JPS59210630A - 磁気薄膜構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気的信号を読み書きする為の磁気記録ヘッド
に適した高透磁率の磁気薄膜構造体の製造方法に関する
ものである。

例え１ｊＡＩＰ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　Ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎｇｓ２４号（１９７４年発行）第５３４頁乃至
５４０頁に掲載されたＣｈｙｎｏｗｅｔｈ氏及こｆＫａ
ｉｓｅｒ氏の論文及び同誌第５２８頁乃至５６６頁に掲
載されｆＴｈｏｍｐｓｏｎ氏の論文に見られるような小
享い物理的寸法の薄膜磁気記録装置は電気的及び磁気的
励起に応答して個々の磁区（ドメイン）の効果を呈する
。予定の厚さの磁気薄膜に亀−磁区を含ませるようにす
るのに必要な磁界の強さは構造の直線的寸法の減少にほ
ぼ反比例して増加する。

それは減磁効果によるものであって、直径が数百ミクロ
ン或いはそれ以下の絶縁された磁気薄膜は（以下余白） 若しもその厚さが数ミク目ン或いはそれ以下であるなら
幾つかの磁区を含むことを保証する。材料を飽和させ単
一磁区にするのに十分な程強いバイアス磁界が薄膜に印
加されると、有効な透磁率は役立たない程低い値へ減少
される結果となる。低有効透磁率の問題を打開する１つ
の方法は、若しもバイアス磁界の方向を層から−へと交
番させることが可能なら、薄膜の多層構造を作ることで
ある。

何故ならばその場合には遥かに小さいバイアス磁界しか
必要とされないからである。しかし従来は薄膜のバイア
スの方向が交番した多層薄膜構造を作る目的で使用可能
の或いは既知の方法がなかった。

各一層宛のＭｎ層及びＮｉ−Ｆｅの層のサンドウィッチ
状付着物は磁界中で３００℃の温度で焼鈍することによ
シバイアス磁界を支持しうること力ζソビエト物理学会
誌ＪＥＴＰ、第３８巻第５号（１９７４年５月発行）第
１０１１頁以下に掲載された５ａｊａｎｓｋ１氏等の論
ア文「２層磁気膜に於けるマイクロドメイン構成の安定
化」によって知られている。「自己バイアス磁気抵抗感
知器」と題する米国特許第３８４０８９８号は若しも磁
゛　　　　　　− 気抵抗性感知器の眉間に直接的な原子的接触があるなら
ば２つの層の間の交換結合によシ強い磁気バイアスを与
えうろことを教示している。ガラス基体上へＮ１−Ｆｅ
を付着しそれに続いて強い磁界中でαＦｅ２０Ｂのよう
な反強磁性材料が付着されると、２０或いはそれ以下の
透磁率を持った磁気的に強力な混成膜が作られる。Ｐｈ
ｙｓ、Ｍｅｔａｌｓａｎｄ　Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈ
ｙ（ＵＳＳＲ）２６、＋２（１９６８年発行）第１０５
頁乃至１１０頁に掲載され九Ｇｌａｉｅｒ氏等の論文［
交換異方性を有する薄膜に於ける強磁性磁区構造の安定
化」はネール温度（反強磁性体の常磁性状態への磁気転
移温度）を介しての膜冷却体として基体上へ１０００オ
ンゲス）１＝＋−ムの厚さのマンガン層を「吹付け」し
た上に１０００オングストロームの厚さの８２：１Ｂ組
成のＮｉ：Ｆｅ膜を付着した安定化法を教示している。

その膜は減磁され然る後３５０℃に於て、ｊ、５時間に
亘って焼鈍された。、その交換結合が磁区構造の安定化
をもたらす。

５ｏｖｌｅｔ　Ｐｈｙｓｉｃｓ−８ｏｌｌｄ　５ｔａｔ
ｅ第８巻、第１０号、第２４１３頁乃至第２４２０頁に
掲載されたＧｌａｚｅｒ氏等の論文「磁気薄膜に於ける
交換異方性」は４５０オングストロームの厚さのマンガ
ン層を付着し、それに続いて８００オングストロームの
厚さの単一異方性を有する８２：１８の比率のＮｉ：Ｆ
ｅ層を付着することを論じている・それは容易軸に沿っ
た１４０エルステツドの磁界中で６５０℃の温度で３０
分間焼鈍され、そして磁界を印加したまま炉内で室温ま
で冷却された。焼鈍の目的は相互の相間拡散によりマン
ガン（Ｍｎ）、Ｆｅ及びＮｉの反強磁性層を形成するこ
とである＠ ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｌｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｌｃ
ｓ。

ＭＡＧ−１，６３−６５（１９６５年）に掲載されたＭ
ａｓａｅｎｅｔ氏等のｒＦｅＮｉ−Ｍｎ−ＦｅＮｉＣ及
びＦ　ｅ　Ｎ　ｌ　−Ｍ　ｎの多層膜の磁気的性質」と
題する論文は８１：１９のＦｅ：Ｎｉ比を有するＦｅＮ
ｉ層とＦｅＮｉＣｏ層の磁化の間を結合する１５０オン
グストロームよシも薄いＭｎ層とを有するＦ　ｅ　Ｎ　
ｉ　−Ｍ　ｎ　−Ｆ　ｅ　Ｎ　ｉ　Ｃｏ構造に於けるＭ
ｎ膜とＦ　ｅ　Ｎ　ｌ膜との間の交換結合を教示してい
る。

その膜は種々の層に磁気的に並行な容易方向を有する連
続磁界中で蒸着され、そしてＦｅ、Ｍｎ及びＮｉの相間
拡散を生じて反強磁性層を形成するであろう所の２８０
℃まで加熱されることにより作られる。

そのような交換結合はＰｈｙｇ、Ｃｈａｍ、５ｏｌｉｄ
ｓ誌２４．５２９（１９６３年発行）に掲載されたＪ、
　Ｓ、　Ｋｏｕｖｅｌ、　Ｊ、氏の論文も参照されたい
う上記の従来技術はすべて、交換結合を生じさせるため
高い温度へ加熱することによる焼鈍の採用を必要として
ｂる。これは下記の２つの理由で望ましくない。第１に
、それは透磁率を減少させる、即ち非常に望ましくない
所の保磁力を増大させる。

第２に、成層化が希望され且つ相次ぐ層が反対方向にバ
イアスされるべき場合には、磁界中で最後の層を焼鈍す
るとすべての層が「同一方向に配向された交換バイアス
磁界」を受取るようなことになシ、それが磁区の問題を
悪化させる。

２組以上の交換結合膜を有する多層膜構造は上記従来技
術のどれにも開示されていない。これは高い透磁率を維
持しつつそのような構造を得るための技術が得られてい
ないためであろうと思われる。更に従来技術は交換バイ
アス膜の相次ぐ層に於けるバイアス方向を反転すること
の可能性乃至有望性を認識していないことが明らかであ
る。

磁気ｈ・ランスジューサが磁区の寸法に匹敵する程に微
小化されると、その電気的出力に異常が見え始め、それ
は印加磁界の強さが変化するとき磁区構造の変化に寄与
しうる。感度及び直線性の厄介な不連続的な変化がこれ
らの微小化されたトランスジューサの出力に生じる。こ
れを「バルクハウゼン雑音」と呼ぶことにする（この言
葉の本来の意味は誘起電圧スパイクに対して規定された
ものであるがここではこのように用いる）０磁区効果は
磁壁の位置の変化から生じる。従って概念的に言えばそ
の効果は磁壁を除去することによシ或いはそれを不動性
にすることにより除去可能である。これはすべての薄膜
トラ・ンスジューサの設計上要請される所の高透磁率を
破壊することなく、シかも特殊な設計上要請される所の
磁気抵抗性或いは耐食性などの他の性質を破壊すること
なく達成されなければならない。この問題に対して下記
の５つの手法が考えられる。

第１の手法は（＠小トランスジューサに用いる場合には
）閉鎖磁区を持たず従って磁壁を持たない材料を探すこ
とである。この材料は、その磁化が切断されて閉鎖磁区
になることなしに静磁気的エネルギを最小化しうるよう
に縁辺近くで滑かに変化する程に均−且つ等方性のもの
でなければならない。残念ながら既知のすべての材料（
非晶質材料を含めて）は閉鎖磁区を形成させるのに十分
な程大きい磁気的異方性を持っている。

第２の手法は沢山の磁壁を持２てもよいがしかし磁気的
励起を磁壁運動の閾値以下に保つことである。誘導性薄
膜ヘッドが読取りにのみ使用される場合、それは励起が
磁気薄膜を飽和させるのに必要とされる量に較べて全く
小さい所の事態のよい例である。従って読取り中に磁壁
運動が決して起きずしかも高い透磁率が固定された辺境
を有する磁区内で磁化の回転からのみもたらされる程大
きい保磁力を有する磁気膜を用いることは概念的に可能
である。しかし磁壁運動を阻止するように十分高い保磁
力が与えられた既存の膜はすべて低透磁率を持ち（理論
的に予期はれた通シ）、かくて磁気トララスジューサに
於て低リラクタンス（磁気抵抗）径路を形成することが
ない。

第６の手法は各膜を単−磁区状に作ることにょシ磁壁を
回避することである。極めて薄い膜素子（磁気抵抗性条
片のようなもの）に於ては、隣接した永久磁石膜（米国
特許第５８４０８９８号）或いは有効なバイアス磁界を
作るための電流を導く導体を使用することにより、成る
配置でこれを達成することが可能である。しかしこれが
実施し得ないような配置が沢山ある。具体的に言うと、
薄膜誘導性記録ヘッドのような比較的厚い磁気膜（例え
ば１乃至１０ｐｍの厚さのもの）を有するトランスジュ
ーサに対しては、これらの２つのバイアス形態の形をと
るこの第３の対策は不可能である。この問題に対する部
分的な解決策がＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏ
ｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ　Ｖｏｌ、Ｍ　Ａ　Ｇ　−７、
第１号（１９７１年３月発行）第１４６頁乃至１５０頁
に掲載されたＪｅａｎ　Ｐｉｅｒｒｅ　Ｌａｚｚａｒｉ
及びＩｇｏｒ　Ｍｅｌｎｉｃｋ両氏の「集積磁気記録ヘ
ッドＪと題する論文に示されている。同論文は薄膜誘導
性記録ヘッドの磁気ヨークを層板化すると容易軸に対し
て垂直に磁化される所の閉鎖磁区を除去できることを示
している。しがし容易軸に並行な磁化で多数の磁区を阻
止することが上記Ｌａｚｚａｒｉ氏等の論文には教示さ
れておらず、従って磁壁は依然として生じうるのである
。

本発明の教示に従うと、単一磁区の磁気膜を作りうる材
料、プロセス及び構造が提供される。単一磁区提供の目
的はデバイスの製造中限定される所の独特な方向に磁気
膜をバイアスするため交換異方性を利用することにより
達成される。磁区を制御するのに交換異方性を用いるこ
とそれ自身は新期な発明ではない。前述のＧ　１ａｚｅ
ｒ氏等の論文及び５ａｌａｎｓｋｉｌｌｉ等の論文は磁
区形態を安定化するため交換異方性を利用することを教
示している。しかしそれらの論文によって教示されたプ
ロセス、材料及び構造は薄膜磁気記録ヘッドとは関係が
ない。その１更にそれらは以下に論述されるように薄膜
磁気トランスジューサの製造のためには実際的でなく且
つ満足に働かない。

単一方向性の異“方性を有する磁気膜を得るために多く
の試みがなされてきた。１９７１年より前の試みは、Ｐ
ｈｙｓｌｃｓ　　ｏｆ　　Ｔｈ１ｎ　　Ｆｉｌｍｓ、第
６巻（１９７１年発行）の「多層磁気膜に於ける相互作
用」と題するＴｅｌｏｎ氏の論文で知ることが出来る。

単一方向性の異方性を達成するために基本的に２つの手
法が採られている。

単一方向性の異方性を得るための第１の手法は、単一方
向性バイアスの方向が永久磁石膜の磁化方向によって決
定されるように軟強磁性膜を永久磁石膜と弱く結合する
ことである・この手法の実際的な使用を制限する多数の
問題がある。その１つは対の状態で永久磁石として使用
するための高保磁力の膜を作る能力がないことであり、
それは磁化方向の散乱を実質的に増大せず、しかも単一
方向性異方性を発生するのに必要とされる弱い結合を得
るために２つの膜が十分接近して配置されたとき軟磁気
膜の透磁率を低める。他の問題はこの弱い結合を再現可
能な方法で作ることである。この弱い結合を作るための
既知のすべてのプロセスは軟磁気膜及び永久磁石膜間に
ピンホールを持った薄膜が形成される（少数の事例に於
てけ何か他の機構が関与しているのかどうか上記文献で
は若干の疑問があるけれども）ものと信じられる。しか
しこれらのすべてのプロセスは、軟磁気膜に対して極め
て再現不能の（高度に変り易い）結合強度及び再現不能
量の単一方向性の異方性を与えることがわかった。これ
らの理由により、この手法は磁気トランスジューサを実
際に作るのには不満足なものであると信じられる〇 単一方向性の異方性を得るための第２の手法は反強磁性
材料とここで使用されたような強磁性材料との間の交換
相互作用を介することであ−る。この作用の大部分は不
均質なバルク試料（極めて厚い材料）に対してなされて
お、ｂ、ｓ膜デバイスを作るのには適用できない。薄膜
に於てはＮｉ−Ｎｉ０及びＣｏ−Ｃａ２界面を作るのに
酸化ニッケル、ニッケルー鉄、及びコバルトの薄膜が使
用された、８０：２０のＮｆ　Ｆｅがトランスジューサ
用の磁気薄膜に適しているので、それに関連したデータ
カ体発明にとって最も関係深いｏ　Ｊｏｕｒｎａｌ　　
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃａ　　４６．１３
７６　（１９７５年発行）のＢａｊｏｒｅｋ氏の論文に
よれば８０：２ＯＮｉＦａの酸化は単一方向性の異方性
を作るけれども規則配列温度（定義の項で後述される）
が室温よシ低く、そしてその単一方向性の異方性は室温
に於て破壊されるのでこのプロセスは実際のデバイスを
作るのに役立たない。室温よ）も高い規則配列温度で薄
膜に単一方向性の異方性を作シ得た作品はＮ　ｉ　Ｆ　
ｅ　−Ｎ　Ｉ　Ｆ　ｅ　Ｍ　ｎ系であった。

ココでＮｉＦｅＭｎはＮｉＦｅ薄膜及び重畳されたＭｎ
薄膜の間の界面拡散によって普通に作られる（　Ａｃａ
ｄ、　Ｓｅ　ｔ、　２５８．１７５２．１９６４年発行
のＭａｓｓｅｎｔ及びＭｏｎｔｍｏｒｙ両氏の論文、前
述のＭａ　ｓ　ｓｅ　ｎｅｔ氏等の論文、前述のＧｌａ
ｚｅｒ　氏等の論文、前述の５ａｌａｎｓｋ１氏等の論
文を参照されたい）。

この技術を用いて単一方向性の異方性を作る試みがなさ
れた。第１Ａ図はＳｏｗ、　Ｐｈｙ＠１ｅｓ−８ｏｌｌ
ｄ　　５ｔａｔｅ　　８、第２４１３頁乃至２４２ＯＮ
（１９６７年発行）に掲載されたＧｌａｚｅｒ氏等の方
法に従って作られた薄膜の容易軸磁化曲線を示す。その
薄膜は酸化シリコン基体上に付着された１００オングス
トロームのＭｎと６００オングストロームのパーマロイ
Ｎｌ：Ｆｅ合金であった。蒸着されたとき、その磁気的
性質はマンガンを含まない普通のパーマロイ８０　：２
ＯＮｉＦａ合金の性質（Ｈｒ＝２．４　０ｅ即ちエルス
テッド、Ｈｐ　＝３．７エルステツド）と類似であった
。第１Ａ図は印加磁界のない場合に熱拡散工程後に観察
された１２エルステツドの結合磁界Ｈを示す。

　ｘ 第１Ｂ図は同じ膜の困難軸曲線を示す。減少された駆動
磁界に対するマイナー・ループが第１ｃ図に示されてい
る。相対的透磁率は僅か４００である。第１Ａ、ＩＢ、
ＩＣ図は２０工ルステツド単位で表示された水平目盛と
４πＭに対して１００００ガウスの垂直目盛を有する。

この相対的透磁率は磁気トランスジューサに有用である
と言うには低すぎる。更に所望の拡散を生じさせるのに
必要な温度（＞３００℃）は多くのトランスジューサの
薄膜構造が許容しうる温度を超えている。その１更に、
反対方向にバイアスされた交番ＮｉＦｅ膜で成層構造を
作る方法がない。

単一方向性の異方性を生じさせるだめのこれらのプロセ
スはすべて表面酸化、相間拡散或いは反強磁性−強磁性
界面を作るため２つの相の分晶作用を生じさぜる九めの
焼鈍工程を含んでいる。これはそのデバイス及び使用さ
れるべき材料に対し関与温度に耐えるよう厳しい制限を
課する。何故ならば軟強磁性膜中の成分は正しい反強磁
性膜を作るために選択されなければならずその逆も又同
じだからである。

米国特許第５８４０８９８号（第２欄第１３行、第４欄
第１６行、第６欄第５６行、第７欄第２９行、及びクレ
ーム７及び８を参照されたい。磁気的にバイアスされた
材料は反強磁性である。）はＭＲ条片として永久磁石バ
イアス層を作るため交換結合を使うことを教示している
。それらはαＦｅ１０３のような反強磁性層と８０：２
ＯＮｉＦ・のような軟磁性材料との間に永久磁石膜を作
るため交換結合の使用を教示している。その永久磁石膜
は絶磁層を介して（例えば以下に説明されるように絶磁
層のピンホールを介して）２つの磁気膜間の静磁気的相
互作用により第２の軟磁気膜（ＭＲ条片）をバイアスす
るのに用いられる。反強磁性膜とＭＲ条片それ自身との
間の故意の交換結合がＭＲ条片の磁気的性質を維持する
ことはどこにも教示されていない。何故ならこれは、既
知のすべてのプロセスに対する上述のような米国特許で
は、軟磁気膜の保磁力の増大を生じさせる反強磁性膜と
軟磁気膜との間の変換結合がそれをＭＲ条片（低保磁力
及び高透磁率であることを要する）とし−〇役に立たな
くするがしかし、上記米国特許に示されたようなＭＲ条
片であってもよい所の第２の軟磁気膜をバイアスするた
めの永久磁石膜としては役立つようにするからである。

それに加えて本発明の本質的な部分である所の反強磁性
材料のスピンの意味ある整合について前記従来技術はど
こにも開示していない。反強磁性のスピンのこの整合な
しでは、軟強磁性膜との交換結合は軟磁気膜の保磁力の
増加をもたらす。それは正に米国特許第３８４０８９８
号が達成することを望んだ所の結果である。その１更に
反強磁性膜の上面に強磁性膜を付着することと付着の逆
順序との間の区別がなされていない。

他方本発明は磁界の存在下に強磁性膜上に反強磁性膜を
付着することの重要性を教示する。代案として、若しも
反強磁性膜が先ず付着されるなら、本発明は交換結合さ
れた膜が規則配列温度として下記に限定された臨界温度
よ膜上まで加熱されなければならず且つ反強磁性膜中に
所望の磁気スピン整合を達成するため磁界中で冷却する
ことが許散を生じさせるために前述のＳａｌａｎｇｋｉ
氏等及びＧｌａｚｅｒ氏等によって用いられた温度よシ
も低い。

磁気抵抗性膜それ自身ばかりでなく、磁気抵抗性薄膜記
録ヘッドは取りわけパルクツ・ウゼン雑音の影響を受は
易いが、シールド或いは分解能向上の目的で（前述のＴ
ｈｏｍｐｓｏｎ）用いられた任意の隣接磁気部材に於て
も同様である。本発明の方法及び材料はこれらのトラン
スジューサの任意部分の磁区制御のために使用可能であ
る。しかしＩ　ｇＥＥ　　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　
　ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｌｃｓ。

ＶｏＬ　ＭＡＧ　−１１、第５号（１９７５年９月発行
）第１２１５頁乃至１２１７頁に掲載されたＫｕｉｊｋ
氏等の「バーバー・ボール−リニヤ磁気抵抗ヘッド」と
題する論文に紹介されて最近「バーバー・ボール」磁気
抵抗性条片として知られた構造は、条片の長さ方向に沿
って単一方向性のバイアスを必要とする点で独特である
。これは反対極性の磁区が反対極性の電気信号を発生し
、多重磁区条片極めて狭いトラックの装置或いは低直線
性分解能のシールドされない装置に対してのみ永久磁石
バイアスを使用しうる。短絡バイアス電流は極めて高い
電流密度に於てのみ有効なバイアスを発生する。本発明
で教示されたよりな交換バイアスのみが広範囲の適用に
亘ってバーバー・ボール構造に対する単一磁区の振舞を
保証できる。

本発明に従うと磁気薄膜構造は反強磁性材料の第２の層
と直接原子的接触した強磁性材料より成る第１の層を含
んだ層のサンドウィッチを成し、上記第１の層は約１０
エルステツドより少ない保磁力と、反強磁性材料に於け
るスピンの整合によシ設けられた第２の層との交換相互
作用関係によシ支見られた単一方向性磁気バイアスと、
上記交換相互作用の存在下に保磁力Ｈよ勺も大きい交換
結合磁界Ｈとを持っている。

更に本発明に従うと反強磁性材料はガンマ相（面心立方
構造）で室温に於て安定なＭｎｎガンマ金合金、αＦｅ
１Ｏｓ及びＮｉＯを含む反強磁性酸化物とよシ成る群か
ら選択されたトランスジューサの動作温度を越えるネー
ル温度を有する。更に具体的に言えばＭｎｎガンマ金合
金Ｆｅ）Ｃｏ。

ＣＢ）Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＲｈとＭｎより成る群から
選択された元素との２成分、５成分及びよシ高いレベル
の合金である。

更に、非磁性材料の第６の層が第１及び第２の層に接触
して設けられ、且つ強磁性材料の第４の層及び反強磁性
材料の第５の層が相互に直接原子−的接触状態にされ、
第４及び第５の層は第５の層の対向側にあり、第５の層
は反強磁性材料のスピンの整合によシ設けられ念第４の
層との交換相互作用関係によシ支見られた単一方向性バ
イアス方向を有する。その構造は磁気的トランスジュー
サよシ成シ且つその、非磁性材；料；は誘導性薄膜磁気
的感知器を形成する所の導体を含むのが望ましい。

更に第２の層は拡散によって形成される反強磁性層から
区別される程の可成シの厚さを有する別個の均一な層に
されることが望ましい。

代案として、第２の層は真空付着された薄い反強磁性層
であって単一方向性の異方性を与えるため第１の層に対
して磁界が印加されている間に付着される。望ましくは
、第１の屑は延長された狭い磁気抵抗性感知器条片であ
り、単一方向性の磁気バイアスはその磁気抵抗性感知器
条片の長さに沿った実質的成分を持つのが望ましい。そ
の１更に第２の層は第１の層とは反対の第２の表面を持
ち、非磁性材料の薄膜は第２の表面に接触し、強磁性バ
イアス材料の薄膜は第２の表面とは反対側の非磁性薄膜
と直接的に接触するのが望ましい。

それに代えて、条片の実施例に於てバーパー・ボール短
絡金属化構造が上記条片の長さに沿い且つ隣接して付着
される。変形例では、第２の層は第１の層とは反対の第
２の表面を持ち、第２の層の第２の表面と密接な交換バ
イアス関係の低保磁力高透磁率材料の強磁性薄膜を含み
、その強磁性薄膜に単一方向性磁気異方性を持ち、それ
によって交換結合バイアス磁界が強磁性薄膜から第１の
膜へと第１の層の延長された感知器条片の長さに垂直な
実質的成分を持つ方向に与えられる。

基本的な発明の他の局面に於て、磁気薄膜構造磁性め低
保磁力（１０エルステツド以下ン高透磁率材料よ、シ成
る第１の膜と、反強磁性材料よシ成る第２の膜との一対
の膜（それらは相互に直接原子的に接触している）を付
着し、次にその膜を皐一方向磁界印加状態に維持したま
ま規則配列温度よ如上まで加熱し、それの冷去１中に強
磁性材料のスピンの整合を有する膜と第１の膜に於ける
１０エルステツドよシ小さい低保磁力に維持した間の上
記交換相互作用の存在下の保磁力よりも大きい交換結合
磁界Ｈとの間に交換相互作用関係を作ることを含む。

（以下余白） 本発明に従って作られた磁気薄膜トランスジューサは反
強磁性材料の層と直接的に接触した軟材料の層を含む第
１の対の層を含む複数の層よシ成るサンドウィッチを含
み、その軟材料は反強磁性材料との交換相互関係、第１
の対の層上に付着された非磁性層、反強磁性材料の第２
の層と直接的に接触した状態の軟磁性材料の第２の層を
含む第２の対の層によって支えられり琳一方向性バイア
ス方向を有する。軟材料の第２の層は反強磁性材料の第
２の層との交換相互作用関係によりて支えられた単一方
向性バイアス方向を有する。

更に本発明によれば第１及び第２の対の層の単一方向性
バイアス方向は反対方向である。

本発明の他の局面では第２の対の層は嵐−の強磁性層に
よって置換される。

本発明の更に他の局面では非磁性層は誘導性磁気記録ヘ
ッドのための薄膜導体よす成層、その第２の対の層は初
めから述べられたようにされる。

本発明の更に他の局面ではバーバー・ポール構造が反強
磁性材料によってバイアスされに強磁性本発明に従う磁
気薄膜トランスジューサは反強磁性材料Ω層と直接的に
接触した軟材料の層を含む第１の対の層を含む複数の層
よシ成るサンドウィッチを含み、その軟材料は反強磁性
材料との交換相互関係、第１の対の層上に付着された非
磁性層、反強磁性材料の第２の層と直接的に接触した状
態の軟磁性材料の第２の層を含む第２の対の層によって
支えられた単一方向性バイアス方向を有する。軟材料の
第２の層は反強磁性材料の第２の層との交換相互作用関
係によって支えられた単一方向性バイアス方向を有する
。

更に本発明によれば第１及び第２の対の層の単一方向性
バイアス方向は反対方向である。

本発明の他の局面では第２の対の層は単一の強磁性層に
よって置換される。

本発明の更に他の局面では非磁性層は誘導性磁気記録ヘ
ッドのための薄膜導体よ″り成り、その第２Ｃの対の層
は初めから述べられたようにされる。

本発明の更に他の局面ではパーツ（−・ボール構造が反
強磁性材料によってバイアスされた強磁性層交換により
バイアスされる。

定義 ［規則配列（Ｏｒｄｅｒｉｎｇ）　　温度」なる用語は
、強磁性材料の層と直接的に接触した反強磁性材料層の
サンドウィッチに対して加熱され且つ外部的に印加され
る磁界中で冷却されそれによってその単一方向性バイア
スが外部的に印加された磁界によって発生された（強磁
性層の）磁化方向へ変わるようにする温度のことを、こ
こではそのように呼ぶことにする・ 「交換相互作用関係」なる用語は原子的尺度での近隣磁
気モーメント間の相互作用であってこれらの近隣磁気モ
ーメントが並行（強磁性に対して）或いは反並行（反強
磁性に対して）の何れかになるようにする作用を指す。

これは任意の単−材料内で適用するが、本発明で用いら
れるときは隣接層間の界面に於て異なった材料間の相互
作用を指すのに用いられる。

［バルクハウゼン雑音」は誘起電圧スパイクと同様に薄
膜磁気トランスジューサの出力の感度及び直線性の不連
続変死を指すのに用いられる。

「保磁力Ｈ」は材料の磁化対磁化磁界の量を示す。更に
具体的に首えば、例えば第１Ａ図に見られるような磁化
対圧及び負の飽和値Ｍ　に接近する所の磁化磁界を示す
図に於て、若しも磁化が零を通過する値を磁界Ｈ及びＨ
で表わすならばＢ で与えられる。

「交換バイアス磁界Ｈ９」はＨ＝０軸からのＭ−Ｈ関係
の偏差の量である。更に具体的に言えばで与えられる。

誘導性薄膜ヘッドのヨークに於ける磁壁の数は、第２図
に示すようにヨークを形成する膜を成層化　　　　−し
、且つ個々の成層の容易軸方向が媒体及びギャツブ方向
に対して並行且つ相次ぐ成層に於て相互に反対になるよ
うに単一方向性異方性をなすようにすることにより、実
質的に完全に零に減少されうる。成層は静的状態の静磁
気エネルギを小さい値へ減少し、それによって閉鎖磁区
の形成を阻止する。それに反して単一方向性バイアスは
各成層が単一磁区として振舞うようにし、かくて磁壁の
形成を阻止する。

単一方向性バイアスは交換異方性によって達成可能であ
シ、それは適切に選択された強磁性材料及び反強磁性材
料間の界面に於て生じる。単一方向性異方性の容易方向
は反強磁性材料の付着最中に強磁性材料が磁化される所
の方向によって決定されるのが望ましいけれども、それ
は後述のように後で決定することが可能である◎ 第２図の成層膜の断面図は磁気ヘッド感知器で使用する
のに適した磁気シールド或いはポール・ピースを具備し
て示されている。第２図に示された成層膜は下記の方法
で作シうる。強磁性材料例えばＮ　Ｉ　Ｆ　ｅの層１０
が、単一軸異方性を生じさせるように基体９の構造の面
に並行なギャップ方向及び媒体（頁の面）に並行な磁界
を印加して、基体９の上に付着される。この単一軸異方
性は望ましいとは言え必須ではない。磁界が依然として
印加されている間に適切な反強磁性材料の薄層１１が付
着される。薄層１１はそれと強磁性材料１０との間に所
望の量の交換結合が生じるように選択されなければなら
ない。

次に非磁性材料の薄層１２（５０乃至１００オングスト
ローム）が反強磁性材料と次の強磁性層１３との間の交
換結合を阻止するために付着されるのが望ましい。印加
される磁界方向は今や反転されそしてプロセスが反復さ
れる。第２図は成層化された膜の断面を示し、矢印１４
−１７は容易方向を指示する。下記に列挙される式に示
される上りに高透磁率が達成可能である。

相次ぐ層が同様に付着される。層１３．２４及び２７は
層１０のような強磁性材料で構成される・一層１１．２
２．２５及び２８等はすべて反強磁性材料である。層１
２．２３．２６等はすべてその下の強磁性層をその上方
の次の強磁性層から離隔するための非磁性材料である。

層２８の上方の空間１９には導体（絶縁されたもの或い
はされていないもの）或いは誘導性ヘッドの何れかが収
容されたギャップが配置されるか或いは同じ順序で層１
０から２８へ至る別の構造で追従された磁気抵抗ヘッド
のための絶ＲＭＲ条片が配置される。ギャップ１９内の
材料は又、誘導性或いは磁気抵抗性の倒れの場合にも「
非磁性」層として働く。

強磁性層１０．１６．２４及び２７は単一方向性異方性
ばかりか単軸性をも持ち、磁気記録媒体の駆動磁界Ｈは
常に容易軸に対して直角である。

従ってエネルギ密度は Ｅ＝−Ｋｃｏｓθ±Ｋ　ａｌｎ”＃　−ＨＭ　　ｓｉｎ
θｅ　　　　　　　　　　ｕ　　　　　　　　　　　　
　ｓ但しＫ　は単一異方性足数８・、Ｋ　　は交換異方
性ｕ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ｅ定数、θは軸ＦＫ沿って指向された印加
磁界Ｈに対する磁化Ｍと容易方向との間の角度であって
、それは単一方向性異方性の方向に垂直である。正符号
は単一方向性異方性に並行な単軸異方性に対するもので
あシ、負符号は単一方向性異方性に垂直な（即ち磁界Ｈ
に並行な）単軸異方性に対するものである。

８ｇ／ａθ＝０と置き異方性磁界を導入し、Ｈｋ＝２Ｋ
　７Ｍ　、交換結合磁界Ｈ＝Ｋ　　７Ｍ　　と置ｕｓ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｅ　　　　
　　　ｅ　　　　　　　ｓ〈と、 Ｈ＝ｋｌ　　ｔａｎθ＋Ｊ（ｓｉｎθ ｅ　　　　　　　　　ｋ 読取りプロセスのためにはθが小さい値に留まるものと
仮定さ九て ａ：（ａ　　±Ｈ）ｓｉｎθ ｋ Ｈｋに対する合理的な値は４エルステツドでろシ、８０
：２０ＯＮｉＦｅＫついては磁化（４ｆＭ　　）は約１
００００ガウスである。Ｈは薄膜トランスジューサに可
能な１０００乃至２０００の範囲の透磁力をもたらす所
の０乃至１５エルステツドの範囲になしうる。

第６Ｃ図は本発明の方法に従って作られた薄膜−の磁化
ヒステリシス（Ｍ−Ｈ）ループを示す。８０　：　２０
　Ｎ　ｉ　Ｆ　ｅの厚さ５００オングストロームの膜が
第３Ａ図に示されるように容易軸ＥＡを発生ずる印加磁
界Ｈ中で先ず蒸着され、それｐｐ に続いて同じ磁界Ｈ中で５７　：　４３ＦｅＭｎｐｐ の厚さ１００オングストロームの膜が蒸着される。

外部磁界Ｈは６０エルステツドであり、基　ｐ　ｐ 体温度は容易軸に沿って交換結合の存在下に２００℃で
ある。第３Ｂ図は図示のように単一方向性（ＵＤＡ）を
導（Ｆ　ｅ　Ｍ　ｎ反強磁性層の付着中の同一方向のＨ
の磁界を示す。容易軸曲線及ｐｐ び困難軸曲線の両者が第３Ｃ図に示され、Ｈ駆動レベル
が減少されたときの困難軸マイナー・ループが第３Ｄ図
に示される。その膜は外部磁界の存在しない場合単一磁
区であることに注意されたい。

Ｈは１１エルステツドであるがＨは５エルステッドしか
ない。相対的透磁率は５００である。

第３Ｅ図は同様な膜の磁界Ｈを示す。そのｐｐ 膜岐先ず蒸着された８０　：２ＯＮｉ　Ｆｅの厚さ５０
０オングストロームの膜でありそれに続いて２００℃の
基体温度に於て６３：３７ＦｅＭｎの厚さ１００オング
ストロームの膜が付着され、交換結合からもたらされる
所のＵＤＡ（単一方向性異方性）が第３Ｅ図のＮ１Ｆｅ
Ｒの単軸困難方向に沿うように、第５Ｅ図の付着最中に
用いられた角で冷却される。第６Ｇ図は第５Ｅ図及び第
３Ｆ図の構造に対する困難軸ヒステリシスループを示す
。

その膜はすべての励磁方向に於て第３Ｈ図に示されたよ
うな減少されたＨ磁界に対する閉成されたヒステリシス
ルーズを持つ。その［１：５．５エルステツドのＨを有
する外部磁界の存在しない状態で単一磁区である。相対
的透磁率は２０００であるＯ 更に一般的に、単一方向性異方性を達成するために使用
されるプロセス及び材料について説明する。　８０　：
　２０　Ｎ　ｉ　Ｆ　ｅ　（パーマロイ合金）のような
軟磁性材料の膜が室温から６００℃までの範囲の基体温
度で外部磁界中で先ず蒸着或いはスパッタ付着されて、
１００オングストローム乃至数千オングストロームの範
囲の厚さにされる。それに続いて５０　：５０のＦｅＭ
ｎのような反強磁性膜或いは以下に説明されるような他
の材料が軟磁気膜の表面が空気にさらされることなく（
何故なら結果の酸化物層はＮｉＦｅ膜と反強磁性膜との
間の交換相互作用を禁止するからでめるω蒸着或いはス
パッタ付着される。反強磁性膜の付着最中の磁界の方向
は軟強磁性膜の付着最中に使用されたのと同一方向のも
のであってもよい◎若しも軟磁性材料がパーマロイＮ　
ｉ　Ｆ　ｅ合金のような誘起容易軸を持つならば、これ
は容易軸に沿った単一方向性バイアスに整合する。それ
に代えて、磁界の方向は軟磁気膜の容易軸と成る角度に
なるように単一方向性バイアスを生じさせるように変更
されうる。何故なら単一方向性バイアスは反強磁性膜が
付着されたとき軟磁気膜の磁化の方向になるからである
。反強磁性膜が規則配列温度として前記に定義された臨
界温度よυ上へ加熱されなけれげ、反強隔性層が冷却す
るとき温度がＴ　より低くなるまで磁界五が印加状態に
保たれなければならない。特に重要なものは、単一方向
性バイアスが軟磁気膜の困難軸に沿っている所のこの種
類の場合である。単一方向性バイアスの方向に沿った軟
磁気膜のＢ−Ｈ曲線の片寄シ及び保磁力が共に減少され
そして透磁率が増大される。この減少はこのプロセスを
磁気抵抗性感知器用の膜を作る場合に使用するため取シ
わけ重要である。

若しもこれら２つの膜の付着の順序が反転されるなら、
そして基体が非晶質（アモルファス）であるならば、単
一方向性バイアスは観察されない。

若しも基体が結晶質例えば予め付着された銅或いはパラ
ジウムの膜であるならば、Ｔ　より高温に加熱され且つ
磁界中で冷却されるときは単一方向性バイアスが得られ
る。そうは言っても一般に正規の付着順序のものよりも
弱くなる。これは付着される表面の構造上に反強磁性の
結晶質構造に依存するととに起因するものと信じられる
。

第２の軟磁気膜がマンガン合金膜上に蒸着されうる。第
２の軟磁気膜の単一方向性バイアスは第１のものよりも
小さく、その方向は若しもその付着が規則配列温度よυ
下の温度で行なわれるならばｇ４２の軟磁気膜の蒸着最
中の！１部磁界の方向に依存する。軟磁気膜用に８０：
２ＯＮｉＦｅ合金を、そして反強磁性材料に５０：５０
ＦｅＭｎを使用すると、下記のものが得られる。４００
オングストロームのＮｉＦｅ、１００乃至１０００オン
グストロームのＦｅＭｎ、　及Ｕ３００オングストロー
ムのＮｉＦｅに対しては２つのＮｉＦｅウェハのための
単一方向性バイアスは外部磁界が第２のＮ　ｉ　Ｆ　ｅ
膜に対しで反転されたとき、相互に反対である。１００
０オングストロームを越える厚さのＦ　ｅ　Ｍ　ｎに対
しては第２のＮｉＦｅ嘆に対する単一方向性バイアスは
得られなかった。

次の層に対して反対の外部磁界を用いる結果は、次のＮ
ｉ　Ｆｅ層が反対方向を指示する磁化を持つように強制
するので、ＭＲヘッド或いは薄膜誘導性ヘッド用のヨー
クのための多層シールドとじて重要である。これはひい
ては若しもすべての層の磁化が同一方向を指示するなら
ば存在する所の閉鎖磁区を除去する。

磁気抵抗性感知器に於ては磁気抵抗性膜素子用の磁気バ
イアスの付与が重要である。これは外部磁界によって、
或いは前述の米国特許第５８４０８９８号によって教示
されたように隣接の永久的に磁化された層或いは層の組
合わせでの静磁気的相互作用によって、付与されうる０
従来技術はバイアスを与えるために磁気抵抗性膜に対し
て直接的交換結合を用いることを教示していない０何故
ならば磁気的性質の縮退なしにそのようなバイアスを付
与する手段が未知であったからである。本発明で開示さ
れた方法及び材料がこれを可能にしたのである。第４Ａ
図はバイアス手段として直接的交換結合を用いた磁気抵
抗性条片感知器を示す。

第４Ａ図には、従来の薄膜材料技術によシＭＲ条片５１
へ接続された一対の電気導線３２を有する厚さ約４００
オングストロームの８０　：　２０ＮｉＦｅであるのを
可とする磁気抵抗性感知器膜（ＭＲセンサ）の薄膜東岸
３１がその上に付着された基体３０が示されている。導
線は薄膜磁気記録技術に於て周知の態様で磁気記録電子
回路及びＤＣバイアス源へ接続されるのに適合している
。条片３１の直上には、変換結合磁界Ｈ交換によｉ）Ｍ
Ｒ条片３１の磁気バイアスを供与するように、ＦｅＭｎ
の厚さ１００オングストロームの層のような反強磁性材
料の薄膜６６が付着される。それはＭＲ条片３１が外部
磁界源によって磁化されている間にその８！Ｘ３６を付
着するか、或いは完成した構造を規則配列温度よシも高
温に加熱しほつ外部磁界の存在下に冷却するかの何れか
Ｋよる。ＭＲ条片３１に与えられる単一方向性異方性の
特定方向は使用されるＭＲ感知器の特定の要求によって
決まるのであるが、条片の長さに沿って図示されている
。

以下に説明されるように第４Ｂ図の層３５によって与え
られた如きバイアス磁界を有する磁界成分を与えるため
４５°の角度にしてもよい。第３Ａ図及び第３Ｂ図の技
術も使用可能である。第４Ｂ図に於て基体６４は、電流
ＩＤＣに応答して磁化磁界Ｍを供与する誘導性軟磁気バ
イアス材料としてその上に付着された厚さ２００オング
ストロームの８０　：２ＯＮｉＦｅ膜のような軟質、高
透磁率（低保磁力）材料の長手方向バイアス用膜＠６５
を持つ。そのようなバイアス用材料は米国特許第３１６
４７５１号に開示されている。次に８１０２のような非
磁性材料の層３６がバイアス用膜５５の上に付着される
。次に導線３８を有するＭＲ感知器条片３７及び反強磁
性層５９が夫々第４Ａ図の場合と同じ理由で付着される
。第４Ｂ図の構造はバイアスＨ交換と長手方向軟質自己
バイアス屓３５とを有する直接交換バイアスＭＲ感知条
片を供与する。バイアスＨ交換はパルクツ＼ウゼン雑音
を排除する。

第４Ａ図に示された磁気抵抗性感知器は横断磁気バイア
ス（即ち磁気信号磁界Ｈ信号に対して並列なバイアス）
を持たず、従って微小信号に対して単一極性の方形出力
を発生する。多くの適用に於て、そのようなバイアスの
使用によシ或いは第４Ａ図及び第４Ｂ図に示されたよう
なバーパー・ボール短絡バー構造の使用によシ、出力を
直線化する必要がある。横断バイアスは第４Ａ図に示さ
れた方向から凡そ４５°に交換結合磁界を方向づけるこ
とにより、或いは他の永久磁石或いは磁気的に軟質のバ
イアス層を付加することにより与えることが可能である
。製造上の見地から第４Ｂ図はそのような組合わせの１
つを示しており、それは新たな材料が薄膜付着プロセス
に追加されないことにより余シ複雑でない薄膜蒸着方式
或いはスパッタリング方式しか必要としないと言う利点
を持つ。

第４Ｃ図に示されたよりな町気抵抗性結合で直接的交換
結合を組合わせることも可能である。

第４Ｃ図には第２のＮ１Ｆｓ膜のための製造中に印加さ
れる外部磁界が第１のＮｉ　Ｆｅ層に対する外部磁界と
直角にされ、結果の単一方向性バイアスは２００オング
ストロームＮｉＦｅ、１００オングストロームＦｓＭｎ
、４００オングストロームＮｉＦｅに対して直角になる
。この技術は組合わされた交換異方性及び軟質膜バイア
スのために重要である。基体上に付着される最初の層４
０は軟質バイアス層であｔｐ、ＦｅＭｎの膜４１での交
換異方性は第２のＮ　ｉ　Ｆ　ｅ膜４２（磁気抵抗性感
知のために使用される）がスイッチされている間は飽和
状態にその軟質膜を保つように働く。第２の層の交換真
方性バイアスはそれがスイッチされている間にＭＲ層が
単一磁区を維持することを保証することによシバルクノ
・ウゼン雑音を排除する。

並行及び垂直の例に加えて、相次ぐ強磁性層の単一方向
性異方性間の他の角度関係も又可能でアル。

１つの特に重要な例が第４Ｄ図に示される。同図に於て
２つのＮｌＦｅ膜５０及び５２のための単一方向性異方
性に対する方向間の角度は１３５°である。これは、軟
質膜５０のだめの単一方向性バイアスが飽和状態にその
膜を保つのを助は且つＭＲ膜５２のための単一方向性バ
イアスが電流方向工に対して４５６にその膜をバイアス
するのを助けるので、ＭＲヘッドに於ける組合わされた
軟質膜単一方向性異方性のために有用である。

若しも軟質及び反強磁性膜構造が規則配列温度として既
に定義されたような成る温度よシ高温に加熱され然る後
規則配列温度より低温に冷却されるなら、単一方向性バ
イアスの方向は、規則配列温度より下へ冷却する段階中
に反強磁性膜に隣接した８０：２ＯＮｉＦａパ一マロイ
合金の磁化が持っている方向へ変わる。この効果は膜が
作られた後で単一方向性結合の方向を変えるのに使用可
能である。軟質膜の磁化、外部磁界、隣接磁気層の減磁
磁界、磁性或いは非磁性例れかの隣接金属膜によって運
ばれている電流により発生される磁界、或いは上記のも
のの任意の組合わせ、に対し所望の方向を確立するため
幾つかの方法を使用しうる。成る場合には自然に或いは
ＡＣ減磁によシ形成された若干の磁区構造に於て「凍結
」するのに十分である。

１つの独特な磁区構造に於て「凍結」する能力を用いる
所のバルクハウゼン雑音を減少するために使用された１
つの実施例が第５図に示される。

成層化されない軟磁気ｇ　（８０：　２０　Ｎ　ｉ　Ｆ
　ｅのようなもの）５１が基体５０上に付着される。そ
の次に反強磁性層５２が磁界を印加しない状態でＮ　ｉ
　Ｆ　ｅ上に付着される。若しも軟磁気層５１の表面が
反強磁性層の付着前に（例えば空気にさらすことにより
）酸化されうる状態にあったならば、その酸化層は反強
磁性層５２が例えばスパッタ食刻によシ付着される前に
除去されなければならない。銅或いは代案として絶縁さ
れたＭＲ条片のギャップ層５３が付着され、それに続い
て他の軟強磁性膜５４及び反強磁性膜５５が前述のよう
に付着された。若しも磁気層の付着に続いてこの構造が
規則配列温度よシ高温に加熱されたなら、次に閉鎖磁区
の若干のパターンが反強磁性膜の規則配列最中に強磁性
膜の各々に存在するように印加磁界の不存在下に冷却さ
れなければならない。単一膜の減磁効果は前述のように
閉＃１磁区を導入すると云う理由で磁脚が成層化されて
いないヘッドの磁脚の各々には単一磁区が達成され得な
い。閉鎖磁区この１つのパターンは今や最もエネルギ的
に好都合であるので、任意の動揺（外部磁界或いは磁気
媒体上の読み書きによって生じるような動揺）が除去さ
れた後に再度設定される。従って磁気的読み書き効率は
若しも磁気的動揺の後に新たな閉鎖磁区パターンが（ラ
ンダムに）発生されるなら、遥かに安定である＠ 規則配列温度以上に再指向するための単一方向性異方性
の指示のためのこの能力は再指向が制御きれない限り単
一方向性異方性を与えて作られるデバイスの処理温度に
制限を課すことがありうる。

デバイスが作られた後でさえもこの制御を可能にする所
の１つの特定の成層化された構造が第６図に示される。

この構造はすべての交番した軟強磁性膜が単一方向性バ
イアス層なしで作られていることを除き第２図に示され
（且つ上記に説明され）た所のものと同様に構成される
。具体的に言えば、製造されつつあるデバイスに必要と
される容易軸方向に対して並行な印加磁界の存在下に下
記の層が付着される。

（１）強磁性材料例えば厚さ１０００オングストローム
のＮｉＦｅ０層 （２）適当な反強磁性材料（厚さ約１００オングストロ
ーム）の薄層 （３ン　　非磁性材料（厚さ５０乃至１００オングスト
ローム）の薄層 （４）強磁性材料の層 （５）非磁性材料の層等。

従ってすべての他の強磁性層は交換異方性によって単一
方向性にバイアスされる。印加磁界の方向はこの構造の
製造中には反転される必要がないことに注意されたい。

若しも上記の構造の製造に引続く処理最中に規則配列温
度以上に加熱されるなら、単一方向性異方性の所望の方
向は単一方向性異方性のために必要とされる方向の印加
磁界の存在下に規則配列温度以下へ冷却することにより
再設定される。これは単一方向的にバイアスされた所の
交番強磁性層が単一磁区になることを保証する。単一方
向性異方性によってバイアスされる強磁性層とバイアス
されない強磁性層との間のこの構造の緑に於ける静磁気
相互作用が、前者の膜の磁化に対して反対方向に指向す
る磁化で後者の膜も又単一磁区になるように仕向ける。

かくて第６図の構造はその処理温度に制限を課すること
なく第２図の構造と全く同じ交番方向磁化で単一磁区強
磁性膜を持つ。

第６図は交換結合された強磁性材料及び反強磁性材料が
一緒になってサンドウィッチ状になった寥番層と交番容
易軸を有する強磁性材料単独の層とを有する多層構造を
示す。更に具体的に言えば、基体６０には第２図の層１
０と同様按基体及びギヤラグに並行な外部磁界を用いる
ことにより与えられた容易軸を持つ強磁性材料の層６１
が形成される。層６１は８０：２ＯＮｉＦｅから成る１
０００オングストロームの厚さのものでもよい・次に反
強磁性材料の薄層６２が層６１上に約１００オングスト
ロームの厚さに付着される。

ノ 次に薄層６３が５０乃至１００オングストロームの厚さ
に付着される。次に強磁性材料の層６４が層６３上に付
着され、その上に非磁性材料の層６５が付着される。−
同様にして、強磁性層６７及び７２と交換異方性関係を
有する強磁性層（層６１と同様）である所の層６６及び
７１．４６４と類似の強磁性層６９が付着される。非磁
性層６８及び７５は層６３と類似しておシ、非磁性層７
０は層６５と類似している。他の強磁性層（６１，６６
，７１）だけが交換異方性によって単一方向性に（少く
ともＷ接的接触の方向Ｋ）バイアスされる。交番層は層
６１．６６．７１から層６４．６９ぺの磁界の閉鎖によ
りバイアスされ、それによって矢印と反対の方向にバイ
アスを与える。

この形態の交換異方性の重要な利点は正しい磁化が復帰
されるか或いは与えられることが可能であり、この形態
の多重層を用いる任意の他のデバイス或いは磁気トラン
スジューサの製造忙必要とされる任意の加熱が事情次第
で追従されることである。磁化は所望の磁化方向を達成
するのに適正な方向に外部磁界が印加されている間に膜
を冷却することによシ復帰され、その間に膜は第６図に
矢印で示され九単一方向性異方性を発生するため規則配
列温度以下に冷却する。

層６１．６６．７１に於ては、駆動磁界は薄膜ヘッドに
於ける読み書き最中のその方向に対して直角であるから
、第２図のように常に容易方向の磁化の成分が存在する
。従って他の強磁性層６４及び６９は静磁気的相互作用
によシ反対方向にバイアスされる。従ってこれらの中間
層６４及び６９は磁界を制御するために交換結合異方性
を持つ必要がない。しかしバイアス層６４及び６９の満
足な動作は密接に接触する反強磁性層によって誘起され
た異方性特性を持つ所の層６１．６６．７１に誘起され
る異方性の大きさに依存する。磁気的性質の異方性のそ
のような大きさは強磁性層の厚さを変えることによシ正
確に制御可能である０何故ならば単一方向性異方性磁界
はＨＥ＝Ｅ／（Ｍ　　ｔ）によって与えられるからであ
る。但しＥは交換異方性エネルギ、Ｍ　は飽和磁化、ｔ
は強磁性層の厚さである。この代案実施例は磁気ヘッド
用の成層ヨークをどのようにして設計するかの決定をな
すに際してヘッド或いはトランスジューサ設計者に広い
範囲の材料選択の自由を与える。

材　　料 本発明に従って使用するのに適した反強磁性膜は磁気ト
ランスジューサの動作温度よゆも高い強磁性材料に対す
るキューリ温度に類似したネール温度Ｔ　（反強磁性材
料が常磁性になる温度）を持つ材料で作られなければな
らない。高いネール温度Ｔ　で動作することがわかった
材料は２種類ある。第１の種類はガンマ相（面心立方）
の室温に於て安定なマンガン合金、取りわけ５０：５０
の組成に近いＦ　ｅ　Ｍ　ｎである。他の種類はαＦｃ
ＨＯ３のような反強磁性酸化物より成る。文献に示され
ているすべての材料がバルクの形態で反強磁性を持ち高
いネール温度で働くわけではない＠例えばＦｅｓ　Ａｔ
１ｊＴ　　＝７５０°にで反強磁性であるとＴム Ｅｌａｏｎｈｕｓｔｔｅｎｗ、　３５．１丁５（１９６
３年発行）にＧ、　Ｒａｇｓｍａｎ氏及びＨ，Ｗｉｃｋ
氏によって報告されたが、Ｆ＋ＨＡｔ組成の、及びそれ
に近い鉄・アルミニウム膜は単一方向性異方性を与えな
かった。他の合金も高い値のＴ　を持つものと報告され
ているが、しかしそれらを試験してみると役に立たない
。それらの合金はＡｔＣｒ２組成に近いＡｔ−Ｃｒ合金
、Ｍ　ｎ　Ｐ　ｄ組成に近いＭｎＰｄ合金、約１％乃至
９０％のＭｎを含有するＣｒＭｎ合金などである。Ｃｒ
　Ｍ　ｎもＭｎＰｄも室温に於て安定なガンマＭｎ相を
持たないことに注意されたい。薄膜形状に蒸着されたと
きこれらの材料の結晶学的及び／或いは磁気スピン構造
は単一方向性異方性を作るのに必要とされる所のもので
はないと信じられる。

Ｍｅ　　Ｇｒａｗ−Ｈ１ｌ１社刊、Ｍｎｎｓｅｎ氏著の
［Ｃｏｎ５ｔｌｔｕｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｂｌｎａｒｙ
　　Ａ１１ｏｙｓ　Ｊによれば室温で安定なガンマＭｎ
相を有する多酸の２元合金があシ、例えばＣｏ　Ｍ　ｎ
　、　Ｃｕ　Ｍ　ｎ　。

Ｇ５Ｍｎ、ＦｏＭｎ、ＭｎＮｉＸＭｎＰｔ、ＭｎＲｈが
ある。これらの材料のうちＦｅＭｎ、ＭｎＮｉ。

Ｍ　ｎ　Ｐ　を及びＭ　ｎ　Ｒｈは８０　：２ＯＮｉＦ
ｅ膜の未酸化表面上に蒸着されると単一方向性異方性を
生じる。その土堤にＭｎの２成分及びそれｌ）高い成分
数の合金は室温でガンマＭｎ相を持つ限り可能である。

具体的に言うとＮ　ｉ　Ｆ　ｅ　Ｍ　ｎ合金が８０：２
＜１．４０：６０及び２０：８０のＮ　ｉ　Ｆ　ｅ比率
で試験された。８０　：　２０　Ｎ　ｉ　Ｆ　ｓ膜上に
蒸着されたときすべて単一方向性異方性を生じた。

試験されたこれらすべてのＭｎ合金のうちＦ　ｅ　Ｍ　
ｎ系が最高の規則配列温度を示した。

第７図には元のＨからのＢ−Ｈ曲線の移行を示し、Ｈは
１３０オングストロームの厚さの可変Ｆｅ：Ｍｎ比率の
ｌｉ”ａＭｎ膜にそれらの容易軸に沿って飽和ＮｉＦｅ
膜が付着された４００オングストロームの厚さのＮｌＦ
ｅ膜の容易軸保磁力である。Ｂ−）Ｉ曲線の移行はＪｏ
ｕｒｎａｌ　　Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ誌３
４．１０４６（１９６３年刊）に掲載された所のＣ，Ｋ
１ｍｂａｌ１氏、Ｗ、Ｄ、Ｇｓｒｂｅｒ氏、んＡｒｒｏ
ｔｔ氏によって測定されたＦ　ｅ　Ｍ　ｎに於ける超微
細磁界とほぼ同じ組成に於てピークを持つことに注意さ
れたい。これは単一方向性異方性が反強磁性ＦｅＭｎと
強磁性ＮｌＦｅとの間の交換作用の結果であることの確
認のために引用された。

単一方向性異方性の方向のスイッチングが元来の異方性
方向に対して直角の磁界中で膜を加熱することにより観
察された。十分高い温度のとき、異方性の方向は印加磁
界の方向に向って回転することが観察された。温度が増
加されるにつれて回転の割合が増加されるので、良好に
限定された規則配列＠度に於ける急回転の代シに、回転
が十分に長い時間期間に亘って生じる所の温度の範囲が
生じることがわかった。使用された標準検体は１５分間
に９０°回転した。そして４００オングストロームの厚
さのＮｉ　Ｆｅ　（８０：　２０　）ＩＦＪ上の５０　
：　５０Ｆｅ　：Ｍｎ比を有する１６０オングストロー
ムの厚さのＦ　ｅ　Ｍ　ｎ　模は１２０℃に於て１５分
間に９０°の回転を生じた・ 正しい結晶学的構造のための要件は非結晶質（アモルフ
ァス）基体上に直接５０：５０ＦｅＭｎを付着し然る後
Ｎ　Ｉ　Ｆ　ｅを付着することの結果によシ実証される
。これが天性されると、膜がＦｅＭｎのネール温度以上
の磁界中で加熱されたとしても単一方向性異方性が発生
されない。しかし若しも銅或いはパラジウムの膜（両方
共面心立方結晶構造を持つ）が先ず付着され次いで５０
：５０ＦｅＭｎ膜及び８ｐ　：２ＯＮｉＦｅ膜が順に付
着されるなら、ＮｉＦｅ膜は単一方向性異方性を持たな
い。

８０：２ＯＮＩＦｅも又面心立方体であるので、Ｆ　ｅ
　Ｍ　ｎ膜に同じ結晶構造を得るためには面心立方体構
造を有する表面上にＦ　ａ　Ｍ　ｎが付着されることが
重要なようである。

単一方向性異方性を生じることが期待される他の種類の
反強磁性材料はαＦｅ２Ｏ３及びＮＩＯのような反強磁
性酸化物である。αＦｅ２Ｏ３はＮ１ｐ（２５０℃）と
比較して高いネール温度（６７７℃）を持つので、αＦ
ｅ１Ｏ１はよシ高い規則配列温度を生じることが期待さ
れる。８０：２ＯＮｉＦｅ上にＦａｍｅｓ　　ターゲッ
トからスパッタされた膜けＮｉＦｅ膜に単一方向性異方
性を生じることが示されている。

実現可能性を検証するために厚さ５００．１０００、及
び２０００オングストロームの蒸着パーマロイ膜（８０
：２ＯＮｉＦｅ）が軟磁気材料として使用された。膜は
蒸着器から取出されてｒｆスパッタ装置に載置されなけ
ればならなかったので、空気にさらされている間にＮ　
Ｉ　Ｆ　ｅ膜表面上に天然の酸化物が形成された。この
天然の酸化物はＦｅ２Ｏ３膜がスパッタされる前に除去
されなければならなかった。さもなければその酸化物は
室温に於てパーマロイとＦｅ２Ｏ３との間の交換結合を
阻害する（極低温に於ては天然の酸化物を介して交換結
合が生じる可能性が依然として存在する）。

Ｎ　ｉ　Ｆ　ｅ膜がスパッタ食刻された後にアルゴンガ
ス中でＦｅ１０３　　ターゲットからｒｆスパッタによ
シ膜が付着される。出来た膜はおそら〈若干酸素不足の
αＦｅ１０３であることが予想されるが、これは確認さ
れていない。Ｆｅ２Ｏ３膜のスパッタ付着最中は、Ｎｉ
Ｆｅ膜の磁化が単一方向性異方性が存在すべき方向と同
一方向の外部磁界によって維持された。このＦｅ２０ｇ
　の上塗りの結果としてのＮｉＦｅ膜の単一方向性異方
性は、スパッタリング東件に依存することがわかった。

具体的に言えば８０：２ＯＮｉＦｅ膜のＢ−Ｈ曲線のシ
フトはターゲット電圧及び電力、基体バイアス電圧、Ｆ
ｓｌＯｓ膜厚及びＮｉＦｅ１Ｊ厚に依存することがわか
った。

ｔ４８図に１４−１５００ボルトのターゲット電圧、２
０μｍアルゴンガス圧力、凡そ８５．０オングストロー
ムのＦｅ２Ｑ３　膜厚のときの基体バイアス電圧及びＮ
　ｉ　Ｆｅ＠厚に対するＢ−Ｈ曲線のシフトの依存性が
示される。４００オングストロームの厚す（７）８０　
：　２　ＯＮＩ　Ｆｅ、　　８５０．ｄ−ンクス）。

−ムの厚さのＦｅｗ　Ｏａ　　（−５０ボルトの基体バ
イアス電圧、−１５００ボルトのターゲット電圧、及び
２０μｍのアルゴンガス圧力に於てスパッタされた）の
試料に対し単一方向性異方性の元来方向に直角の磁界下
で加熱したとき、単一方向性異方性の方向が１５０℃に
於て１５分間に９０’スイツチした。

これらの試料はＮｌＦｅを蒸着し且っＦｅ２０ｇをスパ
ッタリングすることによ゛シ作られたが、磁気的性質を
改善するには多重ターゲット・スパッタリング装置でＮ
　ｉ　Ｆ　ｅ及びＦｅ２０ｇ　の両方をスパッタするの
が望ましい。

低保磁力の茫準 交換バイアスされた強磁性膜の所望の保磁力は一般に約
１０エルステツドよりも低い。他方、前述の米国特許第
３８４０８９８号は５ｏ乃至１゜Ｏエルステッドの或い
はＨ（異方性エネルギ）０１０倍の高い保磁力を持った
。低い保磁力は本発明に従う前述のプロセスにより反強
磁性材料に於けるスピンの整合によって供与される。５
００を越える高透磁率も又そのような交換バイアスされ
た膜にとって望ましく、又換結合磁界Ｈは交換相互作用
の存在下で保磁力Ｈよりも大きくあるべきである。

第９Ａ図は前述のＫｕｉｊｋ氏等の手法に部分的に基礎
を置いたバーバー・ボール磁気抵抗性ヘッドのため交換
バイアスを用いた構造の平面図であシ、第９Ｂ図はその
立面図である。基体９０は磁気抵抗性感知器を構成する
ＮｉＦ’ｅ８０：２０の薄膜条片９１で被αされる。Ｆ
　ｓ　Ｍ　ｎのような反強磁性材料の薄膜条片９２が薄
膜９１の上に付着される。金の接続導体９３及び９４と
、条片９１及び９≦に斜めに整合された金の短絡棒９５
とが基体９０を横切ってパッド（図示せず）へ延びる導
体９３及び９４と共に条片９２上に付着される。

本発明者は交換バイアスされた強磁性材料よシなるバイ
アス層の使用がバーバー・ボール・ヘッドの動作の著し
く改善された結果をもたらすことを発見した。層９１及
び９２より成る混成条片がＫｕｉｊｋ氏等の磁気抵抗性
層と取換えられている。最後の条片方向と並行な方向に
整合式れた磁界が混成条片に於ける単一方向性バイアス
磁界を誘起するために製造中使用され、それが単一磁区
の振舞を呈するように作用する。規則配列温度よシ高温
に加熱し且つ冷却することにょシ付Ｎ最中或いはその後
に磁界が印加されうる。この実施例は短絡棒が機能する
ことを許す所の導電性反強磁性材料と関連づけて使用す
るのに適している。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は従来技術に従って作られた嘆の容易軸磁化曲
線を示し、第１Ｂ図は第１Ａ図の嘆の困帷軸磁化曲線を
示し、第１Ｃ図は駆動磁界Ｈを減じたときの第１Ａ図の
膜の困難磁化曲線を示し、第２図は誘導性或いは磁気抵
抗性の記録ヘッドのための成層化された膜構造の断面を
示し、第５Ａ図はＮ　ｉ　Ｆ　ｅの第１の層の付着のた
めの磁界を示し、第６Ｂ図は第３Ａ図のＮ　ｉ　Ｆ　ａ
層上にＦ　ｅ　Ｍ　ｎ０層を付着するための磁界を示し
、第３Ｃ図は第３Ａ図及び第３Ｂ図に関連して述べられ
た技術に従って作られた一組の膜のヒステリシスルーズ
を示し、第６Ｄ図は減少された駆動磁界Ｈでの第３Ｃ図
のヒステリシスループを示し、第３Ｅ図は第６Ａ図の場
合のような容易軸を有するＮＩＦａ層の付着のための磁
界を示し、第５Ｆ図は第３Ｅ図の容易軸に対して直角の
印加磁界Ｈと共に付着されたＦ　ｅ　Ｍ　ｎ層のｐｐ 磁界を示し、第３Ｇ図及び第３１（図は第３Ｅ図及び第
３Ｆ図の層に対する第６Ｃ図及び第５Ｄ図に類似したヒ
ステリシスループを示し、第４Ａ図は基体上に付着され
た磁気抵抗性感知器であって直接的交換相互作用によシ
磁気抵抗性感知器の直接゛的磁気バイアスを与えるため
その感知器上に反強磁性材料の層が付着された所のもの
の分解斜視図を示し、第４Ｂ図は第４Ａ図に示されたも
のの変形のＭＲ感知器であってＭＲ感知器を通るＤＣバ
イアス電流により発生される磁界の結果としてバイアス
を与える目的で設けられた保磁力が極めて低い材料の層
と中間的非磁性層とを付加したものの分解斜視図を示し
、第４Ｃ図は反強磁性膜の隣接層及び第２の強磁性膜（
両方の膜は東金方向の容易軸を持つ）と共に基体上に付
着された強磁性膜の分解斜視図を示し、第４Ｄ図は第４
Ａ図と類似した図であるが２つの相次ぐ強磁性膜が夫々
の並行面内で１３５°だけ方向が異った容易軸を持つも
のを示し、第５図は交換結合により異方性磁区を与える
ように反強磁性層がその上に付着された強磁性層を含ん
だ磁性材料のシールドを有する薄りク単巻誘導性ヘッド
を示し、第６図は交換結合された強磁性材料及び反強磁
性材料の交番層がサンドウィッチ状になシ非磁性材料の
層及び強磁性材料単独の層が引いて付着された多層構造
を示し、第７図は交換バイアスされた関係でその上にＦ
ｅＭｎが付着されたＮ　ｉ　Ｆ　ｅ膜に対する磁界対マ
ンガン百分率のグラフ、第８図はＮｉＦｅ１上に付着さ
れたＦｅ！０１膜に対するＢ−Ｈ曲線シフト対基体バイ
アス電圧のグラフ、第９ｈ図はパルパー・ボールＭＲヘ
ッドの平面図、第９Ｂ図は第９Ａ図のヘッドの正面図で
ある。 第２図に於て、９・・・・基体、１０・・・・強磁性材
料層（例えばＮ　ｉ　Ｆ　ｅの層）、１１・・・・反強
磁性材料層、１２・・・・非磁性材料層１．１６・・・
・強磁性材料層、１４．１５．１６．１７・・・・容易
磁化方向、２２・・・・反強磁性材料層、２３・・・・
非磁性材料層。 出願人　インタｉたシ町すいピ彬・マシーンズ・コ＋刀
ン復代理人　弁理士　　篠　　　１）　　文　　　雄ｏ
ｐｐ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、８ 基体バイアス電ｆＥ（Ｖ） ＦＩＧ、９Ａ ＦＩＧ、９Ｂ 第１頁の続き ０発　明　者　ダヴイト・アレン・トンプソンアメリカ
合衆国ニューヨーク州 サマーズ・ルート１１６番地 ０発　明　者　エリツチ・フィリップ・ヴアルステン アメリカ合衆国カリフォルニア 州ロス・ゲイトス・ペルーエア ー・コート２３４６５番地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基体上に軟質強磁性材料の第１の膜を付着し、上記第１
   の膜上に邑一方向性磁界を維持した状態で上記第１の膜
   と直接原子的に接触させて反強磁性材料の第２の膜を付
   着することを特徴とする磁気薄膜構造体の製造方法。