JP2000113418A - スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 - Google Patents
スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置Info
- Publication number
- JP2000113418A JP2000113418A JP10280099A JP28009998A JP2000113418A JP 2000113418 A JP2000113418 A JP 2000113418A JP 10280099 A JP10280099 A JP 10280099A JP 28009998 A JP28009998 A JP 28009998A JP 2000113418 A JP2000113418 A JP 2000113418A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- ferromagnetic
- layer
- magnetic
- magnetic field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 246
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 226
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 17
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 38
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 38
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 38
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 38
- 230000005293 ferrimagnetic effect Effects 0.000 claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 T i Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 145
- 230000008859 change Effects 0.000 description 28
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 7
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910018979 CoPt Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005316 antiferromagnetic exchange Effects 0.000 description 3
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 3
- 238000009812 interlayer coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910019222 CoCrPt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N iron manganese Chemical compound [Mn].[Fe] DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N manganese nickel Chemical compound [Mn].[Ni] ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910020598 Co Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002519 Co-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019233 CoFeNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000684 Cobalt-chrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000010952 cobalt-chrome Substances 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910000702 sendust Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Magnetic Heads (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
換結合層のない、積層フェリ固定層を有する高感度のス
ピンバルブセンサまたはヘッドの提供。 【解決手段】 第1の強磁性層44,45と、第2の強
磁性層と、第1と第2の強磁性層の間に導電性の非磁性
スペーサ層43と、を有するスピンバルブ効果に基づく
磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、第2の強磁性層は、互
いに反強磁性結合された2枚の強磁性膜A52及び強磁
性膜B54と、2枚の強磁性膜A及びBを分離する反強
磁性結合膜53と、から構成され、強磁性膜Aと強磁性
膜Bの誘導磁気異方性定数が2x103(J/m3)以上
であり、且つ強磁性膜Aと強磁性膜Bの飽和磁歪定数が
正の値である磁気抵抗効果型ヘッド。強磁性膜Aと強磁
性膜Bの組成は、Co100-YーZFeYNiZ (at%)
Y≧5 Z≦20 Y+Z≦70 である磁気抵抗効
果型ヘッド。
Description
気抵抗(MR)効果型ヘッド、このヘッドを用いた磁気
記録再生装置、スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗(M
R)センサに関する。
い、再生用のセンサには、異方的磁気抵抗効果を用いた
磁気抵抗(MR)センサから、巨大磁気抵抗(GMR)
効果を応用したスピンバルブ型磁気抵抗センサに移行し
つつある。スピンバルブセンサは米国特許515951
3号明細書に開示されている。
徴は、固定層(Pinned layer)とよばれる
強磁性層と、自由層(Free layer)とよばれ
る強磁性軟磁性層と、これら2層に直接隣接して挟まれ
た導電層と、固定層に直接接触する交換結合層が基本構
成(即ち、自由層、導電層、固定層、交換結合層という
順番の多層構成)で、これらの層に電流を通じる電極
と、バルクハウゼンノイズ(Barkhausen N
oise)とよばれる自由層磁化の不均一性に起因する
ノイズを抑制するための縦バイアス磁界を印加するため
の縦バイアス層を有する。このセンサは、通常、磁気シ
ールドとよばれる2つの強磁性体で挟まれる微小空間
(磁気ギャップと呼ぶ)内に設けられており、記録媒体
の磁化信号を高分解能で再生する。
磁化が固定されており外部磁界に対して容易にその磁化
方向を変化させない。自由層磁化は、記録媒体からの磁
界に応じてその向きを変えるため、固定層磁化と自由層
磁化のなす角に変化を生じることにより磁気抵抗変化を
生じる。この抵抗変化を信号として再生するのがスピン
バルブ型ヘッドの動作原理である。
れ、反強磁性材料としては、センサの動作温度範囲で固
定層に与える交換結合磁界が十分大きいことが必要であ
る。今までに知られている反強磁性材料としては、酸化
ニッケル(NiO)、鉄ーマンガン合金(FeMn)、
ニッケルーマンガン合金(NiMn)などがあるが、酸
化ニッケルと鉄ーマンガン合金は交換結合が消失する温
度(ブロッキング温度)が磁気記録装置の動作時のセン
サ温度と同程度であるために実用に耐えない。また、ニ
ッケルーマンガン合金は交換結合特性は十分実用に耐え
るが、この特性を得るために、摂氏240度以上の高温
で長時間の熱処理が必要であり、この熱処理間に自由層
への他の材料の拡散が生じ、磁気抵抗効果が減少すると
いう不利益を生じる。
52号明細書に示されるように、固定層として、Ruの
膜を挟んで強く反強磁性的に結合した2つの強磁性膜
(以下、積層フェリ型構造とよぶ)を用い、上述の酸化
ニッケル等の交換結合層を固定層に隣接させないタイプ
のスピンバルブ構造が提案されている。この明細書中の
実施例において、2つの強磁性膜としてCoを用い、す
べての膜を積層した後に固定層の磁化方向を決定するこ
とが言及されている。
Coを用い、反強磁性結合膜としてRuを採用した積層
フェリ固定層スピンバルブの検討結果がジャーナル オ
ブアプライド フィジクス ボリューム83のpp37
20〜3723に報告されている。
者らの検討によると単体の強磁性Co膜を用いた場合、
媒体対抗面と垂直方向に磁化容易方向を設定し、磁化を
固定するのが難しいことが分かった。その理由は、Co
膜は単元素の膜であるために、磁界による誘導磁気異方
性を付与しにくいこと、及びCo膜の飽和磁歪定数が適
当な値でないために、磁気弾性効果による磁気異方性が
媒体対抗面と垂直方向に付与されないためである。ま
た、公知例ではすべての膜を積層してから固定層の磁化
を決めることが記されているが、すべての膜を積層した
後に、固定層を飽和させる磁界を印加し磁化を揃えよう
とすると、磁界を取り去る際に固定層が磁区構造を形成
し、目的とは逆に、磁化の均一性が悪化し、スピンバル
ブ特性がを劣化させる。
Coを用い、反強磁性結合膜としてRuを採用した積層
フェリ型固定層スピンバルブでは、自由層の保磁力が5
0エルステッド程度と大きいために実用には適さないと
考えられる。これは、Cr下地上のCoがhcp構造に
近いため、その結晶磁気異方性が大きく、また面内でラ
ンダムにばらつくために膜面内に磁極が生じ、これら磁
極から生じる磁界が自由層の磁化課程に悪影響を及ぼす
ためと考えられる。
ェリ型固定層を有するスピンバルブ型センサ又は磁気ヘ
ッドの固定層の磁化を一方向に揃えかつ、高出力化を実
現する技術を提供することである。
に、本発明は主として次のような構成を採用する。
性層と、磁界に対して比較的応答し難い第2の強磁性層
と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の間に導
電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効果
に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第2の強
磁性層は、互いに反強磁性結合された2枚の強磁性膜A
及び強磁性膜Bと、前記2枚の強磁性膜A及びBを分離
する反強磁性結合膜と、から構成され、前記強磁性膜A
と強磁性膜Bの誘導磁気異方性定数が2x103(J/
m3)以上であり、且つ前記強磁性膜Aと強磁性膜Bの
飽和磁歪定数が正の値である磁気抵抗効果型ヘッド。
の強磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第2の強
磁性層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の
間に導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバル
ブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第
2の強磁性層は、互いに反強磁性結合された2枚の強磁
性膜A及び強磁性膜Bと、前記2枚の強磁性膜A及びB
を分離する反強磁性結合膜と、から構成され、前記強磁
性膜Aと強磁性膜Bの組成は、 Co100-YーZFeYNiZ (at%) Y≧5 Z≦20 Y+Z≦70 であることを特徴とする磁気抵抗効果型
ヘッド。
用いて詳細に説明する。
するために広く適用できるものであるが(例えば、セン
サとして)、情報記録及び取り出しシステムのための読
み出しヘッドとして特に有用なものであり、そこでは、
情報は磁性媒体上の磁区の配列として記録されることと
なっている。磁性媒体としては、どのような種類のもの
でもよく、例えば、磁気テープ、磁気ドラム、一つまた
は複数のハードディスク、あるいは一つまたは一つまた
は複数のフロッピーディスク等がある。磁区は、通常、
トラックに添って配置され、トラックの構成としては、
円環状、渦巻き状、らせん状、もしくは不定長のものが
ある。
例を図1に示す。汎用計算機1は、ネットワーク、キー
ボード、スキャナー、もしくはこれら相当のものとの間
に1つもしくは複数のインターフェースをもつ入力装置
2を介して入力情報を受け取る。計算機は、一つもしく
は複数の入力装置への接続に加え、一つもしくは複数の
出力装置に出力することが可能である。この出力装置と
しては、計算機とインターフェースを介して接続する、
ネットワーク、プリンタ、表示装置、あるいはモデム等
が考えられる。計算機1に関連する他の記録装置に加
え、計算機は周辺機器である磁気記録装置4へ情報を書
き込んだり、磁気記録装置から情報を読み込んだりす
る。磁気記録装置は次の内部装置を含んでいる。
ッド7に出力し、読み出しヘッド8から情報を入力し、
更に、ヘッドからのフィードバック信号を受け取るため
のデータの入出力部6を含む。
御信号を出力し、また、ヘッド位置検出信号を入力す
る。
ッドに対する相対的な運動に関する、速度、停止、開始
等の操作を制御し、本実施形態の場合、一つあるいは複
数のディスク型の磁性媒体13をシャフト12によって
回転させるモータ11に、回転制御信号を出力する。各
々独立した書き込みヘッド7と読み出しヘッド8とを有
するトランスデューサーは、ディスク13とかすかに接
触するか、わずかの間隙を保ってその上を浮上するよう
に、連結アーム14とボイスコイルモータ(VCM)1
5を用いて、通常、ディスクの半径方向に動く。
置は、あくまでも代表的なものである。図1に示した装
置の操作は自明であるため、ここでその詳細については
説明しない。本発明は、図1の読み出しヘッド8の構成
に特徴を有するものである。図2に読み出しヘッド8の
具体的構造を示す。図1と図2によると、磁性媒体13
の一部分が、Z軸に沿って相対的に動く読み出しヘッド
8に対して、相対的な記録媒体の運動方向14を有する
ことを示している。VCM15は相対的に読み出しヘッ
ドと磁区のトラックにアクセスするために、X軸に沿っ
て動く一方、磁区のトラックは、通常、読み出しヘッド
に隣接したZ軸に沿って動く。磁性体13は、Z軸方向
のトラックに沿って複数の磁区を有し、その磁界hは、
VCM15がZ軸に沿って相対的に動くことによって、
読み出しヘッドのY軸に沿って変化する。また、この磁
界の変動が読み出される。
数の層から構成され、その構成の一部が図2に示されて
いるが、結合層、パッシベーション層などの従来からあ
るいくつかの層は図示されていない。製造工程では、ま
ず、基板16を用意し、次にシールド17をその上に堆
積させた後、さらにその上に読み出しセンサ18を成長
させ、最後に、読み出し電流入力用電極19を読み出し
電流出力用電極20をその上に堆積させ、一体として読
み出しヘッドを形成する。
1(下部コアが上部磁気シールドを兼用している)を堆
積させ、つぎに、コイル22を堆積させ、その上に上部
磁気コア24を形成する。例えば、アルミナからなる誘
電層23を、センサ膜18と下部シールド17の間及び
センサ膜18と上部シールドの間に形成することが、よ
り好ましい。読み出しセンサ膜であるスピンバルブ膜1
8の両脇には縦バイアス磁界を与える永久磁石膜31及
び32が配置される。
クス上に誘電体の膜を堆積したものを用いることができ
る。上部及び下部磁気シールド21及び17には、パー
マロイやセンダストや軟磁性を示すCo基非晶質材料ま
たは、軟磁性を示す微結晶系の強磁性材料等を用いるこ
とができる。
は、一般的に、既知のものとなっており、本発明の実施
形態は、読み出しセンサ18の構成とその形成方法に関
するものである。ここで、読み出しヘッドは磁性媒体と
の情報の授受を行うに適した構成であり、読み出しセン
サは磁性媒体からの情報に限らず、外部の磁界を検知す
るに適した構成である。
センサの具体的構成を示し、その詳細は「実施形態4」
で後述するが、図8の構成を参照して説明すると、スピ
ンバルブ膜18は、磁界に対して比較的応答し易い第1
の強磁性層(以下、自由層と呼び、例えばCo膜44及
びパーマロイ膜45に相当する)と、磁界に対して比較
的応答し難い第2の強磁性層(以下、固定層と呼び、積
層フェリ固定層50に相当する)と、これらの間に導電
性の非磁性スペーサー層(例えば、Cu膜43に相当す
る)を有する。
磁性膜(例えば、強磁性膜A52、強磁性膜B54に相
当する)とこれらの強磁性膜(52と54)の間に反強
磁性結合膜(例えば、Ru膜53に相当する)とを用い
た積層フェリ型固定層50が、磁気記録装置に用いるた
めのスピンバルブ型読み出しヘッドとして機能する構成
を与える。
は、これを構成する2つの強磁性膜の異方性磁界が影響
する。異方性磁界の適切な値を求めるために、積層フェ
リ型固定層50の2つの強磁性膜の膜厚差を十分制御可
能な有限の値(0.5nm)としたスピンバルブ膜{強
磁性膜A(4.0nm)/Ru(0.6nm)/強磁性
膜B(3.5nm)/Cu/自由層(7.0nm)}の
磁気抵抗曲線を、強磁性膜A及び強磁性膜Bの異方性磁
界を変えて計算した。
(coherent rotation)するとし、自
由層、強磁性膜A及び強磁性膜Bの飽和磁化を、スピン
バルブセンサ膜の代表的な値として、それぞれ1.00
(T),1.71(T),1.71(T)とした。
として、自由層の異方性磁界を400(A/m)、強磁
性膜Aと強磁性膜B間の交換結合エネルギをJex=−
1.12x10-3J/m2(交換結合磁界Hex≒192
kA/m)、自由層と強磁性膜B間の交換結合エネルギ
をJint=7.2x10-6J/m2(層間結合磁界Hint
=1040(A/m)とした。また、各強磁性膜は一つ
の方向(記録媒体対抗面と直交する方向)に容易軸を有
する一軸磁気異方性を具備するとした。ここで自由層に
はパーマロイを、2つの強磁性膜にはCo基材料を想定
している。
容易軸に印加した場合の、最大磁界4.8kA/m(情
報の記録された磁性媒体からの磁界のセンサ膜18上で
の平均の強さに略相当する値)のマイナーループと、最
大磁界80kA/m(情報の記録された磁性媒体からの
磁界のセンサ膜18の媒体対向面での最大値に略相当す
る値)のメジャーループである。
性膜A又はBのそれぞれの異方性磁界の大きさであり、
図3の3段目の異方性磁界2.4KA/mが後述する異
方性定数2×103J/m3に相当する値である。また、
マイナーループ4.8KA/mは、磁気媒体からの磁界
の強さを包含するものであり、メジャーループ80KA
/mは、例えば記録媒体からの磁界のセンサ膜18の媒
体対向面での最大値を包含するものである。
kが800(A/m)であって層間結合磁界Hint104
0より小さい場合、マイナーループに変化は見られず、
微小磁界を検出するセンサとしては機能しない。
が1.6(kA/m)であって層間結合磁界Hint10
40(A/m)より大きい場合、マイナーループに急峻
な変化が生じており、微小磁界を検出するセンサ(例え
ば、磁性媒体の情報を検出する磁気ヘッド)としては機
能する。また、メジャーループでは約32(kA/m)
付近で急峻な抵抗変化を生じており、この外部磁界で積
層フェリ固定層の磁化反転が起こっている。磁気記録装
置では、センサ浮上面側で最大40(kA/m)程度の
磁界が加わるので、32kA/mの磁界で固定層磁化が
反転するのでは、磁気記録装置用のセンサ膜(磁気ヘッ
ド)としては固定層の安定性は十分でない。
が2.4(kA/m)(後述する異方性定数2x103
(J/m3)に相当する磁界)と大きい場合、マイナー
ループに急峻な変化が生じ、かつ、メジャーループで見
られる積層フェリ固定層の磁化変化は48(kA/m)
と大きく、大きな外部磁界に対しても固定層は安定であ
り、磁気記録装置のセンサ膜として十分な機能を有す
る。
磁界Hkが8(kA/m)と大きい場合、マイナールー
プには急峻な変化が生じ、かつ、メジャーループには微
小磁界でのステップ状の抵抗変化以外には変化は認めら
れず、積層フェリ固定層磁化は、80(kA/m)以下
の磁界でも反転しない。従って、磁気記録装置のセンサ
膜として十分な機能を有する。
性膜の単独の異方性磁界を同じとしているが、一般的に
両強磁性膜の異方性磁界が異なる場合、微小磁界センサ
として機能するには、次の関係を満足する必要がある。
性膜A、強磁性膜Bの飽和磁化であり、Hint、Hk1、
Hk2はそれぞれ自由層、強磁性膜A、強磁性膜Bの単独
の異方性磁界であり、tf、t1、t2はそれぞれ、自由
層、強磁性膜A、強磁性膜Bの膜厚である。
媒体からの最大磁界に対して安定であるには次の関係を
満足する必要がある。
方性磁界は大きい方が、また、両強磁性膜の磁気モーメ
ントの差は小さい方が良い。
して、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性及び磁気弾性効
果(Magnetoelastic Effect)が
ある。これらのうち、結晶磁気異方性は、多結晶のラン
ダムに配向した結晶を有する膜では、異方性を一軸に揃
えるのはむずかしい。また、誘導磁気異方性は、成膜時
あるいは熱処理時の磁化の方向に、原子の局所的配列が
生じることよって得ることができ、一軸磁気異方性を与
える。さらに、磁気弾性効果は、磁性体に加わる異方的
応力と磁性体の飽和磁歪定数によって決まり、一軸性の
異方的応力の存在下では、一軸磁気異方性を与える。
結晶であることから、プロセス上制御可能なの磁気異方
性は、誘導磁気異方性と磁気弾性効果による異方性であ
る。そこで、本実施形態では、制御困難な強磁性膜の結
晶磁気異方性をできるだけ小さくし、誘導磁気異方性と
磁気弾性効果による異方性によって異方性磁界を制御す
る。
ベースとなるアルミナ膜を有し、その上に磁気シールド
とよばれる2つの強磁性体で挟まれる磁気ギャップを有
し、磁気ギャップ内に、強磁性膜A(2〜5nm)/R
u(0.6nm)/強磁性膜B(2〜5nm)/Cu/
自由層(1〜10nm)からなる構成のスピンバルブセ
ンサを含み、磁気シールド上に記録ヘッドエレメントを
有する磁気ヘッドにおいては、スピンバルブセンサ膜に
記録媒体対抗面と垂直方向に引っ張りの一軸性の応力が
加わる。固定層の磁化は記録媒体対抗面と直交する方向
に磁化が固定されるべきであるから、強磁性膜の飽和磁
歪定数は正にすべきである。
性膜をCo合金膜とし、かつ適当な下地膜を用いること
によって、その構造を面心立方晶(fcc)構造または
体心立方晶(bcc)構造とする。結晶構造を面心立方
構造または体心立方構造とするのは、その対称性から結
晶磁気異方性が小さいからである。合金化するための元
素と下地膜についての具体的な例は後述する。
e,Ni等を加え、原子のペアオーダリングによって誘
導磁気異方性を大きくことにより実現できる。Co単独
で強磁性膜を構成すると誘導磁気異方性を大きくするこ
とはできず、CoにFe,Niを加えることによって誘
導磁気異方性を大きくすることができる。
金組成の制御、即ちCoにFe,Ni等を加えることに
より実現できる。
膜にCoを用いたスピンバルブ膜として、その組成と膜
厚について、ガラス基板/CoX/Ru0.6/Co
(X−0.5)/Cu2.3/Co1/NiFe5/T
a3(nm)(前者)、及びガラス基板/Ta5/Co
X/Ru0.6/Co(X−0.5)/Cu2.3/C
o1/NiFe5/Ta3(nm)(後者)膜を、膜厚
Xを3,4,5,7として、合計8種類の膜を作成し
た。Co成膜時には一つの方向に磁界を印加した。
の例を示す。これらは、X=4の場合の前者(下地無)
及び後者(Ta下地)の構成の磁気抵抗曲線である。測
定時の磁界は成膜時に印加した磁界と同じ方向とした。
きなステップ状の抵抗変化は認められず、磁気抵抗セン
サとして望ましくない。Co膜厚Xを3,5,7とした
場合も同様に、望ましい磁気抵抗変化は認められず、純
Co膜は積層フェリ固定層の強磁性膜として用いるのが
難しい。この原因は、純Co膜は単元素のために誘導磁
気異方性が小さいこと及び磁歪定数が適切でないためで
ある。
の印加磁界方向に生じさせるために、また、磁歪定数を
正とするために、積層フェリ固定層の強磁性膜をCoF
e合金としたスピンバルブ膜(ガラス基板/CoX/R
u0.6/Co(X−0.5)/Cu2.3/Co1/
NiFe5/Ta3nm(X=3,4,5,7)、及び
ガラス基板/Ta5/CoX/Ru0.6/Co(X−
0.5)/Cu2.3/Co1/NiFe5/Ta3n
m膜(X=3,4,5,7)を作成し、磁気抵抗曲線を
測定した。成膜時には先ほどと同様に一方向に磁界を印
加し、測定時にはその方向に磁界を印加した。
す。膜構成は(A)が、ガラス基板/Ta5/CoFe
4/Ru0.6/CoFe3.5/Cu2.3/Co1
/NiFe5.0/Ta3(nm)であり、(B)が、
ガラス基板/CoFe4/Ru0.6/CoFe3.5
/Cu2.3/Co1/NiFe5.0/Ta3nmで
ある。ここでCoFe膜の組成は、Fe10at%で残
部がCoである。磁気抵抗曲線はゼロ磁界付近の小さな
磁界でステップ上に変化しており、磁気抵抗センサとし
て望ましい性能を示す。X=3,5,7のCoFe膜厚
が異なるスピンバルブ膜でも、同様にゼロ磁界付近でス
テップ上に抵抗変化を示しており、磁気抵抗センサとし
て望ましい。
oFeの磁化容易軸方向の保磁力の膜厚依存性を示す
が、Coでは保磁力が約1.6(kA/m)であるが、
CoFeでは保磁力は4から4.8(kA/m)と大き
い。この様な保磁力の変化は、Feを添加することによ
り誘導異方性エネルギーが増大したためであり、Fe添
加による磁気異方性の増加が固定層磁化を安定化し、磁
気抵抗センサとしての望ましい性質を与えている。ここ
では14at%Fe組成の例を示したが、Fe組成をさ
らに増やす誘導磁気異方性定数は増大しCo−Fe50
wt%付近で最大をとる。
さらに有効である。また、Niの添加は、異方性エネル
ギーは低下するが、異方性の分散を小さくし、スキュー
を小さくする効果があるために、積層フェリ固定層磁化
を均一にし、ある程度の添加は、磁気抵抗効果を大きく
する働きを有する。
固定層を構成する強磁性膜の組成を様々に変化させた結
果、つぎの組成を満足するのが望ましいことが分かっ
た。
Au,Ag,Cuのうちの一種またはそれ以上を添加す
ることによって、強磁性膜の保磁力を増大する効果を有
する。保磁力の増大もまた、積層フェリ固定層の外部磁
界に対する安定性を増す効果がある。この組成では、誘
導磁気異方性による異方性定数を2x103(J/m3)
以上であり、飽和磁歪定数を正となっている。
スピンバルブセンサ膜の固定層の強磁性膜のうちCuに
接しない方の強磁性膜Aは磁気抵抗変化に寄与しない。
従って、ここを流れる電流は磁気抵抗変化に影響しない
シャント電流であり、磁気抵抗変化を減少させる。従っ
て、強磁性膜Aに流れる電流は極力小さくした方が良
い。上述の(3)〜(6)式組成の強磁性膜は比抵抗が
約0.3μΩmと小さく、シャント電流が大きい。電極
から流れる全電流の内で強磁性膜Aに流れる電流(磁気
抵抗変化に影響ない電流)が大きいと、磁気抵抗効果が
小さくなる。
m)/強磁性膜B(3.5nm)/Cu(2.3nm)
/NiFe(7nm)なる構成膜で、全体の電流に対す
る、強磁性膜B(3.5nm)/Cu/NiFe(7n
m)層を流れる電流の比を分流比と定義すると、分流比
はセンサの出力に比例する。(3)〜(6)式組成の膜
を強磁性膜A及び強磁性膜Bに用いた場合、分流比は約
0.7となる。ここで強磁性膜Aの比抵抗を例えば3μ
Ωmと大きくすれば、分流比は約0.9となり、センサ
の出力は約30%増大する。強磁性膜Aの比抵抗が2μ
Ωmとなっても分流比は0.85になり、センサ出力は
約20%増大する。
大する方法としては、式(3)〜(6)で規定される合
金にNb,Zr,Ti,Hf,Ta,W,Mo,V,C
r,Alをのうちの一種またはそれ以上を添加すること
である。これにより、分流比が大きくなり、結果として
センサ出力が増加する。これら元素は材料の構造を非晶
質化する働きも強く、非晶質材料を固定層の強磁性膜と
して用いるのも、非晶質は比抵抗が大きいために、有効
である。
抗を更に増大する方法としては、式(3)〜(6)で規
定される合金に、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸
化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、ハフニウム酸化
物、ニオブ酸化物、クロム酸化物、タングステン酸化
物、モリブテン酸化物、バナジウム酸化物のうちの一種
またはそれ以上の種類の酸化物を添加して得られる強磁
性膜を用いることができる。これらの酸化物の添加は1
0mol%程度の添加で比抵抗を2(μΩm)程度まで
大きくすることができ、センサの出力向上ができる。
膜した基板上に、次に示す構成の積層フェリ固定層スピ
ンバルブを作成し、その固定層の外部磁界に対する安定
性を評価した。その構成は、(A)基板/Ta5/Co
FeX/Ru0.6/CoFe(X−0.5)/Cu
2.3/Co1.0/NiFe5/Ta3(nm)、
(B)基板/CoFeX/Ru0.6/CoFe(X−
0.5)/Cu2.3/Co1/NiFe5/Ta3
(nm)であり、CoFeの膜厚を変化させた。
at%で、残部Coである。試料の作成はRFマグネト
ロンスパッタリングにより行った。このスピンバルブ固
定層安定性を固定層磁化と直交方向に磁界を印加して調
べた。
気抵抗変化を印加磁界Hdcを横軸にして示す。縦軸の磁
気抵抗変化はマイナーループ(測定磁界60 Oe)の
結果である。Ta下地を有するスピンバルブでは、X=
3nmで320kA/mの磁界を印加してもスピンバル
ブの磁気抵抗は変化しないが、360kA/mの磁化を
印加するとスピンバルブの磁気抵抗曲線の抵抗変化は5
0%に減少し、センサ膜は損傷を受ける。
定層が多磁区(multipledomains)構造
に変化するためである。センサが損傷を受ける磁界は、
Xが4nm、5nm、7nmと大きくなると240kA
/m,200kA/m,136kA/mと減少してい
く。
の間の反強磁性的交換結合磁界HexのCoFe膜厚依存
性を示すが、X=3nmではHex=336kA/m,X
=4nmではHex=232kA/m,X=5nmではH
ex=160kA/m,X=7nmではHex=128kA
/mである。この値は上述の損傷を受ける磁界とほぼ同
じであり、交換結合磁界を越える外部磁界が印加される
とセンサ膜は損傷を受けることが分かる。損傷を受ける
磁界を大きくするには、強磁性膜Aと強磁性膜Bの間の
交換結合磁界を大きくするのが望ましい。交換結合磁界
をさらに大きくする方法としては、Ru膜厚を最適化
(0.4〜0.5nm)する方法と、強磁性膜A,Bを
薄くする方法がある。
いたスピンバルブ(B)では、図6から分かるように、
損傷をうける磁界は、X=4nmではHex=280kA
/m,X=5nmではHex=224kA/m,X=7n
mではHex=160kA/mであり、Ta下地がある場
合の結果と同じ膜厚同士で比べると、Ta下地がない場
合の方がTa下地がある場合に比べて、損傷を受ける磁
界が大きくなっている。これは、図7から分かるよう
に、Ta下地がない場合の方がTa下地がある場合に比
べて、交換結合磁界Hexが大きいためである。
ンサ膜は、2つの磁気シールドに挟まれた空間にセンサ
は形成されるが、図8は、磁気シールドを省略して記述
している。本実施形態では、磁気シールド間に形成され
た絶縁膜41上に下地膜Ta膜42を形成する。この膜
としては他に、Ti,Hf,Zr,W,V,Nb,R
u,Os,Ir膜またはこれらの内2種以上の合金膜を
用いることもできる。また、この膜は省略することもで
きる。これらの膜を用いると、強磁性膜A,Bの誘導磁
気異方性を大きくする効果があり、積層フェリ固定層の
性能を損なうことなく磁気抵抗効果を大きくできる。
m)のFe組成14at%のCoFe膜52を形成す
る。形成時には、y方向に、一方向磁界を印加56し磁
気異方性を誘導する。この膜の材料としてCoFeの代
わりに「実施形態2」〜「実施形態3」で述べた材料を
用いることもできる。次に膜厚1(nm)以下のRu膜
53を形成する。
のFe組成10at%のCoFe膜54を形成する。こ
のときも、52を形成するときと同様、y方向に一方向
磁界を印加57する。この膜の材料としてCoFeの代
わりに「実施形態2」〜「実施形態3」で述べた材料を
用いることもできる。強磁性膜A52とRu膜53と強
磁性膜B54とで積層フェリ固定層50を構成する。
3を形成する。この膜の材料としてCuの代わりにAu
やAgを用いることもできる。
形成する。この膜の材料としてCoの代わりにCoFe
やCoFeNi合金膜を用いることもできる。次に、膜
厚10nm以下のパーマロイ(Fe組成10〜30at
%のNiFe合金)膜45を形成する。次に、膜厚5n
m以下のTaからなるキャップ層46を形成する。
例えばRu,Pd,Pt,Au,Ag,Cu,Ir,R
hまたは、これらのうちの2種以上の合金を用いること
もできる。これらの膜は同一真空中で、例えばRFマグ
ネトロンスパッタリング法により作成する。これら4
2,52,53,54,43,44,45及び46から
なるスピンバルブ膜の両脇に、Crからなる下地膜6
0,61を形成し、その上にCo基の永久磁石膜62,
63を作成する。
通じるための電極膜64,65を形成する。ここで、永
久磁石膜としては、CoCrPt、CoPtまたはCo
CrTaなどが用いられる。また、Co−ZrO2のよ
うに、下地膜がなくても十分な保磁力を与える場合、C
r下地膜を省略することもできる。永久磁石膜は、セン
サの完成後に、45の矢印方向に磁界を印加して着磁す
る必要がある。
的結合磁界をHexとし、永久磁石膜の保磁力をHcと
し、着磁の際に素子に加わる正味の印加磁界をHとする
と、正味の印加磁界は次の関係を満足する必要がある。
計する必要がある。通常永久磁石膜の保磁力としては8
0kA/m〜160kA/mが用いられるので、Hexと
しては200kA/m以上が必要となる。これを満足す
るには、Ta下地なしのスピンバルブセンサ膜を用いる
場合は、強磁性膜Aの膜厚Xを5.5nm以下に、Ta
下地を有するスピンバルブ膜を用いる場合、強磁性膜A
の膜厚Xを4.5nm以下にする必要がある。
を用いる場合、強磁性膜Bの膜厚Yは強磁性膜Aの膜厚
Xより1nm以下の膜厚差で薄くするの望ましい。これ
は強磁性膜Aより強磁性膜Bの方が厚くなると、強磁性
膜Bの成膜の終期に強磁性膜Bの磁化の磁界エネルギー
を安定化すべく回転し、固定層磁化が所望の方向から外
れるためである。
を示す。センサ膜は、2つの磁気シールドに挟まれた空
間にセンサは形成されるが、本図は磁気シールドを省略
して記述している。本実施形態では、磁気シールド間に
形成されたアルミナ膜71上に下地膜Ta膜72を形成
する。この膜としては他に、Ti,Hf,Zr,W,
V,Nb,Ru,Os,Ir膜またはこれらの内2種以
上の合金膜を用いることもできる。この上に、膜厚10
nm以下のパーマロイ(Fe組成10〜30at%のN
iFe合金)膜75を形成する。
する。この膜の材料としてCoの代わりにCoFeやC
oFeNi合金膜を用いることもできる。次に、膜厚
2.0〜3.5nmのCu膜73を形成する。この膜の
材料としてCuの代わりにAuやAgを用いることもで
きる。次に、強磁性膜Aとして膜厚X(nm)のFe組
成14at%のCoFe膜82を形成する。形成時に
は、y方向に、一方向磁界を印加し磁気異方性を誘導す
る。この膜の材料としてCoFeの代わりに「実施形態
2」と「実施形態3」で述べた材料を用いることもでき
る。
成する。次に、膜厚Y(nm)のFe組成14at%の
CoFe膜84を形成する。このときも、82を形成す
るときと同様、y方向に一方向磁界を印加する。この膜
の材料としてCoFeの代わりに「実施形態2」と「実
施形態3」で述べた材料を用いることもできる。次に、
膜厚5nm以下のTaからなるキャップ層76を形成す
る。キャップ層としてはTa以外の材料、例えばRu,
Pd,Pt,Au,Ag,Cu,Ir,Rhまたは、こ
れらのうちの2種以上の合金を用いることもできる。
グネトロンスパッタリング法により作成する。これら7
2,82,83,84,73,74,75及び76から
なるスピンバルブ膜の両脇に、Crからなる下地膜9
0,91を形成し、その上にCo基の永久磁石膜92,
93を作成する。
通じるための電極膜94,95を形成する。ここで、永
久磁石膜としては、CoCrPtやCoPtやCoCr
Taなどが用いられる。また、Co−ZrO2のよう
に、下地膜がなくても十分な保磁力を与える場合、Cr
下地膜を省略することもできる。また、実施形態4と同
様、交換結合磁界Hexは永久磁石膜の保磁力より大きく
する必要がある。また、この実施形態においても、実施
形態4と同様、強磁性膜Aと強磁性膜Bに同じ材料を用
いる場合、強磁性膜Bの膜厚Yは先に成膜する強磁性膜
Aの膜厚Xより1nm以下の膜厚差で薄くするの望まし
い。
説明したが、これを取りまとめると、次のような構成、
作用乃至機能を奏するものが本発明の実施形態として含
まれるものである。
層磁化を媒体対抗面垂直に設定するのが望ましい。その
ために、成膜時に媒体対抗面垂直方向に磁界印加して、
強磁性膜の磁化容易軸を設定する。異方性定数Kuの大
きさは2x103(J/m3)以上とする。そして、強磁
性膜の飽和磁歪定数を正にする。また、強磁性膜の結晶
磁気異方性を小さくすることによって固定層面内に生じ
る磁極を小さくする。
性による異方性定数を2x103(J/m3)以上に制御
し、飽和磁歪定数を正にするために、強磁性膜をCoを
含む合金膜とし、その組成を次式を満足する組成とす
る。即ち、次の組成を構成として採用すれば、前述の機
能を満足するものとなるのである。
面に垂直方向)の方向に印加することで、磁化容易軸を
媒体対抗面垂直方向に設定する。磁界の大きさは単体強
磁性膜の異方性磁界即ち、2Ku/Msの2〜4倍が適
切である。ここで、Msは強磁性膜の飽和磁化である。
また、2つの強磁性膜の先に成膜する膜を、後で成膜す
る膜の膜厚よりある程度厚くする。
法として、積層フェリ固定層の二つの強磁性膜の内、少
なくとも自由層から遠い方の強磁性膜の材料を、上記の
CoNiFe合金組成に、Nb,Zr,Ti,Hf,T
a,W,Mo,V,Cr,AlPt,Pd,Ir,R
h,Ru,Au,AgまたはCuのうちの一種またはそ
れ以上の種類の元素を添加して得られる強磁性材料とす
る。
は、上記のCoNiFe合金組成に、アルミニウム酸化
物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化
物、ハフニウム酸化物、ニオブ酸化物、クロム酸化物、
タングステン酸化物、モリブテン酸化物、バナジウム酸
化物のうちの一種またはそれ以上の種類の酸化物を添加
して得られる強磁性膜を用いることである。これらの酸
化物の添加は10mol%程度の添加で比抵抗を2(μ
Ωm)程度まで大きくすることができ、センサの出力向
上ができる。
バルブ膜の両脇に縦バイアスを付与する永久磁石膜を設
ける場合、永久磁石膜を着磁するための磁界を加える際
に、積層フェリ固定層の強磁性膜が磁気飽和すると、磁
界を取り去った後に、固定層が多磁区化するためにセン
サの感度が低下するという問題がある。
は、積層フェリ固定層の2つの互いに反強磁性結合する
強磁性膜の交換結合磁界Hexを永久磁石膜の保磁力Hc
より十分大きくし、永久磁石の着磁の際の反磁界を除く
正味の磁界Hを Hc<H<Hex とするのが望ましい。そのためには、Hexをできるだけ
大きくするために、強磁性膜A,Bの膜厚を薄くするの
が望ましい。本発明の構成においては、5.5nm以下
にするのが望ましい。
成膜時の磁界の向きに異方性定数にして2x103(J
/m3)以上の誘導磁気異方性を付与し、飽和磁歪定数
を正にするためである。この異方性定数の大きさは、記
録媒体からセンサに加わる磁界にたいして固定層が安定
となる大きさである。
少なくとも自由層から遠い方の強磁性膜の材料を、上記
CoNiFe合金組成に、Nb,Zr,Ti,Hf,T
a,W,Mo,V,Cr,Al,Pt,Pd,Ir,R
h,Ru,Au,AgまたはCuのうちの一種またはそ
れ以上の種類の元素を添加して得られる強磁性材料とす
るのは、磁気抵抗変化に寄与しないシャント電流の全体
の電流に対する比率を小さくするためである。
ウム酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、チ
タン酸化物、ハフニウム酸化物、ニオブ酸化物、クロム
酸化物、タングステン酸化物、モリブテン酸化物、バナ
ジウム酸化物のうちの一種またはそれ以上の種類の酸化
物を添加して得られる強磁性膜を用いるのも、磁気抵抗
変化に寄与しないシャント電流の全体の電流に対する比
率を小さくするためである。
結合する強磁性膜の交換結合磁界Hexを永久磁石膜の保
磁力Hcより十分大きくし、永久磁石の着磁の際の磁界
Hを、 Hc<H<Hex とするのは、着磁界が大きすぎて、積層フェリ固定層に
多磁区構造を与えないようにするためである。
に作成する強磁性膜より、膜厚差1(nm)以下で厚く
する。これにより積層フェリ固定層の磁化は、成膜時の
印加磁界の方向に安定となり、FeMnやNiOなどの
反強磁***換結合層がなくても、40kA/m以上の外
部磁界に対しても安定である。
有するスピンバルブセンサ膜の固定層を構成する強磁性
膜の組成を適切に選択し、センサ膜を成膜する際に適切
な大きさの磁界を望ましい方向に印加することで、セン
サ膜の誘導磁気異方性定数も一定の値以上に制御し、飽
和磁歪定数も望ましい正の値に制御する。
果による磁気異方性をあわせた磁気異方性の容易軸方向
とその定数の大きさを、スピンバルブセンサの積層フェ
リ固定層として望ましい状態に実現する。
Oなどの反強磁性の交換結合層を有しない型のスピンバ
ルブセンサを、制御性良く作成することができる。
元素を各種加え得た材料を用いることで、センサ特性を
向上する。
概略を示す図である。
再生装置用磁気ヘッドを示す図である。
気抵抗曲線図であり、前記固定層を構成する強磁性膜の
異方性磁界を変えた複数の場合についての磁気抵抗曲線
図である。
組成のCoFeを用いた場合と、Coを用いた場合のス
ピンバルブ膜の磁気抵抗曲線を示す図であり、(A)は
Ta下地膜を有し、CoFeを強磁性膜に用いた場合の
磁気抵抗曲線図であり、(B)はTa下地膜なしで、C
oFeを強磁性膜に用いた場合の磁気抵抗曲線図であ
り、(C)はTa下地膜なしで、Coを強磁性膜に用い
た場合の磁気抵抗曲線図であり、(D)はTa下地膜を
有し、Coを強磁性膜に用いた場合の磁気抵抗曲線図で
ある。
の保磁力の強磁性膜厚依存性を示す図であり、基板には
ガラス基板を用い、下地膜として、Ta膜がある場合と
ない場合についての図である。
組成のCoFeを用いたスピンバルブの外部磁界に対す
るセンサ膜の安定性を示す図であり、縦軸には素子の磁
気抵抗変化を、横軸には固定層の容易軸と直交方向に印
加した磁界の強さを示し、CoFe強磁性膜の膜厚を変
えた複数の場合について調べた結果を示す図であり、下
地Ta膜がある場合とない場合についての結果を示した
図である。
−0.5)(nm)のCoFe強磁性膜を膜厚0.6
(nm)のRu膜で挟んだ構成の積層フェリ固定層の交
換結合磁界Hexの膜厚X依存性を示す図であり、Ta下
地膜がある場合と無い場合の結果を示す図である。
の構造を示す図である。
の図7とは異なる構造を示す図である。
シールド 18 スピンバルブ膜 19,20 電極 22 コイル 23 再生ギャッ
プ 24 磁気コア 31,32 永久
磁石膜 41 絶縁膜 42 下地膜 43 非磁性導電膜膜 44 Co膜 45 パーマロイ膜 46 キャップ 50 積層フェリ固定層 52 強磁性膜 53 反強磁性結合膜 54 強磁性膜 56,57 磁化方向 60,61 下地
膜 62,63 永久磁石膜 64,65 電極 71 絶縁膜 72 下地膜 73 非磁性導電膜膜 74 Co膜 75 パーマロイ膜 76 キャップ 80 積層フェリ固定層 82 強磁性膜 83 反強磁性結合膜 84 強磁性膜 86,87 磁化方向 90,91 下地
膜 92,93 永久磁石膜 94,95 電極
Claims (8)
- 【請求項1】 磁界に対して比較的応答し易い第1の強
磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第2の強磁性
層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の間に
導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第2の強磁性層は、互いに反強磁性結合された2枚
の強磁性膜A及び強磁性膜Bと、前記2枚の強磁性膜A
及びBを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Aと強磁性膜Bの誘導磁気異方性定数が2
x103(J/m3)以上であり、且つ前記強磁性膜Aと
強磁性膜Bの飽和磁歪定数が正の値であることを特徴と
する磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項2】 磁界に対して比較的応答し易い第1の強
磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第2の強磁性
層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の間に
導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第2の強磁性層は、互いに反強磁性結合された2枚
の強磁性膜A及び強磁性膜Bと、前記2枚の強磁性膜A
及びBを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Aと強磁性膜Bの組成は、 Co100-YーZFeYNiZ (at%) Y≧5 Z≦20 Y+Z≦70 であることを特徴とする磁気抵抗効果型
ヘッド。 - 【請求項3】 磁界に対して比較的応答し易い第1の強
磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第2の強磁性
層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の間に
導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第2の強磁性層は、互いに反強磁性結合された2枚
の強磁性膜A及び強磁性膜Bと、前記2枚の強磁性膜A
及びBを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Aと強磁性膜Bの組成は、 Co100-YーZFeYNiZ (at%) Y≧5 Z≦20 Y+Z≦70 であって、前記組成に、Nb,Zr,T
i,Hf,Ta,W,Mo,V,Cr,AlPt,P
d,Ir,Rh,Ru,Au,AgまたはCuのうちの
一種またはそれ以上の種類の元素を添加することを特徴
とする磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項4】 磁界に対して比較的応答し易い第1の強
磁性層と、磁界に対して比較的応答し難い第2の強磁性
層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の間に
導電性の非磁性スペーサ層と、を有するスピンバルブ効
果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記第2の強磁性層は、互いに反強磁性結合された2枚
の強磁性膜A及び強磁性膜Bと、前記2枚の強磁性膜A
及びBを分離する反強磁性結合膜と、から構成され、 前記強磁性膜Aと強磁性膜Bの組成は、 Co100-YーZFeYNiZ (at%) Y≧5 Z≦20 Y+Z≦70 であって、前記組成に、アルミニウム酸
化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、チタン酸
化物、ハフニウム酸化物、ニオブ酸化物、クロム酸化
物、タングステン酸化物、モリブテン酸化物、バナジウ
ム酸化物のうちの一種またはそれ以上の種類の酸化物を
添加することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項5】 基板上に形成され、互いに反強磁性結合
された2つの強磁性膜A及び強磁性膜Bと、前記2つの
強磁性膜A及びBを膜面で分離する反強磁性結合膜と、
からなる積層フェリ固定層と、 前記積層フェリ固定層の強磁性膜Bに膜面で隣接して形
成された非磁性スペーサ層と、 前記非磁性スペーサ層に膜面で隣接して形成された軟磁
気特性を有する強磁性層と、 前記積層フェリ固定層と前記非磁性スペーサ層と前記強
磁性層とから構成される一定形状に加工されたスピンバ
ルブ膜に、膜断面で隣接するように形成された下地膜を
有するCo基永久磁石膜と、 前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたス
ピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドであっ
て、 前記強磁性膜Aと強磁性膜Bの誘導磁気異方性定数が2
x103(J/m3)以上であり、且つ前記強磁性膜Aと
強磁性膜Bの飽和磁歪定数が正の値であることを特徴と
する磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項6】 基板と、 前記基板上に形成された軟磁気特性を有する強磁性層
と、 前記軟磁気特性を有する強磁性膜に膜面で隣接して形成
された非磁性スペーサ層と、 前記非磁性スペーサー層と膜面で隣接する強磁性膜A、
前記強磁性膜Aと反強磁性的に交換結合する強磁性膜
B、及び前記強磁性膜Aと強磁性膜Bを膜面で分離する
反強磁性結合膜、からなる積層フェリ固定層と、 前記強磁性層と前記非磁性スペーサ層と前記積層フェリ
固定層とから構成される一定形状に加工されたスピンバ
ルブ膜に、膜断面で隣接するように形成された下地膜を
有するCo基永久磁石膜と、 前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたス
ピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドであっ
て、 前記強磁性膜Aと強磁性膜Bの誘導磁気異方性定数が2
x103(J/m3)以上であり、且つ前記強磁性膜Aと
強磁性膜Bの飽和磁歪定数が正の値であることを特徴と
する磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項7】 基板上に形成され、互いに反強磁性結合
された2つの強磁性膜A及び強磁性膜Bと、前記2つの
強磁性膜A及びBを膜面で分離する反強磁性結合膜と、
からなる積層フェリ固定層と、 前記積層フェリ固定層の強磁性膜Bに膜面で隣接して形
成された非磁性スペーサ層と、 前記非磁性スペーサ層に膜面で隣接して形成された軟磁
気特性を有する強磁性層と、 前記積層フェリ固定層と前記非磁性スペーサ層と前記強
磁性層とから構成される一定形状に加工されたスピンバ
ルブ膜に、膜断面で隣接するように形成された下地膜を
有するCo基永久磁石膜と、 前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたス
ピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッドであっ
て、 前記積層フェリ固定層の2つの互いに反強磁性結合する
強磁性膜の交換結合磁界Hexを前記永久磁石膜の保磁力
Hcより十分大きくし、前記永久磁石の着磁の際の磁界
Hを、 Hc<H<Hex として、磁気記録媒体の対抗面と平行のスピンバルブ膜
面内方向に磁界印加して永久磁石膜を着磁することを特
徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項8】 請求項1または2に記載の磁気抵抗効果
型ヘッドを読み出しヘッドとして用い、磁気シールドで
前記磁気抵抗効果型ヘッドと隔てられた磁気誘導型ヘッ
ドを書き込みヘッドとして用い、前記読み出しヘッドと
書き込みヘッドにより磁気記録媒体との情報を授受する
ことを特徴とする磁気記録再生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10280099A JP2000113418A (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10280099A JP2000113418A (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000113418A true JP2000113418A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17620314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10280099A Pending JP2000113418A (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000113418A (ja) |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004186274A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Japan Science & Technology Agency | スピン注入素子及びスピン注入素子を用いた磁気装置 |
JP2004259918A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子の製造方法 |
JP2004282054A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-10-07 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子 |
JP2005294453A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子 |
WO2005098953A1 (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Nec Corporation | 磁化方向制御方法、及びそれを応用したmram |
JP2005539376A (ja) * | 2002-08-30 | 2005-12-22 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 磁気デバイス用アモルファス合金 |
JP2006005286A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子 |
US7031123B2 (en) | 2002-09-13 | 2006-04-18 | Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd. | Magneto resistive head and magnetic recording apparatus |
JP2006269955A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Mitsubishi Electric Corp | 磁界検出装置 |
US7126797B2 (en) | 2003-02-26 | 2006-10-24 | Alps Electric Co., Ltd. | Spin valve magnetoresistive element having pinned magnetic layer composed of epitaxial laminated film having magnetic sublayers and nanomagnetic interlayer |
JP2007095186A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び複合型磁気ヘッド |
US7209326B2 (en) | 2003-03-27 | 2007-04-24 | Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd. | Magnetoresistive head and manufacturing method thereof |
JP2007165786A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Toshiba Corp | 電界効果トランジスタ、集積回路、及びメモリ |
JP2007285805A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Hitachi Metals Ltd | 磁気エンコーダ |
US7362546B2 (en) | 2003-02-26 | 2008-04-22 | Alps Electric Co., Ltd | Spin-valve magnetoresistive element having fixed magnetic layer of epitaxal laminate including magnetic layer and nonmagnetic layer |
JP2008306112A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Hitachi Metals Ltd | 磁気抵抗効果膜、磁気センサ及び回転角度検出装置 |
US7525773B2 (en) | 2004-04-21 | 2009-04-28 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head, head gimbal assembly, and hard disk drive having a dual spin-valve magneto-resistive element |
US7623323B2 (en) | 2004-09-24 | 2009-11-24 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Magnetoresistive head and read/write separation-type magnetic head |
WO2011033981A1 (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-24 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサの製造方法 |
US7948718B2 (en) | 2004-04-02 | 2011-05-24 | Tdk Corporation | Magnetoresistive head having an insulating layer with a particular compressive stress |
US7957109B2 (en) | 2006-09-11 | 2011-06-07 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Magnetic head of magnetoresistance effect type with high resistance to external stress |
-
1998
- 1998-10-01 JP JP10280099A patent/JP2000113418A/ja active Pending
Cited By (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005539376A (ja) * | 2002-08-30 | 2005-12-22 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 磁気デバイス用アモルファス合金 |
US7031123B2 (en) | 2002-09-13 | 2006-04-18 | Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd. | Magneto resistive head and magnetic recording apparatus |
US7292416B2 (en) | 2002-09-13 | 2007-11-06 | Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd. | CPP magneto resistive head with decreased variation in asymmetry and output |
US7755929B2 (en) | 2002-11-29 | 2010-07-13 | Japan Science And Technology Agency | Spin-injection device and magnetic device using spin-injection device |
JP4714918B2 (ja) * | 2002-11-29 | 2011-07-06 | 独立行政法人科学技術振興機構 | スピン注入素子及びスピン注入素子を用いた磁気装置 |
JP2004186274A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Japan Science & Technology Agency | スピン注入素子及びスピン注入素子を用いた磁気装置 |
US7362546B2 (en) | 2003-02-26 | 2008-04-22 | Alps Electric Co., Ltd | Spin-valve magnetoresistive element having fixed magnetic layer of epitaxal laminate including magnetic layer and nonmagnetic layer |
JP2004282054A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-10-07 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子 |
JP2004259918A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子の製造方法 |
US7126797B2 (en) | 2003-02-26 | 2006-10-24 | Alps Electric Co., Ltd. | Spin valve magnetoresistive element having pinned magnetic layer composed of epitaxial laminated film having magnetic sublayers and nanomagnetic interlayer |
JP4665377B2 (ja) * | 2003-02-26 | 2011-04-06 | Tdk株式会社 | 磁気検出素子の製造方法 |
US7209326B2 (en) | 2003-03-27 | 2007-04-24 | Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd. | Magnetoresistive head and manufacturing method thereof |
US7414881B2 (en) | 2004-03-31 | 2008-08-19 | Nec Corporation | Magnetization direction control method and application thereof to MRAM |
JP2005294453A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子 |
JP4506242B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2010-07-21 | Tdk株式会社 | 磁気検出素子 |
JP4877506B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2012-02-15 | 日本電気株式会社 | 磁化方向制御方法、及びそれを応用したmram |
WO2005098953A1 (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Nec Corporation | 磁化方向制御方法、及びそれを応用したmram |
US7948718B2 (en) | 2004-04-02 | 2011-05-24 | Tdk Corporation | Magnetoresistive head having an insulating layer with a particular compressive stress |
US7525773B2 (en) | 2004-04-21 | 2009-04-28 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head, head gimbal assembly, and hard disk drive having a dual spin-valve magneto-resistive element |
JP2006005286A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子 |
US7623323B2 (en) | 2004-09-24 | 2009-11-24 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Magnetoresistive head and read/write separation-type magnetic head |
JP2006269955A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Mitsubishi Electric Corp | 磁界検出装置 |
JP4694332B2 (ja) * | 2005-09-29 | 2011-06-08 | ヒタチグローバルストレージテクノロジーズネザーランドビーブイ | 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び複合型磁気ヘッド |
JP2007095186A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び複合型磁気ヘッド |
JP4599285B2 (ja) * | 2005-12-16 | 2010-12-15 | 株式会社東芝 | 電界効果トランジスタ、集積回路、及びメモリ |
JP2007165786A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Toshiba Corp | 電界効果トランジスタ、集積回路、及びメモリ |
JP4524758B2 (ja) * | 2006-04-14 | 2010-08-18 | 日立金属株式会社 | 磁気エンコーダ |
JP2007285805A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Hitachi Metals Ltd | 磁気エンコーダ |
US7957109B2 (en) | 2006-09-11 | 2011-06-07 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Magnetic head of magnetoresistance effect type with high resistance to external stress |
JP2008306112A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Hitachi Metals Ltd | 磁気抵抗効果膜、磁気センサ及び回転角度検出装置 |
WO2011033981A1 (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-24 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサの製造方法 |
JPWO2011033981A1 (ja) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサの製造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3217697B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
US6635367B2 (en) | Magnetic recording medium | |
JP3990751B2 (ja) | 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 | |
JP3699802B2 (ja) | 磁気抵抗効果ヘッド | |
JP3137580B2 (ja) | 磁性多層膜、磁気抵抗効果素子および磁気変換素子 | |
JP2000113418A (ja) | スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 | |
US5922456A (en) | Longitudal magnetic recording medium having a multi-layered underlayer and magnetic storage apparatus using such magnetic recording medium | |
JPH10312514A (ja) | 磁気抵抗効果素子とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置 | |
JP2001291214A (ja) | 磁気抵抗センサ並びにこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 | |
JP2009026400A (ja) | 差動磁気抵抗効果型磁気ヘッド | |
JPH10154311A (ja) | 磁気抵抗効果素子およびシールド型磁気抵抗効果センサ | |
JP2002324307A (ja) | 縦方向バイアス構造体およびその製造方法 | |
JP3177184B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置 | |
US20040246632A1 (en) | Magnetoresistive head and manufacturing method thereof | |
JP3951192B2 (ja) | スピンバルブ型磁気抵抗効果素子およびその設計方法 | |
JP3541245B2 (ja) | 磁気ヘッド及びそれを有する磁気記憶装置 | |
JP3127777B2 (ja) | 磁気トランスデューサおよび磁気記録装置 | |
JP3190193B2 (ja) | 薄膜磁気ヘッドの使用方法 | |
EP0755086A2 (en) | Magnetoresistive device | |
JP2000340857A (ja) | 磁気抵抗効果膜及び磁気抵抗効果素子 | |
JP2000132814A (ja) | スピンバルブ型磁気抵抗センサ | |
JPH11306532A (ja) | 磁気記録媒体及びそれを用いた磁気記憶装置 | |
JP2833586B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 | |
JPH07182629A (ja) | 磁気センサ | |
JP3096589B2 (ja) | 磁気抵抗効果型ヘッド |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031202 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040308 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040323 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040520 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040615 |