JPH09283816A - 磁界を感知する磁気抵抗センサ - Google Patents
磁界を感知する磁気抵抗センサInfo
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- JPH09283816A JPH09283816A JP8085378A JP8537896A JPH09283816A JP H09283816 A JPH09283816 A JP H09283816A JP 8085378 A JP8085378 A JP 8085378A JP 8537896 A JP8537896 A JP 8537896A JP H09283816 A JPH09283816 A JP H09283816A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気抵抗効果型センサの再生出力を大きく
し、またサーマルアスピリティを除くこと。 【解決手段】 １対のスピン・バルブ構造を絶縁層で分
離した積層構造とし、好ましくは差分情報を検出する。
し、またサーマルアスピリティを除くこと。 【解決手段】 １対のスピン・バルブ構造を絶縁層で分
離した積層構造とし、好ましくは差分情報を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピン・バルブ効
果を利用し、磁界を感知する磁気抵抗（ＭＲ）センサに
関し、更に詳しくは、電気的に絶縁された一組のスピン
・バルブ素子を有するような磁気センサに関する。
果を利用し、磁界を感知する磁気抵抗（ＭＲ）センサに
関し、更に詳しくは、電気的に絶縁された一組のスピン
・バルブ素子を有するような磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスクドライブに代表される磁
気記録装置の読み取りヘッドとして、巨大磁気抵抗（Ｇ
ＭＲ）効果を利用した磁気センサが、「スピン・バルブ
効果利用の磁気抵抗センサ」（特開平４−３５８３１０
号公報）により開示されている。この磁気センサは、非
磁性金属層によって分離された２つの結合されていない
強磁性体層をそなえ、一方の強磁性体層の磁化が固定さ
れているサンドイッチ構造である。磁化の固定は、鉄−
マンガン合金に代表される反強磁性金属層を一方の強磁
性体層に付着して行う。この構造において、外部磁場が
印加されると、固定されていない強磁性体層の磁化方向
は外部磁場の方向に一致して自由に回転するため、磁化
が固定された強磁性体層の磁化方向と角度差を生じる。
この角度差に依存して、伝導電子のスピンに依存した散
乱が変化し、電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の
変化を検出することによって、外部磁場の状況、すなわ
ち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得するものであ
る。
気記録装置の読み取りヘッドとして、巨大磁気抵抗（Ｇ
ＭＲ）効果を利用した磁気センサが、「スピン・バルブ
効果利用の磁気抵抗センサ」（特開平４−３５８３１０
号公報）により開示されている。この磁気センサは、非
磁性金属層によって分離された２つの結合されていない
強磁性体層をそなえ、一方の強磁性体層の磁化が固定さ
れているサンドイッチ構造である。磁化の固定は、鉄−
マンガン合金に代表される反強磁性金属層を一方の強磁
性体層に付着して行う。この構造において、外部磁場が
印加されると、固定されていない強磁性体層の磁化方向
は外部磁場の方向に一致して自由に回転するため、磁化
が固定された強磁性体層の磁化方向と角度差を生じる。
この角度差に依存して、伝導電子のスピンに依存した散
乱が変化し、電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の
変化を検出することによって、外部磁場の状況、すなわ
ち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得するものであ
る。
【０００３】このスピン・バルブ磁気抵抗センサの抵抗
変化は、約５％程度であるが、磁気記録密度の高密度化
に伴う読み取りエラー防止のため、更に磁気抵抗変化の
大きい磁気抵抗センサが要求されている。また、磁気ヘ
ッドは磁気記録媒体の突起や塵埃等のために磁気ヘッド
と媒体とが直接あるいは間接に接触することがあり、接
触点では摩擦熱により、急激な温度上昇が生じる。この
温度変化によりＭＲ素子の抵抗変化が生じ、出力変動が
生じることが知られている。この出力変動はサーマルア
スピリティ（ｔｈｅｒｍａｌ ａｓｐｅｒｉｔｙ）また
は、サーマルノイズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｎｏｉｓｅ）と
呼ばれ、このサーマルアスピリティを除く従来技術とし
て、特開平２−１５４３１０公報等に記載されたものが
ある。これは、ＭＲ素子を２つ設け、２つのＭＲ素子を
差動型にし、差動検出することにより、サーマルアスピ
リティをキャンセルする方法である。
変化は、約５％程度であるが、磁気記録密度の高密度化
に伴う読み取りエラー防止のため、更に磁気抵抗変化の
大きい磁気抵抗センサが要求されている。また、磁気ヘ
ッドは磁気記録媒体の突起や塵埃等のために磁気ヘッド
と媒体とが直接あるいは間接に接触することがあり、接
触点では摩擦熱により、急激な温度上昇が生じる。この
温度変化によりＭＲ素子の抵抗変化が生じ、出力変動が
生じることが知られている。この出力変動はサーマルア
スピリティ（ｔｈｅｒｍａｌ ａｓｐｅｒｉｔｙ）また
は、サーマルノイズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｎｏｉｓｅ）と
呼ばれ、このサーマルアスピリティを除く従来技術とし
て、特開平２−１５４３１０公報等に記載されたものが
ある。これは、ＭＲ素子を２つ設け、２つのＭＲ素子を
差動型にし、差動検出することにより、サーマルアスピ
リティをキャンセルする方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】スピン・バルブ磁気抵
抗センサを差動型とすることにより、約２倍の出力向上
及びサーマルアスピリティのキャンセルが望めるが、従
来技術に記載されている方法では、ＭＲ素子２つ分のト
ラック幅が必要になるため、高記録密度化に伴う狭トラ
ック化に対応できない。本発明は、スピン・バルブ磁気
抵抗センサを積層型検出機構とすることによって、再生
出力が大きく、かつサーマルアスピリティを除くことが
可能な磁気抵抗効果型ヘッドを提供することにある。
抗センサを差動型とすることにより、約２倍の出力向上
及びサーマルアスピリティのキャンセルが望めるが、従
来技術に記載されている方法では、ＭＲ素子２つ分のト
ラック幅が必要になるため、高記録密度化に伴う狭トラ
ック化に対応できない。本発明は、スピン・バルブ磁気
抵抗センサを積層型検出機構とすることによって、再生
出力が大きく、かつサーマルアスピリティを除くことが
可能な磁気抵抗効果型ヘッドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、１対のスピン・バルブ構造を絶縁層で分
離した積層構造の磁気抵抗センサとするものである。す
なわち、本発明は、非磁性スペーサ層を介して互いに分
離された、第１及び第２の強磁性体薄膜を備え、印加磁
場ゼロのとき、前記第１の強磁性体層の磁化方向と前記
第２の強磁性体層に隣接する第１の反強磁性体の薄膜層
（交換バイアス層）により固定された前記第２の強磁性
体層の磁化方向が直交する方向であり、外部磁場によ
り、前記強磁性体の各々の層の磁化の回転の差によって
生じる電気抵抗変化を検知する手段を有する、第１のス
ピン・バルブ（Ｓｐｉｎ Ｖａｌｖｅ）構造と、非磁性
スペーサ層を介して互いに分離された、第３及び第４の
強磁性体薄膜を備え、印加磁場ゼロのとき、前記第３の
強磁性体層の磁化方向と前記第４の強磁性体層に隣接す
る第２の反強磁性体の薄膜層（交換バイアス層）により
固定された前記第４の強磁性体層の磁化方向が直交する
方向であり、外部磁場により、前記強磁性体の各々の層
の磁化の回転の差によって生じる電気抵抗変化を検知す
る手段を有する、第２のスピン・バルブ（Ｓｐｉｎ Ｖ
ａｌｖｅ）構造と、前記第１及び第２のスピン・バルブ
構造の間を電気的に絶縁する絶縁層と、各々のスピン・
バルブ構造からの出力を検出する手段とを有することを
特徴とする磁気抵抗センサを提供するものである。
決するために、１対のスピン・バルブ構造を絶縁層で分
離した積層構造の磁気抵抗センサとするものである。す
なわち、本発明は、非磁性スペーサ層を介して互いに分
離された、第１及び第２の強磁性体薄膜を備え、印加磁
場ゼロのとき、前記第１の強磁性体層の磁化方向と前記
第２の強磁性体層に隣接する第１の反強磁性体の薄膜層
（交換バイアス層）により固定された前記第２の強磁性
体層の磁化方向が直交する方向であり、外部磁場によ
り、前記強磁性体の各々の層の磁化の回転の差によって
生じる電気抵抗変化を検知する手段を有する、第１のス
ピン・バルブ（Ｓｐｉｎ Ｖａｌｖｅ）構造と、非磁性
スペーサ層を介して互いに分離された、第３及び第４の
強磁性体薄膜を備え、印加磁場ゼロのとき、前記第３の
強磁性体層の磁化方向と前記第４の強磁性体層に隣接す
る第２の反強磁性体の薄膜層（交換バイアス層）により
固定された前記第４の強磁性体層の磁化方向が直交する
方向であり、外部磁場により、前記強磁性体の各々の層
の磁化の回転の差によって生じる電気抵抗変化を検知す
る手段を有する、第２のスピン・バルブ（Ｓｐｉｎ Ｖ
ａｌｖｅ）構造と、前記第１及び第２のスピン・バルブ
構造の間を電気的に絶縁する絶縁層と、各々のスピン・
バルブ構造からの出力を検出する手段とを有することを
特徴とする磁気抵抗センサを提供するものである。
【０００６】１対のスピン・バルブ構造から加算情報を
得て再生出力を大きくすることもできるが、差分情報を
得るようにすると、再生出力を大きくしながらサーマル
アスピリティを除くことができる。差動型出力機構を構
成するには、各々のスピン・バルブ構成において固定強
磁性体層の磁化方向が１８０度となることが必要であ
る。これは、以下に記す２種類の方法により実現され
る。
得て再生出力を大きくすることもできるが、差分情報を
得るようにすると、再生出力を大きくしながらサーマル
アスピリティを除くことができる。差動型出力機構を構
成するには、各々のスピン・バルブ構成において固定強
磁性体層の磁化方向が１８０度となることが必要であ
る。これは、以下に記す２種類の方法により実現され
る。
【０００７】第一の方法として、強磁性体層の磁化方向
を固定する交換バイアス層に、各々のスピン・バルブ構
成において、ブロッキング温度の異なる材料を用いるこ
とにより、交換バイアス方向を独立に設定することが出
来る。例えば、鉄−マンガンとニッケル−マンガンの場
合、鉄−マンガンのブロッキング温度は約２２０℃であ
り、ニッケル−マンガンのブロッキング温度は３００℃
以上である。従って、まず、ニッケル−マンガン層の交
換バイアス方向を高温で設定した後、鉄−マンガンのブ
ロッキング温度よりも少し高い温度、例えば２３０℃で
鉄−マンガンの交換バイアス方向を直流磁場中で設定す
ることにより、各々の交換バイアス方向を独立（位相差
１８０度）に設定することが出来る。
を固定する交換バイアス層に、各々のスピン・バルブ構
成において、ブロッキング温度の異なる材料を用いるこ
とにより、交換バイアス方向を独立に設定することが出
来る。例えば、鉄−マンガンとニッケル−マンガンの場
合、鉄−マンガンのブロッキング温度は約２２０℃であ
り、ニッケル−マンガンのブロッキング温度は３００℃
以上である。従って、まず、ニッケル−マンガン層の交
換バイアス方向を高温で設定した後、鉄−マンガンのブ
ロッキング温度よりも少し高い温度、例えば２３０℃で
鉄−マンガンの交換バイアス方向を直流磁場中で設定す
ることにより、各々の交換バイアス方向を独立（位相差
１８０度）に設定することが出来る。
【０００８】第二の方法として、交換バイアス層により
磁化方向が固定される強磁性体層と交換バイアス層との
間に、非磁性金属薄膜からなる反強磁性的結合膜を介し
た第５の強磁性体層を付与する。強磁性体／非磁性金属
／強磁性体から構成される積層構造は、多層膜ＧＭＲ材
料に見られるように、非磁性金属層（反強磁性的結合
膜）を適当な厚さとする事により、隣接する２つの強磁
性体層の磁化方向が反平行状態となることが知られてい
る。この好ましい実施例としては、Ｆｅ２nm／Ｃｒ１．
３nm／Ｆｅ２nm，Ｃｏ２nm／Ｃｕ０．７nm／Ｃｏ２nm等
の構成で大きな反強磁性結合が得られている。このた
め、反強磁性材料からなる交換バイアス層に隣接する固
定強磁性体層を前述の反強磁性的積層構造とする事によ
り、本来の磁化固定方向から反平行（位相差１８０度）
に磁化方向が固定された強磁性体層を得ることが可能と
なる。したがって、一方のスピン・バルブ構成の固定強
磁性体層を反強磁性的積層構造とする事により、一度の
交換バイアス化処理（直流磁場中熱処理）により位相差
が１８０度の１組のスピン・バルブ磁気抵抗センサが得
られる。
磁化方向が固定される強磁性体層と交換バイアス層との
間に、非磁性金属薄膜からなる反強磁性的結合膜を介し
た第５の強磁性体層を付与する。強磁性体／非磁性金属
／強磁性体から構成される積層構造は、多層膜ＧＭＲ材
料に見られるように、非磁性金属層（反強磁性的結合
膜）を適当な厚さとする事により、隣接する２つの強磁
性体層の磁化方向が反平行状態となることが知られてい
る。この好ましい実施例としては、Ｆｅ２nm／Ｃｒ１．
３nm／Ｆｅ２nm，Ｃｏ２nm／Ｃｕ０．７nm／Ｃｏ２nm等
の構成で大きな反強磁性結合が得られている。このた
め、反強磁性材料からなる交換バイアス層に隣接する固
定強磁性体層を前述の反強磁性的積層構造とする事によ
り、本来の磁化固定方向から反平行（位相差１８０度）
に磁化方向が固定された強磁性体層を得ることが可能と
なる。したがって、一方のスピン・バルブ構成の固定強
磁性体層を反強磁性的積層構造とする事により、一度の
交換バイアス化処理（直流磁場中熱処理）により位相差
が１８０度の１組のスピン・バルブ磁気抵抗センサが得
られる。
【０００９】上述の様にして構成される積層型スピン・
バルブ磁気抵抗センサにおいて、絶縁層によって隔てら
れてた各々のスピン・バルブ構造からの出力信号は、外
部磁場に対して、逆位相の出力信号となる。すなわち、
第１のスピン・バルブ構造において、交換バイアス方向
を磁気記録媒体面に対して鉛直上向き方向とした場合、
第２のスピン・バルブ構造の交換バイアス方向は磁気記
録媒体面に対して鉛直下向き方向となる。このため、印
加磁場ゼロの時に、どちらの固定強磁性体層の磁化方向
とも９０度の角度をなし、同一方向に磁化されたそれぞ
れの自由強磁性体層に磁気記録媒体面に対して鉛直上向
きの信号磁界が作用した場合、第１のスピン・バルブ構
造では、自由強磁性体層の磁化方向が磁気記録媒体面に
対して鉛直上向き方向、すなわち固定強磁性体層の磁化
方向に揃う方向に回転するため、電気抵抗が減少する方
向に変化する。第２のスピン・バルブ構造においては、
逆に固定強磁性体層の磁化方向と反平行に揃う方向に回
転するため、電気抵抗が増加する方向に変化する。これ
らの出力を独立に検出し、差分増幅回路を用いて再生す
る事により、差動型スピン・バルブ磁気抵抗センサを構
成することが可能となる。
バルブ磁気抵抗センサにおいて、絶縁層によって隔てら
れてた各々のスピン・バルブ構造からの出力信号は、外
部磁場に対して、逆位相の出力信号となる。すなわち、
第１のスピン・バルブ構造において、交換バイアス方向
を磁気記録媒体面に対して鉛直上向き方向とした場合、
第２のスピン・バルブ構造の交換バイアス方向は磁気記
録媒体面に対して鉛直下向き方向となる。このため、印
加磁場ゼロの時に、どちらの固定強磁性体層の磁化方向
とも９０度の角度をなし、同一方向に磁化されたそれぞ
れの自由強磁性体層に磁気記録媒体面に対して鉛直上向
きの信号磁界が作用した場合、第１のスピン・バルブ構
造では、自由強磁性体層の磁化方向が磁気記録媒体面に
対して鉛直上向き方向、すなわち固定強磁性体層の磁化
方向に揃う方向に回転するため、電気抵抗が減少する方
向に変化する。第２のスピン・バルブ構造においては、
逆に固定強磁性体層の磁化方向と反平行に揃う方向に回
転するため、電気抵抗が増加する方向に変化する。これ
らの出力を独立に検出し、差分増幅回路を用いて再生す
る事により、差動型スピン・バルブ磁気抵抗センサを構
成することが可能となる。
【００１０】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドを用いるこ
とにより、再生出力が大きく、かつサーマルアスピリテ
ィを除くことが可能となる。
とにより、再生出力が大きく、かつサーマルアスピリテ
ィを除くことが可能となる。
【００１１】
実施例１ 図１に本実施例の構成を示す。１は、Ａｌ2 Ｏ3 絶縁膜
であり、このＡｌ2 Ｏ 3 絶縁膜を挟んで一対のスピン・
バルブ構造２，３が積層されている。スピン・バルブ構
造２，３において、どちらもＮｉ81Ｆｅ19磁性膜４，５
間にＣｕスペーサ層６を介在させた積層構造であるが、
スピン・バルブ構造２ではＮｉ50Ｍｎ50交換バイアス膜
７、スピン・バルブ構造３ではＦｅ50Ｍｎ50交換バイア
ス膜８を積層している。磁性膜４，５は、Ｎｉ，Ｆｅ，
Ｃｏ及びこれらの合金から成る一種以上の磁性金属膜を
用いることも可能である。スペーサ層６は、Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｃｕ及びこれらの合金から成る非磁性金属群から選
ばれる金属膜を用いることも可能である。また、スピン
・バルブ構造２，３において、異なる磁性膜及びスペー
サ層を用いても同様の効果がある。
であり、このＡｌ2 Ｏ 3 絶縁膜を挟んで一対のスピン・
バルブ構造２，３が積層されている。スピン・バルブ構
造２，３において、どちらもＮｉ81Ｆｅ19磁性膜４，５
間にＣｕスペーサ層６を介在させた積層構造であるが、
スピン・バルブ構造２ではＮｉ50Ｍｎ50交換バイアス膜
７、スピン・バルブ構造３ではＦｅ50Ｍｎ50交換バイア
ス膜８を積層している。磁性膜４，５は、Ｎｉ，Ｆｅ，
Ｃｏ及びこれらの合金から成る一種以上の磁性金属膜を
用いることも可能である。スペーサ層６は、Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｃｕ及びこれらの合金から成る非磁性金属群から選
ばれる金属膜を用いることも可能である。また、スピン
・バルブ構造２，３において、異なる磁性膜及びスペー
サ層を用いても同様の効果がある。
【００１２】絶縁膜１９を介して一対の電極９を形成し
た基板２０上にＮｉ50Ｍｎ50反強磁性膜７を１０nm，Ｎ
ｉ81Ｆｅ19磁性膜５を４nm，Ｃｕスペーサ層６を２nm，
Ｎｉ 81Ｆｅ19磁性膜４を１０nm，Ａｌ2 Ｏ3 絶縁膜１を
２０nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜４′を１０nm，Ｃｕスペー
サ層６′を２nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜５′を４nm，Ｆｅ
50Ｍｎ50反強磁性膜８を１０nmを積層し、その上に再び
一対の電極９を形成した。この積層膜の形成方法として
は、スパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法等の
いずれの方法を用いることも可能である。また、素子化
に際しては、通常のフォトリソグラフィー技術を用いた
イオンミリング等の工程を利用することができる。
た基板２０上にＮｉ50Ｍｎ50反強磁性膜７を１０nm，Ｎ
ｉ81Ｆｅ19磁性膜５を４nm，Ｃｕスペーサ層６を２nm，
Ｎｉ 81Ｆｅ19磁性膜４を１０nm，Ａｌ2 Ｏ3 絶縁膜１を
２０nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜４′を１０nm，Ｃｕスペー
サ層６′を２nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜５′を４nm，Ｆｅ
50Ｍｎ50反強磁性膜８を１０nmを積層し、その上に再び
一対の電極９を形成した。この積層膜の形成方法として
は、スパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法等の
いずれの方法を用いることも可能である。また、素子化
に際しては、通常のフォトリソグラフィー技術を用いた
イオンミリング等の工程を利用することができる。
【００１３】図２に示すように、センス電流ＩS はトラ
ック幅方向に流れ、磁気記録媒体１０からの信号磁界Ｈ
SIG は積層膜界面に平行でかつセンス電流ＩS と垂直な
方向から入る。図２中、Ｖは媒体移動方向３０はリード
である。Ｎｉ50Ｍｎ50交換バイアス膜７，Ｆｅ50Ｍｎ50
交換バイアス膜８には、反平行の磁気異方性Ｍ１，Ｍ２
が付与されており、これにより、交換バイアス膜７，８
に各々隣接する磁性膜５，５′の磁化方向は互いに反平
行のＭ３，Ｍ４の方向に固着される。Ｃｕスペーサ層
６，６′を各々挟んで積層された磁性膜４，４′の磁化
方向は外部磁場ゼロのときに、センス電流ＩS 方向に磁
化容易軸Ｍ５が設定されている。
ック幅方向に流れ、磁気記録媒体１０からの信号磁界Ｈ
SIG は積層膜界面に平行でかつセンス電流ＩS と垂直な
方向から入る。図２中、Ｖは媒体移動方向３０はリード
である。Ｎｉ50Ｍｎ50交換バイアス膜７，Ｆｅ50Ｍｎ50
交換バイアス膜８には、反平行の磁気異方性Ｍ１，Ｍ２
が付与されており、これにより、交換バイアス膜７，８
に各々隣接する磁性膜５，５′の磁化方向は互いに反平
行のＭ３，Ｍ４の方向に固着される。Ｃｕスペーサ層
６，６′を各々挟んで積層された磁性膜４，４′の磁化
方向は外部磁場ゼロのときに、センス電流ＩS 方向に磁
化容易軸Ｍ５が設定されている。
【００１４】この磁気抵抗センサに磁気記録媒体１０か
ら垂直方向の信号磁界ＨSIG が入った場合、磁性膜５，
５′の磁化方向Ｍ３，Ｍ４は各々交換バイアス膜７，８
によって固着されるため変化しないが、磁性膜４，４′
の磁化方向は、信号磁界ＨSI G の向きによって磁性膜
４，４′面内で回転する。上向の信号磁界ＨSIG の場
合、磁性膜４面内ではＭ３方向に近くなり、磁性膜４′
面内ではＭ４方向に対し、反対方向に近くなるように回
転する。Ｍ３とＭ5 2は同方向に近いのでスピンバルブ２
の抵抗値ｒ2は低くなる。Ｍ４とＭ5 3は反対方向に近い
ので、スピンバルブ３の抵抗値ｒ3は大きくなる。下向
の信号磁界ＨSIG の場合、磁性膜４面内ではＭ３方向に
対し反対方向に近くなり、磁性膜４′面内ではＭ４方向
に近くなる様に回転する。Ｍ３とＭ5 2は反対方向に近い
のでスピンバルブ２の抵抗値ｒ2は大きくなる。Ｍ４と
Ｍ5 3は同方向に近いので、スピンバルブ３の抵抗値ｒ3
は小さくなる。この時の、スピン・バルブ構造２，３の
各々の抵抗値ｒ2，ｒ3の信号磁界ＨSIG 依存性を図３に
示す。同一信号磁界ＨSIG に対して、対称的な電気抵抗
変化を示すことから、スピン・バルブ構造２，３の出力
信号を独立に検出することによって、差動型磁気抵抗セ
ンサとして動作する。
ら垂直方向の信号磁界ＨSIG が入った場合、磁性膜５，
５′の磁化方向Ｍ３，Ｍ４は各々交換バイアス膜７，８
によって固着されるため変化しないが、磁性膜４，４′
の磁化方向は、信号磁界ＨSI G の向きによって磁性膜
４，４′面内で回転する。上向の信号磁界ＨSIG の場
合、磁性膜４面内ではＭ３方向に近くなり、磁性膜４′
面内ではＭ４方向に対し、反対方向に近くなるように回
転する。Ｍ３とＭ5 2は同方向に近いのでスピンバルブ２
の抵抗値ｒ2は低くなる。Ｍ４とＭ5 3は反対方向に近い
ので、スピンバルブ３の抵抗値ｒ3は大きくなる。下向
の信号磁界ＨSIG の場合、磁性膜４面内ではＭ３方向に
対し反対方向に近くなり、磁性膜４′面内ではＭ４方向
に近くなる様に回転する。Ｍ３とＭ5 2は反対方向に近い
のでスピンバルブ２の抵抗値ｒ2は大きくなる。Ｍ４と
Ｍ5 3は同方向に近いので、スピンバルブ３の抵抗値ｒ3
は小さくなる。この時の、スピン・バルブ構造２，３の
各々の抵抗値ｒ2，ｒ3の信号磁界ＨSIG 依存性を図３に
示す。同一信号磁界ＨSIG に対して、対称的な電気抵抗
変化を示すことから、スピン・バルブ構造２，３の出力
信号を独立に検出することによって、差動型磁気抵抗セ
ンサとして動作する。
【００１５】実施例２ 図４に別の実施例の構成を示す。１は、Ａｌ2 Ｏ3 絶縁
膜であり、このＡｌ2Ｏ3 絶縁膜を挟んで一対のスピン
・バルブ構造２，３が積層されている。スピン・バルブ
構造２，３において、どちらもＮｉ81Ｆｅ19磁性膜４，
５間にＣｕスペーサ層６を介在させた積層構造であり、
Ｎｉ50Ｍｎ50交換バイアス膜７，８を積層している。な
お、スピン・バルブ構造３では、磁性層５はＣｕ反強磁
性的結合膜１２、磁性膜１１を介して交換バイアス層８
と積層されている。この時、交換バイアス膜７，８は同
一の反強磁性材料を用いることが可能である。その他の
磁性４，５及び非磁性層６の構成は実施例１に準ずる。
膜であり、このＡｌ2Ｏ3 絶縁膜を挟んで一対のスピン
・バルブ構造２，３が積層されている。スピン・バルブ
構造２，３において、どちらもＮｉ81Ｆｅ19磁性膜４，
５間にＣｕスペーサ層６を介在させた積層構造であり、
Ｎｉ50Ｍｎ50交換バイアス膜７，８を積層している。な
お、スピン・バルブ構造３では、磁性層５はＣｕ反強磁
性的結合膜１２、磁性膜１１を介して交換バイアス層８
と積層されている。この時、交換バイアス膜７，８は同
一の反強磁性材料を用いることが可能である。その他の
磁性４，５及び非磁性層６の構成は実施例１に準ずる。
【００１６】絶縁膜１９を介して一対の電極９を形成し
た基板２０上にＮｉ50Ｍｎ50反強磁性膜７を１０nm，Ｎ
ｉ81Ｆｅ19磁性膜５を４nm，Ｃｕスペーサ層６を２nm，
Ｎｉ 81Ｆｅ19磁性膜４を１０nm，Ａｌ2 Ｏ3 絶縁膜１を
２０nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜４′を１０nm，Ｃｕスペー
サ層６′を２nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜５′を４nm，Ｃｕ
反強磁性的結合膜１２を１nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜１１
を２nm，Ｎｉ50Ｍｎ50反強磁性膜８を１０nmを積層し、
その上に再び一対の電極９を形成した。
た基板２０上にＮｉ50Ｍｎ50反強磁性膜７を１０nm，Ｎ
ｉ81Ｆｅ19磁性膜５を４nm，Ｃｕスペーサ層６を２nm，
Ｎｉ 81Ｆｅ19磁性膜４を１０nm，Ａｌ2 Ｏ3 絶縁膜１を
２０nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜４′を１０nm，Ｃｕスペー
サ層６′を２nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜５′を４nm，Ｃｕ
反強磁性的結合膜１２を１nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜１１
を２nm，Ｎｉ50Ｍｎ50反強磁性膜８を１０nmを積層し、
その上に再び一対の電極９を形成した。
【００１７】図５に示すように、センス電流ＩS はトラ
ック幅方向に流れ、磁気記録媒体１０からの信号磁界Ｈ
SIG は積層膜界面に平行でかつセンス電流ＩS と垂直な
方向から入る。交換バイアス層７，８には、同一方向の
磁気異方性Ｍ１，Ｍ２が付与されており、これにより、
交換バイアス層７，８に隣接する磁性膜５，１１の磁化
方向は同一方向のＭ３，Ｍ６の方向に固着される。この
時、スピン・バルブ構造３では、Ｃｕ反強磁性的結合膜
１２を介して、磁性膜５′，１１に強い反強磁性結合が
生じるため磁性膜５′の磁化方向は、磁性膜１１の磁化
方向Ｍ６、すなわち交換バイアス層８の磁化方向Ｍ２と
反平行のＭ４方向に固着される。Ｃｕスペーサ層６，
６′を挟んで積層された磁性膜４，４′の磁化方向は外
部磁場ゼロのときに、センス電流ＩS 方向に磁化容易軸
Ｍ５が設定されている。
ック幅方向に流れ、磁気記録媒体１０からの信号磁界Ｈ
SIG は積層膜界面に平行でかつセンス電流ＩS と垂直な
方向から入る。交換バイアス層７，８には、同一方向の
磁気異方性Ｍ１，Ｍ２が付与されており、これにより、
交換バイアス層７，８に隣接する磁性膜５，１１の磁化
方向は同一方向のＭ３，Ｍ６の方向に固着される。この
時、スピン・バルブ構造３では、Ｃｕ反強磁性的結合膜
１２を介して、磁性膜５′，１１に強い反強磁性結合が
生じるため磁性膜５′の磁化方向は、磁性膜１１の磁化
方向Ｍ６、すなわち交換バイアス層８の磁化方向Ｍ２と
反平行のＭ４方向に固着される。Ｃｕスペーサ層６，
６′を挟んで積層された磁性膜４，４′の磁化方向は外
部磁場ゼロのときに、センス電流ＩS 方向に磁化容易軸
Ｍ５が設定されている。
【００１８】この磁気抵抗センサに磁気記録媒体１０か
ら垂直方向の信号磁界ＨSIG が入った場合、磁性膜５，
５′の磁化方向は交換バイアス層７，８によって固着さ
れるため変化しないが、磁性膜４，４′の磁化方向は、
信号磁界ＨSIG の向きによって磁性膜４，４′面内で磁
化方向Ｍ５と信号磁界ＨSIG の合成により回転する。こ
の時の、スピン・バルブ構造２，３の各々の抵抗値
ｒ2，ｒ3の信号磁界ＨSIG依存性は前述の図３のように
同一信号磁界ＨSIG に対して、対称的な電気抵抗変化を
示すことから、スピン・バルブ構造２，３の出力信号を
独立に検出することによって、差動型磁気抵抗センサと
して動作する。
ら垂直方向の信号磁界ＨSIG が入った場合、磁性膜５，
５′の磁化方向は交換バイアス層７，８によって固着さ
れるため変化しないが、磁性膜４，４′の磁化方向は、
信号磁界ＨSIG の向きによって磁性膜４，４′面内で磁
化方向Ｍ５と信号磁界ＨSIG の合成により回転する。こ
の時の、スピン・バルブ構造２，３の各々の抵抗値
ｒ2，ｒ3の信号磁界ＨSIG依存性は前述の図３のように
同一信号磁界ＨSIG に対して、対称的な電気抵抗変化を
示すことから、スピン・バルブ構造２，３の出力信号を
独立に検出することによって、差動型磁気抵抗センサと
して動作する。
【００１９】実施例３ 図６に別の実施例の構成を示す。６１は、ＮｉＯ絶縁性
交換バイアス膜であり、このＮｉＯ絶縁***換バイアス
膜６１を挟んで一組のスピン・バルブ構造２，３が積層
されている。スピン・バルブ構造２，３において、どち
らもＮｉ81Ｆｅ 19磁性膜４，５間にＣｕスペーサ層６を
介在させた積層構造である。実施例３では、実施例１，
２で用いられたＮｉＭｎ又はＦｅＭｎ交換バイアス膜
７，８に代えて絶縁***換バイアス膜６１を用いること
が、特長となっている。なお、スピン・バルブ構造３で
は、磁性層５′はＣｕ反強磁性的結合膜１２、磁性膜１
１を介してＮｉＯ絶縁***換バイアス膜６１と積層され
ている。その他の磁性及び非磁性層の構成は実施例１に
準ずる。
交換バイアス膜であり、このＮｉＯ絶縁***換バイアス
膜６１を挟んで一組のスピン・バルブ構造２，３が積層
されている。スピン・バルブ構造２，３において、どち
らもＮｉ81Ｆｅ 19磁性膜４，５間にＣｕスペーサ層６を
介在させた積層構造である。実施例３では、実施例１，
２で用いられたＮｉＭｎ又はＦｅＭｎ交換バイアス膜
７，８に代えて絶縁***換バイアス膜６１を用いること
が、特長となっている。なお、スピン・バルブ構造３で
は、磁性層５′はＣｕ反強磁性的結合膜１２、磁性膜１
１を介してＮｉＯ絶縁***換バイアス膜６１と積層され
ている。その他の磁性及び非磁性層の構成は実施例１に
準ずる。
【００２０】絶縁膜１９を介して一対の電極９を形成し
た基板２０上にＮｉ81Ｆｅ19磁性膜４を１０nm，Ｃｕス
ペーサ層６を２nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜５を４nm，Ｎｉ
Ｏ絶縁***換バイアス膜６１を２０nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁
性膜１１を２nm，Ｃｕ反強磁性的結合膜１２を１nm，Ｎ
ｉ81Ｆｅ19磁性膜５′を４nm，Ｃｕスペーサ層６′を２
nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜４′を１０nmを積層し、その上
に再び一対の電極９′を形成した。
た基板２０上にＮｉ81Ｆｅ19磁性膜４を１０nm，Ｃｕス
ペーサ層６を２nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜５を４nm，Ｎｉ
Ｏ絶縁***換バイアス膜６１を２０nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁
性膜１１を２nm，Ｃｕ反強磁性的結合膜１２を１nm，Ｎ
ｉ81Ｆｅ19磁性膜５′を４nm，Ｃｕスペーサ層６′を２
nm，Ｎｉ81Ｆｅ19磁性膜４′を１０nmを積層し、その上
に再び一対の電極９′を形成した。
【００２１】図７に示すように、センス電流ＩS はトラ
ック幅方向に流れ、磁気記録媒体１０からの信号磁界Ｈ
SIG は積層膜界面に平行でかつセンス電流ＩS と垂直な
方向から入る。ＮｉＯ絶縁***換バイアス層６１には、
磁気異方性Ｍ１が付与されており、これにより、絶縁性
交換バイアス層６１に隣接する磁性膜５，１１の磁化方
向は同一方向のＭ３，Ｍ６の方向に固着される。この
時、スピン・バルブ構造３では、Ｃｕ反強磁性的結合膜
１２を介して、磁性膜５′，１１に強い反強磁性結合が
生じるため磁性膜５の磁化方向は、磁性膜１１の磁化方
向Ｍ６、すなわちＮｉＯ絶縁***換バイアス層６１の磁
化方向Ｍ１と反平行のＭ４方向に固着される。Ｃｕスペ
ーサ層６，６′を挟んで積層された磁性膜４，４′の磁
化方向は外部磁場ゼロのときに、センス電流ＩS 方向に
磁化容易軸Ｍ５が設定されている。
ック幅方向に流れ、磁気記録媒体１０からの信号磁界Ｈ
SIG は積層膜界面に平行でかつセンス電流ＩS と垂直な
方向から入る。ＮｉＯ絶縁***換バイアス層６１には、
磁気異方性Ｍ１が付与されており、これにより、絶縁性
交換バイアス層６１に隣接する磁性膜５，１１の磁化方
向は同一方向のＭ３，Ｍ６の方向に固着される。この
時、スピン・バルブ構造３では、Ｃｕ反強磁性的結合膜
１２を介して、磁性膜５′，１１に強い反強磁性結合が
生じるため磁性膜５の磁化方向は、磁性膜１１の磁化方
向Ｍ６、すなわちＮｉＯ絶縁***換バイアス層６１の磁
化方向Ｍ１と反平行のＭ４方向に固着される。Ｃｕスペ
ーサ層６，６′を挟んで積層された磁性膜４，４′の磁
化方向は外部磁場ゼロのときに、センス電流ＩS 方向に
磁化容易軸Ｍ５が設定されている。
【００２２】この磁気抵抗センサに磁気記録媒体１０か
ら垂直方向の信号磁界ＨSIG が入った場合、磁性膜５，
１１の磁化方向はＮｉＯ絶縁***換バイアス層６１によ
って固着されるため変化しないが、磁性膜４，４′の磁
化方向は、信号磁界ＨSIG の向きによって磁性膜４，
４′面内で回転する。この時の、スピン・バルブ構造
２，３の抵抗値ｒ2，ｒ3の信号磁界ＨSIG 依存性は前述
の図３のように同一信号磁界ＨSIG に対して、対称的な
電気抵抗変化を示すことから、スピン・バルブ構造２，
３の出力信号を独立に検出することによって、差動型磁
気抵抗センサとして動作する。尚、表１、表２、表３
に、実施例１，２，３各々の場合の、抵抗値ｒ 2，ｒ3の
変化の補足説明を示す。
ら垂直方向の信号磁界ＨSIG が入った場合、磁性膜５，
１１の磁化方向はＮｉＯ絶縁***換バイアス層６１によ
って固着されるため変化しないが、磁性膜４，４′の磁
化方向は、信号磁界ＨSIG の向きによって磁性膜４，
４′面内で回転する。この時の、スピン・バルブ構造
２，３の抵抗値ｒ2，ｒ3の信号磁界ＨSIG 依存性は前述
の図３のように同一信号磁界ＨSIG に対して、対称的な
電気抵抗変化を示すことから、スピン・バルブ構造２，
３の出力信号を独立に検出することによって、差動型磁
気抵抗センサとして動作する。尚、表１、表２、表３
に、実施例１，２，３各々の場合の、抵抗値ｒ 2，ｒ3の
変化の補足説明を示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明の磁気抵抗
センサを用いることにより、再生出力が大きく、かつサ
ーマルアスピリティを除く磁気抵抗効果型ヘッドを提供
することが可能となる。
センサを用いることにより、再生出力が大きく、かつサ
ーマルアスピリティを除く磁気抵抗効果型ヘッドを提供
することが可能となる。
【図１】実施例１のセンサの模式断面図。
【図２】実施例１のセンサの展開図。
【図３】実施例１のセンサの出力を示す。
【図４】実施例２のセンサの模式断面図。
【図５】実施例２のセンサの展開図。
【図６】実施例３のセンサの模式断面図。
【図７】実施例３のセンサの展開図。
１…絶縁膜 ２，３…スピン・バルブ構造 ４，５，４′，５′…磁性膜 ６，６′…スペーサ層 ７，８…交換バイアス膜 ９，９′…電極 １１…磁性膜 １２…反強磁性的結合膜 １９…絶縁膜 ２０…基板 ６１…絶縁***換バイアス膜
Claims (9)
- 【請求項１】 非磁性スペーサ層を介して互いに分離さ
れた、第１及び第２の強磁性体薄膜を備え、印加磁場ゼ
ロのとき、前記第１の強磁性体層の磁化方向と前記第２
の強磁性体層に隣接する第１の反強磁性体の薄膜層（交
換バイアス層）により固定された前記第２の強磁性体層
の磁化方向が直交する方向であり、外部磁場により、前
記強磁性体の各々の層の磁化の回転の差によって生じる
電気抵抗変化を検知する手段を有する、第１のスピン・
バルブ（Ｓｐｉｎ Ｖａｌｖｅ）構造と、 非磁性スペーサ層を介して互いに分離された、第３及び
第４の強磁性体薄膜を備え、印加磁場ゼロのとき、前記
第３の強磁性体層の磁化方向と前記第４の強磁性体層に
隣接する第２の反強磁性体の薄膜層（交換バイアス層）
により固定された前記第４の強磁性体層の磁化方向が直
交する方向であり、外部磁場により、前記強磁性体の各
々の層の磁化の回転の差によって生じる電気抵抗変化を
検知する手段を有する、第２のスピン・バルブ（Ｓｐｉ
ｎ Ｖａｌｖｅ）構造と、 前記第１及び第２のスピン・バルブ構造の間を電気的に
絶縁する絶縁層と、 各々のスピン・バルブ構造からの出力を検出する手段と
を有することを特徴とする磁気抵抗センサ。 - 【請求項２】 前記第１のスピン・バルブ構造と前記第
２のスピン・バルブ構造からの出力の差分情報を検出す
る請求項１記載の磁気抵抗センサ。 - 【請求項３】 前記第１及び第２のスピン・バルブ構造
において、交換バイアス層によって固定される前記第２
及び第４の強磁性体層の磁化方向が反平行である請求項
１又は２記載の磁気抵抗センサ。 - 【請求項４】 前記第１及び第２の交換バイアス層が異
なるブロッキング温度を有する請求項３記載の磁気抵抗
センサ。 - 【請求項５】 前記第１及び第２の交換バイアス層が、
鉄−マンガン、ニッケル−マンガン及びパラジウム−マ
ンガンから成る反強磁性規則合金群及びニッケル一酸化
物から選択された異なる２種類の材料から成ることを特
徴とする請求項４記載の磁気抵抗センサ。 - 【請求項６】 前記第１及び第２の交換バイアス層によ
り、磁化方向が固定される前記第２及び第４の強磁性体
層のうち、一方の強磁性体層と交換バイアス層との間
に、非磁性金属薄膜からなる反強磁性的結合膜を介した
第５の強磁性体層を有する請求項３記載の磁気抵抗セン
サ。 - 【請求項７】 前記第１及び第２のスピン・バルブ構造
において、前記第２及び第４の強磁性膜の磁化方向を固
定する第１及び第２の交換バイアス層を兼ねる反強磁性
体からなる前記絶縁層（絶縁***換バイアス層）を有す
る請求項１又は２記載の磁気抵抗センサ。 - 【請求項８】 前記絶縁***換バイアス層がニッケル一
酸化物反強磁性体からなる請求項７記載の磁気抵抗セン
サ。 - 【請求項９】 前記絶縁***換バイアス層により、磁化
方向が固定される前記第２及び第４の強磁性体層のう
ち、一方の強磁性体層と前記絶縁***換バイアス層との
間に、非磁性金属薄膜からなる反強磁性的結合膜を介し
た第５の強磁性体層を有する請求項７記載の磁気抵抗セ
ンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8085378A JPH09283816A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 磁界を感知する磁気抵抗センサ |
| FR9700469A FR2743930B1 (fr) | 1996-01-19 | 1997-01-17 | Capteur magnetique pour lecture de supports d'enregistrement |
| DE19701509A DE19701509C2 (de) | 1996-01-19 | 1997-01-17 | Magnetsensoren |
| US08/785,223 US6124711A (en) | 1996-01-19 | 1997-01-17 | Magnetic sensor using tunnel resistance to detect an external magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8085378A JPH09283816A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 磁界を感知する磁気抵抗センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283816A true JPH09283816A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=13857075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8085378A Withdrawn JPH09283816A (ja) | 1996-01-19 | 1996-04-08 | 磁界を感知する磁気抵抗センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09283816A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502674A (ja) * | 1999-06-18 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 磁気センサ装置の製造方法 |
| JP2003502876A (ja) * | 1999-06-18 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 不可逆特性を持つ磁気システムおよびこの種システムを作成し修理し操作する方法 |
| US6519117B1 (en) * | 1999-12-06 | 2003-02-11 | International Business Machines Corporation | Dual AP pinned GMR head with offset layer |
| WO2009150922A1 (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-17 | 株式会社日立製作所 | 磁気記録再生ヘッド |
| WO2010122919A1 (ja) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
| WO2010137606A1 (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
-
1996
- 1996-04-08 JP JP8085378A patent/JPH09283816A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502674A (ja) * | 1999-06-18 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 磁気センサ装置の製造方法 |
| JP2003502876A (ja) * | 1999-06-18 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 不可逆特性を持つ磁気システムおよびこの種システムを作成し修理し操作する方法 |
| US6519117B1 (en) * | 1999-12-06 | 2003-02-11 | International Business Machines Corporation | Dual AP pinned GMR head with offset layer |
| WO2009150922A1 (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-17 | 株式会社日立製作所 | 磁気記録再生ヘッド |
| JP2009301598A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Hitachi Ltd | 磁気記録再生ヘッド |
| WO2010122919A1 (ja) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
| JP5223001B2 (ja) * | 2009-04-22 | 2013-06-26 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
| WO2010137606A1 (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030701 |