JP3362818B2 - スピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ及び磁気記録装置 - Google Patents
スピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ及び磁気記録装置Info
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- 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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ磁気
抵抗効果型トランスジューサ及び磁気記録装置に関し、
より詳しくは、スピンバルブ磁気抵抗効果によって磁気
媒体からの信号磁界の変化を抵抗率の変化に変換する磁
気抵抗効果型トランスジューサとこの磁気抵抗効果型ト
ランスジューサを備えた磁気記録装置に関する。
抵抗効果型トランスジューサ及び磁気記録装置に関し、
より詳しくは、スピンバルブ磁気抵抗効果によって磁気
媒体からの信号磁界の変化を抵抗率の変化に変換する磁
気抵抗効果型トランスジューサとこの磁気抵抗効果型ト
ランスジューサを備えた磁気記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気センサ或いは磁気ヘッドでは、磁性
材料としてNiFeを用いた磁気抵抗効果素子が使用されて
いる。そして、磁気センサや磁気ヘッドのより一層の高
感度化が要求されるなかで、大きな読み出し信号が得ら
れるＧＭＲ層（giant magnetoresisitive film) が注目
されている。その中でもスピンバルブ磁気抵抗効果膜(s
pin valve magnetoresisitive film) は比較的容易に作
製でき、しかも低磁場での電気抵抗の変化率も通常のＭ
Ｒ素子に比べて大きいために最近特に注目されている。
材料としてNiFeを用いた磁気抵抗効果素子が使用されて
いる。そして、磁気センサや磁気ヘッドのより一層の高
感度化が要求されるなかで、大きな読み出し信号が得ら
れるＧＭＲ層（giant magnetoresisitive film) が注目
されている。その中でもスピンバルブ磁気抵抗効果膜(s
pin valve magnetoresisitive film) は比較的容易に作
製でき、しかも低磁場での電気抵抗の変化率も通常のＭ
Ｒ素子に比べて大きいために最近特に注目されている。
【０００３】スピンバルブ磁気抵抗効果を利用したトラ
ンスジューサについいてはＵＳＰ5,206,590 、特開平6-
60336 号公報などにおいて記載がある。そのような磁気
抵抗効果型トランスジューサの一例を挙げると、例えば
図４(a),(b) に示すような構造を有している。図におい
て、アルチック基板１上のアルミナ層２の上には、タン
タルよりなる下地層３、NiFe層４ａとCo層４ｂからなる
自由側磁性層４、Cuよりなる非磁性金属層５、Coからな
る固定側磁性層６及びFeMnよりなる反強磁性層７が順に
形成されている。なお、図４(a),(b) において膜厚方向
をＺ軸方向としている。
ンスジューサについいてはＵＳＰ5,206,590 、特開平6-
60336 号公報などにおいて記載がある。そのような磁気
抵抗効果型トランスジューサの一例を挙げると、例えば
図４(a),(b) に示すような構造を有している。図におい
て、アルチック基板１上のアルミナ層２の上には、タン
タルよりなる下地層３、NiFe層４ａとCo層４ｂからなる
自由側磁性層４、Cuよりなる非磁性金属層５、Coからな
る固定側磁性層６及びFeMnよりなる反強磁性層７が順に
形成されている。なお、図４(a),(b) において膜厚方向
をＺ軸方向としている。
【０００４】下地層３から反強磁性層７までは平面長方
形にパターニングされ、その最上層の反強磁性層７の両
端寄りの２つの領域にはAuよりなる２つの電極端子８が
形成されている。２つの電極端子８の間の領域は、信号
検知領域（センス領域）Ｓとなる。なお、長方形パター
ンのうち短辺方向をＸ軸方向、長辺方向をＹ軸方向とし
た。
形にパターニングされ、その最上層の反強磁性層７の両
端寄りの２つの領域にはAuよりなる２つの電極端子８が
形成されている。２つの電極端子８の間の領域は、信号
検知領域（センス領域）Ｓとなる。なお、長方形パター
ンのうち短辺方向をＸ軸方向、長辺方向をＹ軸方向とし
た。
【０００５】固定側磁性層６では、反強磁性層７との交
換結合により磁化容易方向（Ｘ軸方向）に交換結合磁界
Ｈuaが発生し、これにより、固定側磁性層６の磁化はＸ
軸方向に固定されて、その磁化の方向がＸ軸方向の信号
磁界Ｈsig によって変化しないようになっている。な
お、自由側磁性層というのは、信号磁界Ｈsig により磁
化Ｍの方向が容易に変化する磁性層を意味する。また、
固定側磁性層というのは、外部信号磁界Ｈsig によって
磁化の方向が自由側磁性層の磁化に比べて変化し難い磁
性層を意味する。
換結合により磁化容易方向（Ｘ軸方向）に交換結合磁界
Ｈuaが発生し、これにより、固定側磁性層６の磁化はＸ
軸方向に固定されて、その磁化の方向がＸ軸方向の信号
磁界Ｈsig によって変化しないようになっている。な
お、自由側磁性層というのは、信号磁界Ｈsig により磁
化Ｍの方向が容易に変化する磁性層を意味する。また、
固定側磁性層というのは、外部信号磁界Ｈsig によって
磁化の方向が自由側磁性層の磁化に比べて変化し難い磁
性層を意味する。
【０００６】この素子において、自由側磁性層４が、Ni
Fe層４ａとCo層４ｂの２層で構成されているのは、次の
理由による。第１に、そのような２層構造を採ることに
よって、自由側磁性層４をNiFeだけで構成するよりも２
倍以上の高い磁気抵抗効果出力が得られるからである。
第２に、Co層４ｂは、Cuよりなる非磁性金属層５とNiFe
層４ａとの熱による相互拡散を防止するためのバッファ
ー層として機能させるためである。
Fe層４ａとCo層４ｂの２層で構成されているのは、次の
理由による。第１に、そのような２層構造を採ることに
よって、自由側磁性層４をNiFeだけで構成するよりも２
倍以上の高い磁気抵抗効果出力が得られるからである。
第２に、Co層４ｂは、Cuよりなる非磁性金属層５とNiFe
層４ａとの熱による相互拡散を防止するためのバッファ
ー層として機能させるためである。
【０００７】Co膜４ｂはそれ自身でセミハード膜であ
る。しかし、NiFeとCoの２層構造は、層同士の交換結合
によって全体で軟質性を有するので、その２層構造は自
由側磁性層となる。そのような２層構造の自由側磁性層
４の磁化Ｍの方向は、信号磁界Ｈsig が零の場合に固定
側磁性層６の磁化方向に対して直交する方向（Ｙ軸方向
又は磁化容易軸方向）と同じになる。そして、自由側磁
性層４の磁化Ｍの方向は、信号磁界Ｈsig の変化に応じ
てその向きを変える。
る。しかし、NiFeとCoの２層構造は、層同士の交換結合
によって全体で軟質性を有するので、その２層構造は自
由側磁性層となる。そのような２層構造の自由側磁性層
４の磁化Ｍの方向は、信号磁界Ｈsig が零の場合に固定
側磁性層６の磁化方向に対して直交する方向（Ｙ軸方向
又は磁化容易軸方向）と同じになる。そして、自由側磁
性層４の磁化Ｍの方向は、信号磁界Ｈsig の変化に応じ
てその向きを変える。
【０００８】下地層３から反強磁性層７までの多層構造
のトータルの電気抵抗は、固定側磁性層６の磁化方向と
自由側磁性層４の磁化方向のなす角度θの余弦(cosθ）
に比例して変化する。その多層構造の信号検知領域（セ
ンス領域）Ｓには、電極端子８の一方から他方に向けて
定電流が流され、その電気抵抗が変化すると電極端子８
間の電圧が変化する。電気抵抗値の変化は、その電圧値
の変化に基づいてオームの法則により算出される。
のトータルの電気抵抗は、固定側磁性層６の磁化方向と
自由側磁性層４の磁化方向のなす角度θの余弦(cosθ）
に比例して変化する。その多層構造の信号検知領域（セ
ンス領域）Ｓには、電極端子８の一方から他方に向けて
定電流が流され、その電気抵抗が変化すると電極端子８
間の電圧が変化する。電気抵抗値の変化は、その電圧値
の変化に基づいてオームの法則により算出される。
【０００９】なお、固定側磁性層６と自由側磁性層４の
それぞれの磁化を互いに直交させる理由は、信号磁界Ｈ
sig に対して電気抵抗を線型に変化させるためである。
ところで、Cuよりなる非磁性金属層５とNiFe層４ａの熱
による相互拡散をCo層４ｂによって防止するためには、
Co層４ｂの厚さを３０Å以上にすることが必要になる。
それぞれの磁化を互いに直交させる理由は、信号磁界Ｈ
sig に対して電気抵抗を線型に変化させるためである。
ところで、Cuよりなる非磁性金属層５とNiFe層４ａの熱
による相互拡散をCo層４ｂによって防止するためには、
Co層４ｂの厚さを３０Å以上にすることが必要になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記した自由側磁性層
４を構成するCo層４ｂの膜厚を３０Å以上にした場合の
スピンバルブＭＲ素子の外部磁界と電気抵抗変化率の関
係を調べた。実験に用いた第１の試料は、図４(a),(b)
に示したスピンバルブＭＲ素子と同じ層構成を有してお
り、Taよりなる下地層３の膜厚を５０Å、NiFe層４ａを
２０Å、Co層４ｂを５５Å、Cuよりなる非磁性層５の膜
厚を３２Å、Coよりなる固定側磁性層６の膜厚を５５
Å、FeMnよりなる反強磁性層７の膜厚を１５０Åとして
いる。
４を構成するCo層４ｂの膜厚を３０Å以上にした場合の
スピンバルブＭＲ素子の外部磁界と電気抵抗変化率の関
係を調べた。実験に用いた第１の試料は、図４(a),(b)
に示したスピンバルブＭＲ素子と同じ層構成を有してお
り、Taよりなる下地層３の膜厚を５０Å、NiFe層４ａを
２０Å、Co層４ｂを５５Å、Cuよりなる非磁性層５の膜
厚を３２Å、Coよりなる固定側磁性層６の膜厚を５５
Å、FeMnよりなる反強磁性層７の膜厚を１５０Åとして
いる。
【００１１】実験の結果、図５に示すような磁気抵抗効
果（ＭＲ）特性が得られた。このＭＲ特性は、外部磁界
の大きさを２００エルステッド（Oe）と−２００エルス
テッド(Oe)の範囲内で連続的に上昇及び下降させて得ら
れた実験結果である。図５において、外部磁界が零にな
る付近の曲線の立ち上がり点と立ち下がり点の磁界の差
が４０エルステッド(Oe)あることがわかる。その差は保
磁力Ｈc の２倍の大きさであるので、第１の試料の保磁
力Ｈc は２０エルステッド(Oe)と大きくなり、信号磁界
に対する感度の劣化を招く。
果（ＭＲ）特性が得られた。このＭＲ特性は、外部磁界
の大きさを２００エルステッド（Oe）と−２００エルス
テッド(Oe)の範囲内で連続的に上昇及び下降させて得ら
れた実験結果である。図５において、外部磁界が零にな
る付近の曲線の立ち上がり点と立ち下がり点の磁界の差
が４０エルステッド(Oe)あることがわかる。その差は保
磁力Ｈc の２倍の大きさであるので、第１の試料の保磁
力Ｈc は２０エルステッド(Oe)と大きくなり、信号磁界
に対する感度の劣化を招く。
【００１２】このように素子の保磁力Ｈc が大きくなる
のは、自由側磁性層４が膜厚の厚いCo層４ｂを有してい
るからと考えられる。これに対して、Co層４ｂを薄くし
て素子の保磁力Ｈc を小さくすることを試みた。実験に
用いた第２の試料は、図４(a),(b) に示したスピンバル
ブＭＲ素子と同じ層構成を有しており、Taよりなる下地
層３の膜厚を５０Å、NiFe層４ａを５５Å、Co層４ｂを
２０Å、Cuよりなる非磁性層５の膜厚が２６Å、Coより
なる固定側磁性層６の膜厚が５５Å、FeMnよりなる反強
磁性層７の膜厚を１５０Åとしている。
のは、自由側磁性層４が膜厚の厚いCo層４ｂを有してい
るからと考えられる。これに対して、Co層４ｂを薄くし
て素子の保磁力Ｈc を小さくすることを試みた。実験に
用いた第２の試料は、図４(a),(b) に示したスピンバル
ブＭＲ素子と同じ層構成を有しており、Taよりなる下地
層３の膜厚を５０Å、NiFe層４ａを５５Å、Co層４ｂを
２０Å、Cuよりなる非磁性層５の膜厚が２６Å、Coより
なる固定側磁性層６の膜厚が５５Å、FeMnよりなる反強
磁性層７の膜厚を１５０Åとしている。
【００１３】実験の結果、図６に示すようなＭＲ特性が
得られ、素子の保磁力Ｈc が６エルステッド(Oe)と小さ
くなり、抵抗変化率ΔＭＲも図５に比べて大きくなっ
た。しかし、Co層４ｂを２０Åまで薄くすると、非磁性
金属層５と自由側磁性層４の熱による相互拡散が避けら
れず、自由側磁性層４の軟質磁性が小さくなるといった
不都合がある。
得られ、素子の保磁力Ｈc が６エルステッド(Oe)と小さ
くなり、抵抗変化率ΔＭＲも図５に比べて大きくなっ
た。しかし、Co層４ｂを２０Åまで薄くすると、非磁性
金属層５と自由側磁性層４の熱による相互拡散が避けら
れず、自由側磁性層４の軟質磁性が小さくなるといった
不都合がある。
【００１４】本発明の目的とするところは、非磁性金属
層と自由側磁性層の熱による相互拡散を発生させず、且
つ高い出力が得られる磁気抵抗効果型トランスジューサ
とこのトランスジューサを備えた磁気記録装置を提供す
ることである。
層と自由側磁性層の熱による相互拡散を発生させず、且
つ高い出力が得られる磁気抵抗効果型トランスジューサ
とこのトランスジューサを備えた磁気記録装置を提供す
ることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、CoFe層１４ｂとNiFe層１４ａの二層、
又はCoFe層１４ｂとNiFe系合金層の二層を有する自由側
磁性層１４と、前記CoFe層１４ｂに接する非磁性層１５
と、前記非磁性層１５に接する固定側磁性層１６と、前
記固定側磁性層１６の磁化の方向を交換結合によって固
定する反強磁性層１７と、前記自由側磁性層１４、前記
非磁性層１５、前記固定側磁性層１６及び前記反強磁性
層１７に電流を流す電極端子１８とを有し、前記CoFe層
１４ｂの組成比は、Coが９５〜８５ｗｔ％、Feが５〜１
５ｗｔ％であり、前記CoFe層１４ｂの膜厚は３０Å以上
であることを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果型ト
ランスジューサによって解決する。
例示するように、CoFe層１４ｂとNiFe層１４ａの二層、
又はCoFe層１４ｂとNiFe系合金層の二層を有する自由側
磁性層１４と、前記CoFe層１４ｂに接する非磁性層１５
と、前記非磁性層１５に接する固定側磁性層１６と、前
記固定側磁性層１６の磁化の方向を交換結合によって固
定する反強磁性層１７と、前記自由側磁性層１４、前記
非磁性層１５、前記固定側磁性層１６及び前記反強磁性
層１７に電流を流す電極端子１８とを有し、前記CoFe層
１４ｂの組成比は、Coが９５〜８５ｗｔ％、Feが５〜１
５ｗｔ％であり、前記CoFe層１４ｂの膜厚は３０Å以上
であることを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果型ト
ランスジューサによって解決する。
【００１６】前記スピンバルブ磁気抵抗効果型トランス
ジューサにおいて、CoFe層の組成比は、Coが９０ｗｔ
％、Feが１０ｗｔ％であることを特徴とする。前記スピ
ンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサにおいて、前
記NiFe層又は前記NiFe系合金層の膜厚は、１０Å以上で
あることを特徴とする。
ジューサにおいて、CoFe層の組成比は、Coが９０ｗｔ
％、Feが１０ｗｔ％であることを特徴とする。前記スピ
ンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサにおいて、前
記NiFe層又は前記NiFe系合金層の膜厚は、１０Å以上で
あることを特徴とする。
【００１７】前記スピンバルブ磁気抵抗効果型トランス
ジューサにおいて、NiFe系合金層は、NiFeよりも異方性
磁気抵抗効果（ＡＭＲ効果）が小さくなる第三の元素が
NiFeに添加された合金であることを特徴とする。前記ス
ピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサにおいて、
NiFe系合金層は、NiFeCr、NiFeNb又はNiFeRhであること
を特徴とする。
ジューサにおいて、NiFe系合金層は、NiFeよりも異方性
磁気抵抗効果（ＡＭＲ効果）が小さくなる第三の元素が
NiFeに添加された合金であることを特徴とする。前記ス
ピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサにおいて、
NiFe系合金層は、NiFeCr、NiFeNb又はNiFeRhであること
を特徴とする。
【００１８】前記スピンバルブ磁気抵抗効果型トランス
ジューサにおいて、前記固定側磁性層は、CoFeから構成
されていることを特徴とする。前記スピンバルブ磁気抵
抗効果型トランスジューサにおいて、前記非磁性層は、
Cuから構成されていることを特徴とする。
ジューサにおいて、前記固定側磁性層は、CoFeから構成
されていることを特徴とする。前記スピンバルブ磁気抵
抗効果型トランスジューサにおいて、前記非磁性層は、
Cuから構成されていることを特徴とする。
【００１９】次に、上記した発明の作用について説明す
る。本発明のスピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジュ
ーサは、CoFe層とNiFe層の二層構造、又はCoFe層とNiFe
系合金層の二層構造からなる自由側磁性層を有してい
る。CoFe層の膜厚が３０Å以上であっても、そのような
二層構造の自由側磁性層は軟質磁強磁性を有している。
しかも、CoFe層を有する自由側磁性層は、スピンバルブ
磁気抵抗効果型トランスジューサの保磁力を小さくする
ことが実験により確かめられた。但し、保磁力を小さく
するためには、NiFe層の膜厚を１０Å以上にし、また、
CoFe層におけるCoの組成比を９０ｗｔ％、Feの組成比を
１０ｗｔ％にすることが望ましい。
る。本発明のスピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジュ
ーサは、CoFe層とNiFe層の二層構造、又はCoFe層とNiFe
系合金層の二層構造からなる自由側磁性層を有してい
る。CoFe層の膜厚が３０Å以上であっても、そのような
二層構造の自由側磁性層は軟質磁強磁性を有している。
しかも、CoFe層を有する自由側磁性層は、スピンバルブ
磁気抵抗効果型トランスジューサの保磁力を小さくする
ことが実験により確かめられた。但し、保磁力を小さく
するためには、NiFe層の膜厚を１０Å以上にし、また、
CoFe層におけるCoの組成比を９０ｗｔ％、Feの組成比を
１０ｗｔ％にすることが望ましい。
【００２０】CoFe層の膜厚を３０Å以上にすることによ
り、自由側磁性層と非磁性層の熱による相互拡散を確実
に防止することが可能になり、自由側磁性層の軟質磁性
が維持される。また、CoFe層を有する二層構造の自由側
磁性層によれば、磁界の変化に対するトランスジューサ
の電気抵抗変化率も大きくなることが、実験により確か
められた。
り、自由側磁性層と非磁性層の熱による相互拡散を確実
に防止することが可能になり、自由側磁性層の軟質磁性
が維持される。また、CoFe層を有する二層構造の自由側
磁性層によれば、磁界の変化に対するトランスジューサ
の電気抵抗変化率も大きくなることが、実験により確か
められた。
【００２１】上記したNiFe系合金層が、NiFeCr、NiFeNb
又はNiFeRhである場合には、トランスジューサのＡＭＲ
効果による雑音を小さくし、しかも、NiFeよりも高い比
抵抗となってトランスジューサの電流利用効率を高め、
高出力化が図れる。なお、固定側磁性層を自由側磁性層
のCoFe層と同じ構成材料から形成することによって、各
層を形成する際のスパッタのターゲット材料を少なくで
きる。
又はNiFeRhである場合には、トランスジューサのＡＭＲ
効果による雑音を小さくし、しかも、NiFeよりも高い比
抵抗となってトランスジューサの電流利用効率を高め、
高出力化が図れる。なお、固定側磁性層を自由側磁性層
のCoFe層と同じ構成材料から形成することによって、各
層を形成する際のスパッタのターゲット材料を少なくで
きる。
【００２２】
【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施の形
態を図１(a),(b) に基づいて説明する。図１(a),(b) に
おいて、アルチック基板１１上のアルミナ層１２の上に
は、タンタルよりなる下地層１３、NiFe層１４ａとCo90
Fe10層１４ｂからなる二層構造の自由側磁性層１４、Cu
よりなる非磁性金属層１５、Co90Fe10からなる固定側磁
性層１６及びFeMnよりなる反強磁性層１７が順に形成さ
れている。図において、積層方向をＺ軸方向とした。
態を図１(a),(b) に基づいて説明する。図１(a),(b) に
おいて、アルチック基板１１上のアルミナ層１２の上に
は、タンタルよりなる下地層１３、NiFe層１４ａとCo90
Fe10層１４ｂからなる二層構造の自由側磁性層１４、Cu
よりなる非磁性金属層１５、Co90Fe10からなる固定側磁
性層１６及びFeMnよりなる反強磁性層１７が順に形成さ
れている。図において、積層方向をＺ軸方向とした。
【００２３】下地層１３から反強磁性層１７までは平面
長方形にパターニングされ、その最上層の反強磁性層１
７の両端寄りの２つの領域にはAuよりなる２つの電極端
子１８が形成されている。２つの電極端子１８の間の領
域は信号検知領域（センス領域）Ｓとなる。なお、長方
形パターンのうち短辺方向をＸ軸方向とし、長編方向を
Ｙ軸方向としている。
長方形にパターニングされ、その最上層の反強磁性層１
７の両端寄りの２つの領域にはAuよりなる２つの電極端
子１８が形成されている。２つの電極端子１８の間の領
域は信号検知領域（センス領域）Ｓとなる。なお、長方
形パターンのうち短辺方向をＸ軸方向とし、長編方向を
Ｙ軸方向としている。
【００２４】固定側磁性層１６では、反強磁性層１７と
の交換結合によって磁化容易方向（Ｘ軸方向）に交換結
合磁界Ｈuaが発生している。これにより、固定側磁性層
１６の磁化はＸ軸方向に固定されて、Ｘ軸方向に変化す
る信号磁界Ｈsig によりその磁化の方向が変化しないよ
うになっている。このような構造を有するスピンバルブ
磁気抵抗効果素子において、自由側磁性層１４は、NiFe
層１４ａとCo90Fe10層１４ｂの２層で構成されている。
自由側磁性層１４は、NiFe層１４ａとCo90Fe10層１４ｂ
の交換結合によって軟質性を有しており、同時に、NiFe
層１４ａとCu製の非磁性金属層１５の熱による相互拡散
を防止する機能も有する。
の交換結合によって磁化容易方向（Ｘ軸方向）に交換結
合磁界Ｈuaが発生している。これにより、固定側磁性層
１６の磁化はＸ軸方向に固定されて、Ｘ軸方向に変化す
る信号磁界Ｈsig によりその磁化の方向が変化しないよ
うになっている。このような構造を有するスピンバルブ
磁気抵抗効果素子において、自由側磁性層１４は、NiFe
層１４ａとCo90Fe10層１４ｂの２層で構成されている。
自由側磁性層１４は、NiFe層１４ａとCo90Fe10層１４ｂ
の交換結合によって軟質性を有しており、同時に、NiFe
層１４ａとCu製の非磁性金属層１５の熱による相互拡散
を防止する機能も有する。
【００２５】Co90Fe10層１４ｂを構成するCoFe磁性体の
保磁力Ｈc は、Coの組成比が９０、Feの組成比が１０の
場合に最も小さくなるが、数％程度の僅かな組成比のズ
レは許容される。信号磁界Ｈsig が零の場合の２層構造
の自由側磁性層１４の磁化Ｍ1 の方向は、固定側磁性層
１５の磁化方向に直交するＹ軸方向（又は磁化容易軸方
向）である。そして、自由側磁性層１４の磁化の方向
は、信号磁界Ｈsig によるＸ軸方向の磁化成分が加わっ
て向きを変える。
保磁力Ｈc は、Coの組成比が９０、Feの組成比が１０の
場合に最も小さくなるが、数％程度の僅かな組成比のズ
レは許容される。信号磁界Ｈsig が零の場合の２層構造
の自由側磁性層１４の磁化Ｍ1 の方向は、固定側磁性層
１５の磁化方向に直交するＹ軸方向（又は磁化容易軸方
向）である。そして、自由側磁性層１４の磁化の方向
は、信号磁界Ｈsig によるＸ軸方向の磁化成分が加わっ
て向きを変える。
【００２６】下地層１３から反強磁性層１７までの多層
構造のトータルの電気抵抗は、固定側磁性層１６の磁化
方向と自由側磁性層１４の磁化方向のなす角θの余弦(c
osθ）に比例して変化する。その多層構造のセンス領域
Ｓには、電極端子１８の一方から他方に向けて定電流が
流され、その電気抵抗が変化すると電極端子１８間の電
圧が変化する。電気抵抗値の変化は、その電圧値の変化
に基づいてオームの法則により算出される。
構造のトータルの電気抵抗は、固定側磁性層１６の磁化
方向と自由側磁性層１４の磁化方向のなす角θの余弦(c
osθ）に比例して変化する。その多層構造のセンス領域
Ｓには、電極端子１８の一方から他方に向けて定電流が
流され、その電気抵抗が変化すると電極端子１８間の電
圧が変化する。電気抵抗値の変化は、その電圧値の変化
に基づいてオームの法則により算出される。
【００２７】次に、上記した構造のスピンバルブ磁気抵
抗効果素子のＭＲ特性について説明する。上記した構造
のスピンバルブ磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を求めたと
ころ図２に示すような結果が得られた。このＭＲ特性
は、外部磁界の大きさを２００エルステッド（Oe）と−
２００エルステッド(Oe)の範囲内で連続的に上昇及び下
降させて得られた実験結果である。
抗効果素子のＭＲ特性について説明する。上記した構造
のスピンバルブ磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を求めたと
ころ図２に示すような結果が得られた。このＭＲ特性
は、外部磁界の大きさを２００エルステッド（Oe）と−
２００エルステッド(Oe)の範囲内で連続的に上昇及び下
降させて得られた実験結果である。
【００２８】この結果によれば、スピンバルブ磁気抵抗
効果素子の保磁力Ｈc は４エルステッド(Oe)と非常に小
さく、NiFeの保磁力にほぼ等しくなる。しかも、電気抵
抗の変化率ΔＭＲは図５に比べて大きく、信号磁界に対
する感度が良好になった。このように素子の保磁力Ｈc
が小さくなるのは、２層構造の自由側磁性層１４にCo90
Fe10層１４ｂを適用しているからである。しかも、その
Co90Fe10層１４ｂの膜厚は５５Åであるために、NiFe層
１４ａとCu製の非磁性層１６の熱による相互拡散は防止
される。
効果素子の保磁力Ｈc は４エルステッド(Oe)と非常に小
さく、NiFeの保磁力にほぼ等しくなる。しかも、電気抵
抗の変化率ΔＭＲは図５に比べて大きく、信号磁界に対
する感度が良好になった。このように素子の保磁力Ｈc
が小さくなるのは、２層構造の自由側磁性層１４にCo90
Fe10層１４ｂを適用しているからである。しかも、その
Co90Fe10層１４ｂの膜厚は５５Åであるために、NiFe層
１４ａとCu製の非磁性層１６の熱による相互拡散は防止
される。
【００２９】Co90Fe10層１４ｂを構成するFeとCoのそれ
ぞれの固溶は、NiとCuの固溶を１００とした場合に４〜
５と極めて小さいので、Co90Fe10層１４ｂと非磁性層１
６はほとんど相互拡散しない。この結果、自由側磁性層
１４の軟質磁性は良好に保持される。なお、保磁力Ｈc
を小さくするためには、NiFe層１４ａの膜厚を１０Å以
上にする必要がある。
ぞれの固溶は、NiとCuの固溶を１００とした場合に４〜
５と極めて小さいので、Co90Fe10層１４ｂと非磁性層１
６はほとんど相互拡散しない。この結果、自由側磁性層
１４の軟質磁性は良好に保持される。なお、保磁力Ｈc
を小さくするためには、NiFe層１４ａの膜厚を１０Å以
上にする必要がある。
【００３０】ところで、自由側磁性層１４を構成する２
層の磁性層のうちのNiFe層の替わりに、NiFeCr、NiFeN
b、NiFeRhなど、NiFeに他の元素を加えた合金を使用し
てもよい。そのようなNiFe系合金は、NiFeに比べて、ス
ピンバルブ磁気抵抗効果の雑音となる異方性磁気抵抗
（ＡＭＲ）効果が非常に小さくなるので、Ｓ／Ｎ比が高
くなる。
層の磁性層のうちのNiFe層の替わりに、NiFeCr、NiFeN
b、NiFeRhなど、NiFeに他の元素を加えた合金を使用し
てもよい。そのようなNiFe系合金は、NiFeに比べて、ス
ピンバルブ磁気抵抗効果の雑音となる異方性磁気抵抗
（ＡＭＲ）効果が非常に小さくなるので、Ｓ／Ｎ比が高
くなる。
【００３１】また、そのようなNiFe系合金はNiFeよりも
比抵抗が高く、素子の電流利用効率を高めることができ
るので、高出力化が図れるという利点もある。次に、上
記したスピンバルブ磁気抵抗効果素子が適用される磁気
記録装置の磁気ヘッドと磁気記録媒体の概要を図５を参
照して説明する。図３において、基板４１の上には再生
用ヘッド４２と記録用ヘッド４３が隣設されている。
比抵抗が高く、素子の電流利用効率を高めることができ
るので、高出力化が図れるという利点もある。次に、上
記したスピンバルブ磁気抵抗効果素子が適用される磁気
記録装置の磁気ヘッドと磁気記録媒体の概要を図５を参
照して説明する。図３において、基板４１の上には再生
用ヘッド４２と記録用ヘッド４３が隣設されている。
【００３２】再生用ヘッドは、第１の磁気シールド層４
４の上に絶縁膜（不図示）を介して形成されたスピンバ
ルブＭＲ素子４５と、スピンバルブＭＲ素子４５から引
き出される電極端子（リード端子）４６と、スピンバル
ブＭＲ素子４５及び電極端子４６を覆う絶縁膜４７と、
絶縁膜４７上に形成された第２の磁気シールド層４８と
を有している。スピンバルブＭＲ素子４５は、図１(a),
(b) に示した構造が採用される。なお、スピンバルブＭ
Ｒ素子４５は、下地層１３の上に、反強磁性層１７、固
定側磁性層１６、非磁性層１５、自由側磁性層１４を順
に形成したものであってもよい。
４の上に絶縁膜（不図示）を介して形成されたスピンバ
ルブＭＲ素子４５と、スピンバルブＭＲ素子４５から引
き出される電極端子（リード端子）４６と、スピンバル
ブＭＲ素子４５及び電極端子４６を覆う絶縁膜４７と、
絶縁膜４７上に形成された第２の磁気シールド層４８と
を有している。スピンバルブＭＲ素子４５は、図１(a),
(b) に示した構造が採用される。なお、スピンバルブＭ
Ｒ素子４５は、下地層１３の上に、反強磁性層１７、固
定側磁性層１６、非磁性層１５、自由側磁性層１４を順
に形成したものであってもよい。
【００３３】記録用ヘッド４３は、第２の磁気シールド
層４８と第３の磁気シールド層４９の間に絶縁層５０を
介して形成されたコイル５１を有している。第１〜第３
の磁気シールド層４４，４８，５０はそれぞれ軟磁性体
より形成され、それらのうち磁気記録媒体５２に対向す
る部分には、それぞれギャップが形成されている。
層４８と第３の磁気シールド層４９の間に絶縁層５０を
介して形成されたコイル５１を有している。第１〜第３
の磁気シールド層４４，４８，５０はそれぞれ軟磁性体
より形成され、それらのうち磁気記録媒体５２に対向す
る部分には、それぞれギャップが形成されている。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、CoFe
層とNiFe層の二層構造、又はCoFe層とNiFe系合金層の二
層構造からなる自由側磁性層を有しているので、CoFe層
を備えることによりスピンバルブ磁気抵抗効果型トラン
スジューサの保磁力を小さくすることができる。
層とNiFe層の二層構造、又はCoFe層とNiFe系合金層の二
層構造からなる自由側磁性層を有しているので、CoFe層
を備えることによりスピンバルブ磁気抵抗効果型トラン
スジューサの保磁力を小さくすることができる。
【００３５】そのNiFe層の膜厚を１０Å以上にし、ま
た、CoFe層におけるCoの組成比を９５〜８５ｗｔ％、Fe
の組成比を５〜１５ｗｔ％、特にCoFe層におけるCoの組
成比を９０ｗｔ％、Feの組成比を１０ｗｔ％にすること
により、その保磁力を最も小さくできる。CoFe層の膜厚
を３０Å以上にすると、自由側磁性層と非磁性層の熱に
よる相互拡散を確実に防止することが可能になり、自由
側磁性層の軟質磁性を良好に保持できる。
た、CoFe層におけるCoの組成比を９５〜８５ｗｔ％、Fe
の組成比を５〜１５ｗｔ％、特にCoFe層におけるCoの組
成比を９０ｗｔ％、Feの組成比を１０ｗｔ％にすること
により、その保磁力を最も小さくできる。CoFe層の膜厚
を３０Å以上にすると、自由側磁性層と非磁性層の熱に
よる相互拡散を確実に防止することが可能になり、自由
側磁性層の軟質磁性を良好に保持できる。
【００３６】また、CoFe層を有する二層構造の自由側磁
性層によれば、磁界の変化に対するトランスジューサの
電気抵抗変化率を大きくできる。上記したNiFe系合金層
がNiFeCr、NiFeNb又はNiFeRhである場合には、トランス
ジューサのＡＭＲ効果による雑音を小さくなり、しか
も、NiFeよりも高い比抵抗となってトランスジューサの
電流利用効率を高め、高出力化が図れる。
性層によれば、磁界の変化に対するトランスジューサの
電気抵抗変化率を大きくできる。上記したNiFe系合金層
がNiFeCr、NiFeNb又はNiFeRhである場合には、トランス
ジューサのＡＭＲ効果による雑音を小さくなり、しか
も、NiFeよりも高い比抵抗となってトランスジューサの
電流利用効率を高め、高出力化が図れる。
【図１】図１(a) は本発明の実施の形態の一例を示すス
ピンバルブ磁気抵抗効果トランスジューサの一部を切断
した斜視図、図１(b) はそのスピンバルブ磁気抵抗効果
トランスジューサの断面図である。
ピンバルブ磁気抵抗効果トランスジューサの一部を切断
した斜視図、図１(b) はそのスピンバルブ磁気抵抗効果
トランスジューサの断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の一例を示すスピ
ンバルブ磁気抵抗効果トランスジューサの磁界の変化と
電気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
ンバルブ磁気抵抗効果トランスジューサの磁界の変化と
電気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
【図３】図３は、本発明のスピンバルブ磁気抵抗効果ト
ランスジューサを使用した磁気記録装置の一部を示す断
面図である。
ランスジューサを使用した磁気記録装置の一部を示す断
面図である。
【図４】図４(a) は、従来のスピンバルブ磁気抵抗効果
トランスジューサの一部を切断した斜視図、図４(b) は
そのスピンバルブ磁気抵抗効果トランスジューサの断面
図である。
トランスジューサの一部を切断した斜視図、図４(b) は
そのスピンバルブ磁気抵抗効果トランスジューサの断面
図である。
【図５】図５は、従来のスピンバルブ磁気抵抗効果トラ
ンスジューサの磁界の変化と電気抵抗変化率の関係を示
す特性図である。
ンスジューサの磁界の変化と電気抵抗変化率の関係を示
す特性図である。
【図６】図６は、従来のスピンバルブ磁気抵抗効果トラ
ンスジューサの自由側磁性層のCo層の膜厚を薄くした場
合における磁界の変化と電気抵抗変化率の関係を示す特
性図である。
ンスジューサの自由側磁性層のCo層の膜厚を薄くした場
合における磁界の変化と電気抵抗変化率の関係を示す特
性図である。
１１ アルチック基板
１２ アルミナ層
１３ 下地層
１４ 自由側磁性層
１４ａ NiFe層
１４ｂ Co90Fe10層
１５ 非磁性層
１６ 固定型磁性層
１７ 反強磁性層
１８ 電極端子
Claims (8)
- 【請求項１】CoFe層とNiFe層の二層、又はCoFe層とNiFe
系合金層の二層を有する自由側磁性層と、 前記CoFe層に接する非磁性層と、 前記非磁性層に接する固定側磁性層と、 前記固定側磁性層の磁化の方向を交換結合によって固定
する反強磁性層と、 前記自由側磁性層、前記非磁性層、前記固定側磁性層及
び前記反強磁性層に電流を流す電極端子とを有し、 前記CoFe層の組成比は、Coが９５〜８５ｗｔ％、Feが５
〜１５ｗｔ％であり、前記CoFe層の膜厚は３０Å以上で
あることを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果型トラ
ンスジューサ。 - 【請求項２】前記CoFe層の組成比は、Coが９０ｗｔ％、
Feが１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載
のスピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項３】前記NiFe層又は前記NiFe系合金層の膜厚
は、１０Å以上であることを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジ
ューサ。 - 【請求項４】前記NiFe系合金層は、NiFeよりも異方性磁
気抵抗効果が小さくなる第三の元素がNiFeに添加された
合金であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記
載のスピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項５】前記NiFe系合金層は、NiFeCr、NiFeNb又は
NiFeRhであることを特徴とする請求項１又は請求項３に
記載のスピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項６】前記固定側磁性層はCoFeから構成されてい
ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに
記載のスピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項７】前記非磁性層は、Cuから構成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずかに記載の
スピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ。 - 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載されたスピ
ンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサと、 前記スピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサによ
り書き込まれた磁気記録情報を読み出せる磁気記録媒体
とを有することを特徴とする磁気記録装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20560195A JP3362818B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | スピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ及び磁気記録装置 |
| EP96111084A EP0758783B1 (en) | 1995-08-11 | 1996-07-10 | Spin valve magneto-resistive effect magnetic head and system |
| DE69617334T DE69617334T2 (de) | 1995-08-11 | 1996-07-10 | Spinventil-Magnetkopf mit magnetoresistivem Effekt und System |
| KR1019960029108A KR100284779B1 (ko) | 1995-08-11 | 1996-07-19 | 스핀밸브 자기저항효과형 자기헤드 및 자기 디스크 장치 |
| CN961094095A CN1065062C (zh) | 1995-08-11 | 1996-08-09 | 自旋阀磁致电阻效应磁头及磁盘驱动器 |
| US08/850,796 US5896252A (en) | 1995-08-11 | 1997-05-02 | Multilayer spin valve magneto-resistive effect magnetic head with free magnetic layer including two sublayers and magnetic disk drive including same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20560195A JP3362818B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | スピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ及び磁気記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0954916A JPH0954916A (ja) | 1997-02-25 |
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ID=16509579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20560195A Expired - Fee Related JP3362818B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | スピンバルブ磁気抵抗効果型トランスジューサ及び磁気記録装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0758783B1 (ja) |
| JP (1) | JP3362818B2 (ja) |
| KR (1) | KR100284779B1 (ja) |
| CN (1) | CN1065062C (ja) |
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| US6195240B1 (en) * | 1998-07-31 | 2001-02-27 | International Business Machines Corporation | Spin valve head with diffusion barrier |
| JP2000057527A (ja) * | 1998-08-04 | 2000-02-25 | Alps Electric Co Ltd | スピンバルブ型薄膜素子 |
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| KR100553489B1 (ko) | 1999-07-05 | 2006-02-20 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 스핀 밸브 자기 저항 효과 헤드 및 이것을 사용한 복합형자기 헤드 및 자기 기록 매체 구동 장치 |
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| US6624986B2 (en) | 2001-03-08 | 2003-09-23 | International Business Machines Corporation | Free layer structure for a spin valve sensor with a specular reflecting layer composed of ferromagnetic oxide |
| JP2003309305A (ja) | 2002-04-17 | 2003-10-31 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子 |
| CN100369117C (zh) * | 2002-12-31 | 2008-02-13 | 有研稀土新材料股份有限公司 | 一种氧化物巨磁电阻自旋阀及包含其的设备 |
| CN100392421C (zh) * | 2004-11-10 | 2008-06-04 | 中国科学院物理研究所 | 用于电流过载保护器的开关型磁场传感器 |
| CN106463612A (zh) * | 2014-05-30 | 2017-02-22 | 株式会社村田制作所 | 磁阻元件、磁传感器以及电流传感器 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2656449B2 (ja) * | 1993-09-09 | 1997-09-24 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果ヘッド |
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| US5583725A (en) * | 1994-06-15 | 1996-12-10 | International Business Machines Corporation | Spin valve magnetoresistive sensor with self-pinned laminated layer and magnetic recording system using the sensor |
| US5528440A (en) * | 1994-07-26 | 1996-06-18 | International Business Machines Corporation | Spin valve magnetoresistive element with longitudinal exchange biasing of end regions abutting the free layer, and magnetic recording system using the element |
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- 1995-08-11 JP JP20560195A patent/JP3362818B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
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- 1996-07-10 EP EP96111084A patent/EP0758783B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-10 DE DE69617334T patent/DE69617334T2/de not_active Expired - Fee Related
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