layer, and formed on the lower magnetic shield layer with a lower reproducing magnetic gap interposed therebetween.
7. A magnetic head, comprising: the magnetoresistive element according to claim 1; and an upper magnetic shield layer formed on the magnetoresistive element via an upper reproducing magnetic gap.
【請求項8】 下側磁気シールド層と、前記下側磁気シ
ールド層上に下側再生磁気ギャップを介して形成され
た、請求項1ないし請求項6のいずれか1項記載の磁気
抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に上側再生磁
気ギャップを介して形成された上側磁気シールド層とを
有する再生ヘッドと、 前記上側磁気シールド層と共通化された下側磁極と、前
記下側磁極上に形成された記録磁気ギャップと、前記記
録磁気ギャップ上に設けられた上側磁極とを有する記録
ヘッドとを具備することを特徴とする録再分離型の磁気
ヘッド。
8. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the lower magnetic shield layer is formed on the lower magnetic shield layer via a lower reproducing magnetic gap. A read head having an upper magnetic shield layer formed on the magnetoresistive element via an upper read magnetic gap; a lower magnetic pole shared with the upper magnetic shield layer; A recording / reproducing separation type magnetic head, comprising: a recording magnetic gap formed in the recording magnetic gap; and a recording head having an upper magnetic pole provided on the recording magnetic gap.
【請求項9】 請求項8記載の磁気ヘッドを有するヘッ
ドスライダと、 前記ヘッドスライダが搭載されたサスペンションを有す
るアームとを具備することを特徴とする磁気ヘッドアッ
センブリ。
9. A magnetic head assembly comprising: a head slider having the magnetic head according to claim 8; and an arm having a suspension on which the head slider is mounted.
【請求項10】 磁気記録媒体と、 前記磁気記録媒体に磁界により信号を書き込み、かつ前
記磁気記録媒体から発生する磁界により信号を読み取
る、請求項8記載の磁気ヘッドを備えるヘッドスライダ
とを具備することを特徴とする磁気記録装置。
10. A magnetic recording medium, and a head slider provided with the magnetic head according to claim 8, which writes a signal to the magnetic recording medium by a magnetic field and reads a signal by a magnetic field generated from the magnetic recording medium. A magnetic recording device, characterized in that:
JP14327898A 1998-05-25 1998-05-25 Magnetoresistance effect element and magnetic head using the same, magnetic head assembly and magnetic recording device Withdrawn JPH11339226A (en)

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