JPS63273372A - 磁気抵抗センサ - Google Patents
磁気抵抗センサInfo
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- JPS63273372A JPS63273372A JP63062109A JP6210988A JPS63273372A JP S63273372 A JPS63273372 A JP S63273372A JP 63062109 A JP63062109 A JP 63062109A JP 6210988 A JP6210988 A JP 6210988A JP S63273372 A JPS63273372 A JP S63273372A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
- G11B5/399—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures with intrinsic biasing, e.g. provided by equipotential strips
Landscapes
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
A、産業上の利用分野
本発明は磁気抵抗(MR)読取りセンサ、詳細にいえば
反強磁性層がセンサの強磁性MR層に長手方向のバイア
ス磁界をもたらすMR読取りセンサに関するものである
。
反強磁性層がセンサの強磁性MR層に長手方向のバイア
ス磁界をもたらすMR読取りセンサに関するものである
。
B、従来技術
磁気記録システムにおけるMRセンサの作動原理に関す
る一般的な説明は、ツァング(Tsang)の「小型磁
気抵抗センサの磁気学(Magnetics ofSm
all Magnetoresistive 5en
sors)J % J、Appl。
る一般的な説明は、ツァング(Tsang)の「小型磁
気抵抗センサの磁気学(Magnetics ofSm
all Magnetoresistive 5en
sors)J % J、Appl。
Phys、、Vo 1 、55 (6)、1984年3
月15日、pp、222B−2231に記載されている
。
月15日、pp、222B−2231に記載されている
。
磁気記録媒体から情報信号を読み取るためのMRセンサ
が、本出願人に譲渡されたヘムステッド他(llemp
stead、 et al、)の米国特許第41033
15号に記載されている。この米国特許第410331
5号は反強磁性−強磁性交換結合を利用して、センサの
MRaに均一な長手方向バイアスをもたらすMR読取り
センサを記載したものである。反強磁性層と強磁性層の
間の交換結合は、強磁性層に単磁区状態を生じ、これに
よって磁区の活動に関連したいわゆるバルクハウゼン雑
音を抑制する。米国特許第4103315号で示唆され
ている材料は、強磁性MR層としてはニッケルー鉄(N
iFe)であり、反強磁性層としては面心立方(FCC
)相(ガンマ相)のマンガン(Mn)合金である。米国
特許第4103315号はコバルト(co)、銅(Cu
)、ゲルマニウム(Ge)、ニッケル(Ni)およびロ
ジウム(Rh)とのMnの合金が、NiFe上に付着さ
せたときに、安定したガンマ層のMn合金をもたらすこ
とがあることを示唆しており、またクロム−マンガン(
CrMn) 合金およびマンガン−パラジウム(Mnβ
d)が安定したガンマ層を生じないことを示している。
が、本出願人に譲渡されたヘムステッド他(llemp
stead、 et al、)の米国特許第41033
15号に記載されている。この米国特許第410331
5号は反強磁性−強磁性交換結合を利用して、センサの
MRaに均一な長手方向バイアスをもたらすMR読取り
センサを記載したものである。反強磁性層と強磁性層の
間の交換結合は、強磁性層に単磁区状態を生じ、これに
よって磁区の活動に関連したいわゆるバルクハウゼン雑
音を抑制する。米国特許第4103315号で示唆され
ている材料は、強磁性MR層としてはニッケルー鉄(N
iFe)であり、反強磁性層としては面心立方(FCC
)相(ガンマ相)のマンガン(Mn)合金である。米国
特許第4103315号はコバルト(co)、銅(Cu
)、ゲルマニウム(Ge)、ニッケル(Ni)およびロ
ジウム(Rh)とのMnの合金が、NiFe上に付着さ
せたときに、安定したガンマ層のMn合金をもたらすこ
とがあることを示唆しており、またクロム−マンガン(
CrMn) 合金およびマンガン−パラジウム(Mnβ
d)が安定したガンマ層を生じないことを示している。
可能なガンマMn合金のうち、鉄−マンガン(FeMn
)がN i F emと交換結合を行なうのに最も高い
能力を示すと思われる。スパッタ付着したN i F
e/F eMnおよびFeMn/NiFeの交換結合層
に対する交換バイアス磁界の力は、ツァング他によって
’ F e M n−N’i so F e 20の界
面における交換誘導単方向異方性(ExchangeI
nduced Unidirectional Ani
sotropy at FeMn−旧5oFe2o I
nterfaces) J s J、Appl、’Ph
ys、1Vol。
)がN i F emと交換結合を行なうのに最も高い
能力を示すと思われる。スパッタ付着したN i F
e/F eMnおよびFeMn/NiFeの交換結合層
に対する交換バイアス磁界の力は、ツァング他によって
’ F e M n−N’i so F e 20の界
面における交換誘導単方向異方性(ExchangeI
nduced Unidirectional Ani
sotropy at FeMn−旧5oFe2o I
nterfaces) J s J、Appl、’Ph
ys、1Vol。
52 (3)、1981年3月、pp、2471−24
73で検討されている。
73で検討されている。
同じく本出願人に譲渡された現在出願中の米国特許願第
768157号は端部が分割されており、。
768157号は端部が分割されており、。
主として対応する端部に交換バイアスをもたらすFeM
n反強磁性層を存するMRセンサを記載している。
n反強磁性層を存するMRセンサを記載している。
反強磁性層としてF e M nを使用した場合の問題
のひとつは、これが腐食しゃすいことである。
のひとつは、これが腐食しゃすいことである。
この材料は薄膜′製造工程において、また磁気記録シス
テムの作動中において腐食性環境にさらされる。それ故
、NiFeの耐食性に匹敵する耐食性を与え、かつNi
FeのMR層との十分な交換結合をもたらす反強磁性材
料を利用して、MRセンサを改良することが望ましい。
テムの作動中において腐食性環境にさらされる。それ故
、NiFeの耐食性に匹敵する耐食性を与え、かつNi
FeのMR層との十分な交換結合をもたらす反強磁性材
料を利用して、MRセンサを改良することが望ましい。
C0開示の概要
この発明はMR層と密着して形成された反強磁性層が、
FelMnおよびCrからなる合金であるMRセンサで
ある。改良された反強磁性層の組成は、十分な交換バイ
アスおよびNiFeffに匹敵する耐食性の両方を有す
るものである。
FelMnおよびCrからなる合金であるMRセンサで
ある。改良された反強磁性層の組成は、十分な交換バイ
アスおよびNiFeffに匹敵する耐食性の両方を有す
るものである。
D、実施例
第1図に示すように、典型的な薄II!XMRセンサは
基板101横方向バイアス層12、スペーサ層。
基板101横方向バイアス層12、スペーサ層。
14、MR層16および反強磁性層18からなっている
。Ni6(IFe20などの強磁性体で形成されている
MRJW16は、導電線20に接続されており、出力電
流をもたらす。MR,liBからの出力電流は、独立し
た検知回路がMR層の抵抗の変化を判定できるよ″うに
する信号である。抵抗の変化はMR層16が遮る、磁気
記憶媒体上の記録データからの磁場の変化の関数である
。
。Ni6(IFe20などの強磁性体で形成されている
MRJW16は、導電線20に接続されており、出力電
流をもたらす。MR,liBからの出力電流は、独立し
た検知回路がMR層の抵抗の変化を判定できるよ″うに
する信号である。抵抗の変化はMR層16が遮る、磁気
記憶媒体上の記録データからの磁場の変化の関数である
。
MR層16が確実に一軸異方性を有するようにするため
、反強磁性層がMR層16上に形成される。従来技術に
おいてはガンマ相のMn合金であることがある反強磁性
層は、強磁性MR層16との界面交換結合を生じる。こ
のことはMRJiU 18に長手方向交換バイアス磁界
(HUA)をもたらし、MR層16に単磁区状態を生じ
る。MR層16に単磁区状態が存在することは、複磁区
状態を示すMR材料に関連したバルクハウゼン雑音を抑
制するのに必須のものである。
、反強磁性層がMR層16上に形成される。従来技術に
おいてはガンマ相のMn合金であることがある反強磁性
層は、強磁性MR層16との界面交換結合を生じる。こ
のことはMRJiU 18に長手方向交換バイアス磁界
(HUA)をもたらし、MR層16に単磁区状態を生じ
る。MR層16に単磁区状態が存在することは、複磁区
状態を示すMR材料に関連したバルクハウゼン雑音を抑
制するのに必須のものである。
横方向バイアス層12は媒体にほぼ直交した磁場をもた
らすので、MR層16内の磁場を媒体と平行でない方向
に若干偏倚させる。この横方向バイアスは、MR層16
を線形応答モードに維持し、電流出力が抵抗の変化のほ
ぼ線形関数になるようにする。この技術分野で周知のよ
うに、横方向バイアスをシャント・バイアス、ソフト・
フィルム・バイアスまたぼ永久磁石バイアスによって与
えることができる。
らすので、MR層16内の磁場を媒体と平行でない方向
に若干偏倚させる。この横方向バイアスは、MR層16
を線形応答モードに維持し、電流出力が抵抗の変化のほ
ぼ線形関数になるようにする。この技術分野で周知のよ
うに、横方向バイアスをシャント・バイアス、ソフト・
フィルム・バイアスまたぼ永久磁石バイアスによって与
えることができる。
第1図のMRセンサの詳細な説明は、米国特許第410
3315号に記載されている。第1図に示したMRセン
サは米国特許願第766157号に記載されているもの
と類似しているが、米国特許願第766157号におい
ては、反強磁性層18の端部が間にスペースのある2つ
の部分に分割され、主としてMR層16の端部に長手方
向の交換バイアスをもたらしている点が異なっている。
3315号に記載されている。第1図に示したMRセン
サは米国特許願第766157号に記載されているもの
と類似しているが、米国特許願第766157号におい
ては、反強磁性層18の端部が間にスペースのある2つ
の部分に分割され、主としてMR層16の端部に長手方
向の交換バイアスをもたらしている点が異なっている。
MRセンサ内に改良された反強磁性層をもたらすために
N F e M nをベースとした各種の三元合金を薄
膜構造として、100ガウスの均一な磁性層の形にRF
スパッタ付着によって作成する。電力密度、システム圧
力および基板温度のそれぞれを、2.6W/cI112
.25ミリトルおよび50 ’Cに固定した。システム
の基本圧力は約5X10−9トルであった。基板は半導
体グレードの単結晶シリコン、ガラスまたは石英であり
゛、これらはまず溶剤によって清浄とされ、次いでグロ
ー放電に露出することによ′って清浄となされてから、
付着が行なわれた。ニッケルー鉄(N is□Fe+s
)層を基板上に、約1オングストローム/秒の速度で付
着させた。NiFeffの厚さは約200オングストロ
ームから600オングストロームであった。−50ボル
トのバイアス電圧を使用して、残留ガス汚染を減少させ
た。次いで、FeMnの三元合金をNiFe層上に、第
3のターゲットおよびFesoMnsoのターゲットを
コスバッタすることによって付着させた。次いで、この
方法にしたがって調製したサンプル材料をテストし、N
I F eのMRI内の交換バイアス(HυA)およ
び反強磁性層の耐食性を測定した。
N F e M nをベースとした各種の三元合金を薄
膜構造として、100ガウスの均一な磁性層の形にRF
スパッタ付着によって作成する。電力密度、システム圧
力および基板温度のそれぞれを、2.6W/cI112
.25ミリトルおよび50 ’Cに固定した。システム
の基本圧力は約5X10−9トルであった。基板は半導
体グレードの単結晶シリコン、ガラスまたは石英であり
゛、これらはまず溶剤によって清浄とされ、次いでグロ
ー放電に露出することによ′って清浄となされてから、
付着が行なわれた。ニッケルー鉄(N is□Fe+s
)層を基板上に、約1オングストローム/秒の速度で付
着させた。NiFeffの厚さは約200オングストロ
ームから600オングストロームであった。−50ボル
トのバイアス電圧を使用して、残留ガス汚染を減少させ
た。次いで、FeMnの三元合金をNiFe層上に、第
3のターゲットおよびFesoMnsoのターゲットを
コスバッタすることによって付着させた。次いで、この
方法にしたがって調製したサンプル材料をテストし、N
I F eのMRI内の交換バイアス(HυA)およ
び反強磁性層の耐食性を測定した。
第2図は、NiFe1FR層の交換バイアスを、反強磁
性層におけるRh1Nt1AflおよびCrという三元
添加物のF e M nに対するさまざまな割合の関数
として示したものである。第2図において、正規化した
Fe、0Mn5oに対するHUA値は、約24エルステ
ツド(Oe)である。第2図に示すように、交換バイア
スを減少させるのに、Rhが最も効果が少ない。第2図
に示したデータは、三元添加物の原子パーセント(at
、%)濃度が比較的低ければ、すべての溶質をF e
M nをベースとした三元合金の反強磁性層に使用でき
ることを示している。
性層におけるRh1Nt1AflおよびCrという三元
添加物のF e M nに対するさまざまな割合の関数
として示したものである。第2図において、正規化した
Fe、0Mn5oに対するHUA値は、約24エルステ
ツド(Oe)である。第2図に示すように、交換バイア
スを減少させるのに、Rhが最も効果が少ない。第2図
に示したデータは、三元添加物の原子パーセント(at
、%)濃度が比較的低ければ、すべての溶質をF e
M nをベースとした三元合金の反強磁性層に使用でき
ることを示している。
各種の三元合金層の耐食性を判定するために、層をSO
2、NO2、H2SおよびH(lの雰囲気に、相対湿度
70%および28℃において100時間の間露出、する
。第3図は、表面面積当りの層の重量利得の量として与
えられる、NiFe1F e M nおよび各種のFe
Mnベースの三元合金層の腐食速度を示したものである
。N1 al ’F e 19の腐食速度は約11マイ
クログラム/cm2であり、FeaoMnsoは約37
マイクログラム/cm2である。Fe5+)Mn5゜に
Crを添加すると、Fe5oMnsoの腐食速度は約3
7マイクログラム/cm2(Cr 13at、%)から
約15マイクログラム/cm2(Cr、 10at、
%)に低下する。約10at、%のNiを添加すると、
腐食速度はFeMnのものよりも低いが、10at、%
のCrで達成されるものよりも十分高いレベルに低下す
る。第3図に示されているように、FeMnにRhまた
はAQを添加しても、腐食速度にはほとんど、あるいは
まったく効果がない。NiFeにRhを添加すると腐食
速度が大幅に低下することが知られているので、FeM
nの腐食速度にRhがほとんど効果をおよぼさないこと
は、若干驚くべきことである。同様に、AQは当初、こ
れが鋼を不動態化する際に使用されているので、FeM
nの耐食性を増加させるための候補であると考えられて
いた。しかしながら、実際には、FeMnAf1合金は
FeMnの大気腐食速度にはほとんど効果をおよぼさな
かった。
2、NO2、H2SおよびH(lの雰囲気に、相対湿度
70%および28℃において100時間の間露出、する
。第3図は、表面面積当りの層の重量利得の量として与
えられる、NiFe1F e M nおよび各種のFe
Mnベースの三元合金層の腐食速度を示したものである
。N1 al ’F e 19の腐食速度は約11マイ
クログラム/cm2であり、FeaoMnsoは約37
マイクログラム/cm2である。Fe5+)Mn5゜に
Crを添加すると、Fe5oMnsoの腐食速度は約3
7マイクログラム/cm2(Cr 13at、%)から
約15マイクログラム/cm2(Cr、 10at、
%)に低下する。約10at、%のNiを添加すると、
腐食速度はFeMnのものよりも低いが、10at、%
のCrで達成されるものよりも十分高いレベルに低下す
る。第3図に示されているように、FeMnにRhまた
はAQを添加しても、腐食速度にはほとんど、あるいは
まったく効果がない。NiFeにRhを添加すると腐食
速度が大幅に低下することが知られているので、FeM
nの腐食速度にRhがほとんど効果をおよぼさないこと
は、若干驚くべきことである。同様に、AQは当初、こ
れが鋼を不動態化する際に使用されているので、FeM
nの耐食性を増加させるための候補であると考えられて
いた。しかしながら、実際には、FeMnAf1合金は
FeMnの大気腐食速度にはほとんど効果をおよぼさな
かった。
第2図および第3図に示したような、得られた実験結果
に基づくと、約3原子パーセントから約12原子パーセ
ントのCrが存在する FeMnCrの反強磁性層が、MRffに十分な交換バ
イアスををし、かつNiFeのMRffのものに近いほ
ど、腐食速度が大幅に改善されたMRセンサがもたらさ
れる。CrMn合金がガンマ相のMn合金をもだらさな
いということは、すでに米国特許第4103315号に
示唆されているが、第2図の結果が示しているのは、(
FesoMnso)Cr反強磁性フィルム内のCrcI
度が約12at。
に基づくと、約3原子パーセントから約12原子パーセ
ントのCrが存在する FeMnCrの反強磁性層が、MRffに十分な交換バ
イアスををし、かつNiFeのMRffのものに近いほ
ど、腐食速度が大幅に改善されたMRセンサがもたらさ
れる。CrMn合金がガンマ相のMn合金をもだらさな
いということは、すでに米国特許第4103315号に
示唆されているが、第2図の結果が示しているのは、(
FesoMnso)Cr反強磁性フィルム内のCrcI
度が約12at。
%以下の場合、十分な交換結合が存在し、FeMnCr
合金がガンマ相であることを示していることである。
合金がガンマ相であることを示していることである。
F eMnに少毒のCrを添加することで、NiFef
fに長手方向バイアスを誘導できる耐食性反強磁性層が
得られることを発見したことによって、Crだけではな
く、FeMnの三元または四元添加物、あるいはF e
MnCrの四元添加物のいずれかとしてのイツトリウム
(Y)、チタン(Ti)またはシリコン(Si)も同様
に機能すると結論づけられるが、これはこれらの元素が
すべて安定した不動態化酸化物を生じることがわかって
いるからである。
fに長手方向バイアスを誘導できる耐食性反強磁性層が
得られることを発見したことによって、Crだけではな
く、FeMnの三元または四元添加物、あるいはF e
MnCrの四元添加物のいずれかとしてのイツトリウム
(Y)、チタン(Ti)またはシリコン(Si)も同様
に機能すると結論づけられるが、これはこれらの元素が
すべて安定した不動態化酸化物を生じることがわかって
いるからである。
10発明の効果
上述のように本発明によれば、交換結合をもたらす反強
磁性層を有しながら、しかも優れた耐食性を有する磁気
゛抵抗センサを提供できる。
磁性層を有しながら、しかも優れた耐食性を有する磁気
゛抵抗センサを提供できる。
第1図は典型的な薄膜MRセンサの構成を示す斜視図、
第2図はF eMnをベースとした合金の反強磁性層中
に存在するさまざまな溶質に対する溶質の割合の関数と
しての、N t F emにおけるループ・シフトすな
わち交換バイアス(HUA)を示す線図、第3図はFe
Mn合金内のさまざまな溶質に対する溶質の割合の関数
としての腐食速度を示す線図である。 10・・・・基板、12・・・・横方向バイアス層、1
4・・・・スペーサ層、16・・・・MR層、18・・
・・反強磁性層、20・・・・導電線。 磁筑媒体の 脩I間 移動方向 Fe5QMn5Q中の各18.介ノ叡后(臣↓パーセン
ト) 第2図 FeMn中の各へ今の割合 (原↓)ぐ−ヒシト) 第3図
に存在するさまざまな溶質に対する溶質の割合の関数と
しての、N t F emにおけるループ・シフトすな
わち交換バイアス(HUA)を示す線図、第3図はFe
Mn合金内のさまざまな溶質に対する溶質の割合の関数
としての腐食速度を示す線図である。 10・・・・基板、12・・・・横方向バイアス層、1
4・・・・スペーサ層、16・・・・MR層、18・・
・・反強磁性層、20・・・・導電線。 磁筑媒体の 脩I間 移動方向 Fe5QMn5Q中の各18.介ノ叡后(臣↓パーセン
ト) 第2図 FeMn中の各へ今の割合 (原↓)ぐ−ヒシト) 第3図
Claims (1)
- 反強磁性層が磁気抵抗層に接触して前記磁気抵抗層に長
手方向バイアスが誘導される磁気抵抗センサであって、
前記反強磁性層はMn、Fe、およびCrから成る合金
により形成され、前記合金中にはCrが約3原子パーセ
ントから約12原子パーセントの割合で存在する磁気抵
抗センサ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US43675 | 1987-04-28 | ||
US07/043,675 US4755897A (en) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | Magnetoresistive sensor with improved antiferromagnetic film |
SG151294A SG151294G (en) | 1987-04-28 | 1994-10-17 | Magnetoresistive sensor with improved antiferromagnetic film |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63273372A true JPS63273372A (ja) | 1988-11-10 |
JPH0636443B2 JPH0636443B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=26664440
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP63062109A Expired - Lifetime JPH0636443B2 (ja) | 1987-04-28 | 1988-03-17 | 磁気抵抗センサ |
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EP (1) | EP0288766B1 (ja) |
JP (1) | JPH0636443B2 (ja) |
DE (1) | DE3883831T2 (ja) |
SG (1) | SG151294G (ja) |
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1987
- 1987-04-28 US US07/043,675 patent/US4755897A/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-03-17 JP JP63062109A patent/JPH0636443B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-29 EP EP88105079A patent/EP0288766B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-29 DE DE88105079T patent/DE3883831T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-10-17 SG SG151294A patent/SG151294G/en unknown
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SG151294G (en) | 1995-03-17 |
DE3883831T2 (de) | 1994-04-14 |
JPH0636443B2 (ja) | 1994-05-11 |
US4755897A (en) | 1988-07-05 |
EP0288766A2 (en) | 1988-11-02 |
EP0288766A3 (en) | 1990-12-05 |
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