JPH0992907A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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- JPH0992907A JPH0992907A JP7269129A JP26912995A JPH0992907A JP H0992907 A JPH0992907 A JP H0992907A JP 7269129 A JP7269129 A JP 7269129A JP 26912995 A JP26912995 A JP 26912995A JP H0992907 A JPH0992907 A JP H0992907A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子における
静磁界と電流磁界とを相殺することができず、バルクハ
ウゼンノイズが発生する。 【解決手段】 第１の強磁性層１、導電性の中間層２、
第２の強磁性層３、この第２の強磁性層３の磁化を固定
するための反強磁性層４を備え、スピンバルブ効果を用
いた磁気抵抗効果素子を構成し、かつ第２の強磁性層３
の磁化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の
強磁性層１の磁化が第２の強磁性層３の磁化と９０度の
角度をなすようにする。静磁界と電流磁界とを逆方向の
磁界として相殺させることで、線形応答を得るととも
に、バルクハウゼンノイズを防止する。
静磁界と電流磁界とを相殺することができず、バルクハ
ウゼンノイズが発生する。 【解決手段】 第１の強磁性層１、導電性の中間層２、
第２の強磁性層３、この第２の強磁性層３の磁化を固定
するための反強磁性層４を備え、スピンバルブ効果を用
いた磁気抵抗効果素子を構成し、かつ第２の強磁性層３
の磁化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の
強磁性層１の磁化が第２の強磁性層３の磁化と９０度の
角度をなすようにする。静磁界と電流磁界とを逆方向の
磁界として相殺させることで、線形応答を得るととも
に、バルクハウゼンノイズを防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気ヘッド、磁気セ
ンサ等に用いられる磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子
と称する）に関し、特にスピンバルブ効果（以下、ＳＶ
効果と称する）を利用したＭＲ素子に関する。
ンサ等に用いられる磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子
と称する）に関し、特にスピンバルブ効果（以下、ＳＶ
効果と称する）を利用したＭＲ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果を用いたＭＲ素子は、高い
磁界応答感度を有しているため、磁気ヘッド、磁気セン
サ等において盛んに利用されている。従来のＭＲ素子に
おいては、磁気抵抗効果材料として異方性磁気抵抗（以
下、ＡＭＲと称する）効果をもつ磁性膜が用いられてい
た。このＡＭＲ型のＭＲ素子において、電気抵抗は磁気
抵抗効果材料に供給する電流と磁気抵抗効果材料の磁化
のなす角度の余弦の二乗に比例している。したがって、
線形応答を得るために、印加磁界がゼロのときに電流と
磁化のなす角度を４５度に設定するバイアス手段が必要
であった。このバイアス手段としては、磁気抵抗効果材
料に隣接して軟磁性材料を設け、その軟磁性材料との静
磁結合による方法、導電性の材料を設け、そこに分流す
る電流による磁界を用いる方法、これらの方法を組み合
わせた方法が知られている。
磁界応答感度を有しているため、磁気ヘッド、磁気セン
サ等において盛んに利用されている。従来のＭＲ素子に
おいては、磁気抵抗効果材料として異方性磁気抵抗（以
下、ＡＭＲと称する）効果をもつ磁性膜が用いられてい
た。このＡＭＲ型のＭＲ素子において、電気抵抗は磁気
抵抗効果材料に供給する電流と磁気抵抗効果材料の磁化
のなす角度の余弦の二乗に比例している。したがって、
線形応答を得るために、印加磁界がゼロのときに電流と
磁化のなす角度を４５度に設定するバイアス手段が必要
であった。このバイアス手段としては、磁気抵抗効果材
料に隣接して軟磁性材料を設け、その軟磁性材料との静
磁結合による方法、導電性の材料を設け、そこに分流す
る電流による磁界を用いる方法、これらの方法を組み合
わせた方法が知られている。
【０００３】最近、さらに高い磁気抵抗効果をもつ材料
として、ＳＶ効果材料が用いられいてる。このＳＶ効果
では、強磁性の２層間の電気抵抗が２層の磁化方向間の
角度の余弦として電流方向とは無関係に変化する。例え
ば、図４は特開平４−３５８３１０号公報に記載された
ＭＲ素子であり、第１の強磁性層２１、中間層２２、第
２の強磁性層２３、反強磁性層２４で構成される。そし
て、印加磁界が０のとき、固定された第２の強磁性層２
３の磁化が図示実線矢印のように印加磁界と平行に向い
ており、第１の強磁性層２１の磁化は第２の強磁性層２
３の磁化及び印加磁界と図示実線矢印のように直交して
いる。そして、印加された磁界に対して第１の強磁性層
２１の磁化は同図の破線矢印のように変化される。
として、ＳＶ効果材料が用いられいてる。このＳＶ効果
では、強磁性の２層間の電気抵抗が２層の磁化方向間の
角度の余弦として電流方向とは無関係に変化する。例え
ば、図４は特開平４−３５８３１０号公報に記載された
ＭＲ素子であり、第１の強磁性層２１、中間層２２、第
２の強磁性層２３、反強磁性層２４で構成される。そし
て、印加磁界が０のとき、固定された第２の強磁性層２
３の磁化が図示実線矢印のように印加磁界と平行に向い
ており、第１の強磁性層２１の磁化は第２の強磁性層２
３の磁化及び印加磁界と図示実線矢印のように直交して
いる。そして、印加された磁界に対して第１の強磁性層
２１の磁化は同図の破線矢印のように変化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このＭＲ素子におい
て、第１の強磁性層２１には、第２の強磁性層２３との
静磁結合による磁界、層間の交換結合による磁界、及び
電流磁界がかかっている。したがって、図４のように、
第１の強磁性層２１の磁化を第２の強磁性層２３と垂直
に保つためには、これらの磁界をうまくバランスさせる
必要がある。この方法として、前記公報においては静磁
結合と層間の交換結合を打ち消す方法、電流の大きさと
方向を適切に選択する方法が開示されている。
て、第１の強磁性層２１には、第２の強磁性層２３との
静磁結合による磁界、層間の交換結合による磁界、及び
電流磁界がかかっている。したがって、図４のように、
第１の強磁性層２１の磁化を第２の強磁性層２３と垂直
に保つためには、これらの磁界をうまくバランスさせる
必要がある。この方法として、前記公報においては静磁
結合と層間の交換結合を打ち消す方法、電流の大きさと
方向を適切に選択する方法が開示されている。
【０００５】しかし、それぞれの磁界は高さ方向の分布
が本質的に異なっているため、完全に相殺させることは
困難であった。例えば、静磁結合による静磁界と電流磁
界を相殺させる場合についてみる。図３（ａ）は第１の
強磁性層における静磁結合による静磁界と電流磁界、及
び磁化の高さ方向の分布を示す図である。これから判る
ように、静磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に同
じ方向を向けられた特性であるため、２つの磁界を均一
に相殺させることはできず、第１の強磁性層の磁化の高
さ成分は高さ方向の位置の両端部で０を横切ることにな
る。そのため、ここで磁壁が生じ、バルクハウゼンノイ
ズが発生するおそれがある。本発明の目的は、線形応答
を得ることが可能であるとともに、バルクハウゼンノイ
ズの発生を防止したＭＲ素子を提供することにある。
が本質的に異なっているため、完全に相殺させることは
困難であった。例えば、静磁結合による静磁界と電流磁
界を相殺させる場合についてみる。図３（ａ）は第１の
強磁性層における静磁結合による静磁界と電流磁界、及
び磁化の高さ方向の分布を示す図である。これから判る
ように、静磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に同
じ方向を向けられた特性であるため、２つの磁界を均一
に相殺させることはできず、第１の強磁性層の磁化の高
さ成分は高さ方向の位置の両端部で０を横切ることにな
る。そのため、ここで磁壁が生じ、バルクハウゼンノイ
ズが発生するおそれがある。本発明の目的は、線形応答
を得ることが可能であるとともに、バルクハウゼンノイ
ズの発生を防止したＭＲ素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のＭＲ素子は、第
１の強磁性層、導電性の中間層、第２の強磁性層、この
第２の強磁性層の磁化を固定する手段を備え、スピンバ
ルブ効果を用いたＭＲ素子であって、第２の強磁性層の
磁化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強
磁性層の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度を
なしていることを特徴とする。ここで、第２の強磁性層
の磁化を固定する手段は、第２の強磁性層に直接に接触
される反強磁性層、あるいは第２の強磁性層に直接に接
触される永久磁石層が用いられる。また、これら反強磁
性層や永久磁石に代えて、第２の強磁性層を第１の強磁
性層よりも飽和保磁力が高く設定するように構成しても
よい。
１の強磁性層、導電性の中間層、第２の強磁性層、この
第２の強磁性層の磁化を固定する手段を備え、スピンバ
ルブ効果を用いたＭＲ素子であって、第２の強磁性層の
磁化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強
磁性層の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度を
なしていることを特徴とする。ここで、第２の強磁性層
の磁化を固定する手段は、第２の強磁性層に直接に接触
される反強磁性層、あるいは第２の強磁性層に直接に接
触される永久磁石層が用いられる。また、これら反強磁
性層や永久磁石に代えて、第２の強磁性層を第１の強磁
性層よりも飽和保磁力が高く設定するように構成しても
よい。
【０００７】また、本発明のＭＲ素子においては、第１
の強磁性層を単一のドメイン状態に保つための縦方向の
バイアス磁界を生じさせる手段を備えており、この手段
としては、第１の強磁性層の縦方向の両側に配置される
永久磁石膜で構成することが可能である。
の強磁性層を単一のドメイン状態に保つための縦方向の
バイアス磁界を生じさせる手段を備えており、この手段
としては、第１の強磁性層の縦方向の両側に配置される
永久磁石膜で構成することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明のＭＲ素子の概念構成
を示す斜視図である。このＭＲ素子は、第１の強磁性層
１、導電性の中間層２、第２の強磁性層３、反強磁性層
４から構成される。第２の強磁性層３は反強磁性層４と
の交換結合により印加磁界の方向と４５度の角度に固定
される。一方、第１の強磁性層１の磁化は、第２の強磁
性層からの静磁界及び電流磁界により、印加磁界方向に
対して１３５度で、第２の強磁性層の磁化方向に対して
９０度の方向に向く。
参照して説明する。図１は本発明のＭＲ素子の概念構成
を示す斜視図である。このＭＲ素子は、第１の強磁性層
１、導電性の中間層２、第２の強磁性層３、反強磁性層
４から構成される。第２の強磁性層３は反強磁性層４と
の交換結合により印加磁界の方向と４５度の角度に固定
される。一方、第１の強磁性層１の磁化は、第２の強磁
性層からの静磁界及び電流磁界により、印加磁界方向に
対して１３５度で、第２の強磁性層の磁化方向に対して
９０度の方向に向く。
【０００９】このＭＲ素子における、第１の強磁性層１
における静磁結合による静磁界と電流磁界、及び磁化の
高さ方向の分布を図３（ｂ）に示す。この分布では、静
磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に対して互いに
逆方向に向けられた特性となる。そして、この構成で
は、第１の強磁性層１の磁化を印加磁界の方向に対して
４５度に向けるため、これら１つの磁界を加算すること
になり、その結果第１の強磁性層１の磁化の高さ成分は
高さ方向にほぼ均一となり、２つの磁界の高さ方向の分
布の違いによる磁壁が生じることはなく、バルクハウゼ
ンノイズの発生が防止される。
における静磁結合による静磁界と電流磁界、及び磁化の
高さ方向の分布を図３（ｂ）に示す。この分布では、静
磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に対して互いに
逆方向に向けられた特性となる。そして、この構成で
は、第１の強磁性層１の磁化を印加磁界の方向に対して
４５度に向けるため、これら１つの磁界を加算すること
になり、その結果第１の強磁性層１の磁化の高さ成分は
高さ方向にほぼ均一となり、２つの磁界の高さ方向の分
布の違いによる磁壁が生じることはなく、バルクハウゼ
ンノイズの発生が防止される。
【００１０】図２は本発明のＭＲ素子を磁気ヘッドに適
用した実施形態を示し、ディスク対向面から見た断面図
である。セラミック等の非磁性基板１０上に、厚さ２μ
ｍのＮｉＦｅを用いた下シールド１１がメッキ法により
成膜され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン
形成される。その上に、厚さ０．２μｍのＡｌ2 Ｏ3を
用いた下シールド間ギャップ１２がスパッタリング法に
より成膜される。次に、第１の強磁性層１として、厚さ
１０ｎｍのＮｉＦｅ、中間層２としての厚さ５ｎｍのＣ
ｕ層、第２の強磁性層３としての厚さ１０ｎｍのＮｉＦ
ｅがスパッタリング法により成膜される。さらに、反強
磁性層４として、厚さ５０ｎｍのＮｉＭｎ膜がスパッタ
リング法により成膜される。
用した実施形態を示し、ディスク対向面から見た断面図
である。セラミック等の非磁性基板１０上に、厚さ２μ
ｍのＮｉＦｅを用いた下シールド１１がメッキ法により
成膜され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン
形成される。その上に、厚さ０．２μｍのＡｌ2 Ｏ3を
用いた下シールド間ギャップ１２がスパッタリング法に
より成膜される。次に、第１の強磁性層１として、厚さ
１０ｎｍのＮｉＦｅ、中間層２としての厚さ５ｎｍのＣ
ｕ層、第２の強磁性層３としての厚さ１０ｎｍのＮｉＦ
ｅがスパッタリング法により成膜される。さらに、反強
磁性層４として、厚さ５０ｎｍのＮｉＭｎ膜がスパッタ
リング法により成膜される。
【００１１】ここで、着磁プロセスにより、第２の強磁
性層３はＮｉＭｎ層によりＭＲ高さ方向と４５度のなす
角度にピンニングされる。その後、ステンシル型のレジ
ストを付けた後、第１の強磁性層１、中間層２、第２の
強磁性層３、反強磁性層４はイオンミリングにより幅２
μｍにパターン形成される。さらに、永久磁石の下地層
（図示せず）として厚さ１０ｎｍのＣｒ膜と、第１の強
磁性層を単一のドメイン状態に保つために縦方向のバイ
アスを加えるための永久磁石層１３として厚さ３０ｎｍ
のＣｏＣｒＰｔ膜と、ＭＲ素子に通電を行うためのＡｕ
膜からなる厚さ０．２μｍの電極層１４がスパッタリン
グされ、その上で前記レジストが除去される。
性層３はＮｉＭｎ層によりＭＲ高さ方向と４５度のなす
角度にピンニングされる。その後、ステンシル型のレジ
ストを付けた後、第１の強磁性層１、中間層２、第２の
強磁性層３、反強磁性層４はイオンミリングにより幅２
μｍにパターン形成される。さらに、永久磁石の下地層
（図示せず）として厚さ１０ｎｍのＣｒ膜と、第１の強
磁性層を単一のドメイン状態に保つために縦方向のバイ
アスを加えるための永久磁石層１３として厚さ３０ｎｍ
のＣｏＣｒＰｔ膜と、ＭＲ素子に通電を行うためのＡｕ
膜からなる厚さ０．２μｍの電極層１４がスパッタリン
グされ、その上で前記レジストが除去される。
【００１２】次に、この上に厚さ０．２４μｍのＡｌ2
Ｏ3 を用いた上シールド間ギャップ１５がスパッタリン
グ法により成膜される。そして、その上に厚さ２μｍの
ＮｉＦｅを用いた上シールド１６がメッキ法により成膜
され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン形成
される。これにより、図２の磁気ヘッドが構成される。
Ｏ3 を用いた上シールド間ギャップ１５がスパッタリン
グ法により成膜される。そして、その上に厚さ２μｍの
ＮｉＦｅを用いた上シールド１６がメッキ法により成膜
され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン形成
される。これにより、図２の磁気ヘッドが構成される。
【００１３】この磁気ヘッドを磁気記録ディスク等の磁
気記録媒体に対して記録再生実験を行ったところ、線形
応答性に優れ、高出力で対極性のよい再生波形が得られ
た。
気記録媒体に対して記録再生実験を行ったところ、線形
応答性に優れ、高出力で対極性のよい再生波形が得られ
た。
【００１４】ここで、本発明においては、第２の強磁性
層３における磁化を固定するための前記反強磁性層４に
代えて、これを永久磁石層で構成することも可能であ
る。また、反強磁性層や永久磁石層を用いることなく、
第２の強磁性層３の飽和保磁力を第１の強磁性層１より
も高く設定することで、第２の強磁性層３における磁化
を固定することも可能である。
層３における磁化を固定するための前記反強磁性層４に
代えて、これを永久磁石層で構成することも可能であ
る。また、反強磁性層や永久磁石層を用いることなく、
第２の強磁性層３の飽和保磁力を第１の強磁性層１より
も高く設定することで、第２の強磁性層３における磁化
を固定することも可能である。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、スピンバ
ルブ効果を用いたＭＲ素子における第２の強磁性層の磁
化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強磁
性層の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度をな
している構成とすることにより、第１の強磁性層にかか
る第２の強磁性層からの静磁界及び電流磁界を逆方向に
して互いに相殺させることができ、線形応答を得るとと
もに、バルクハウゼンノイズの発生を防止したＭＲ素子
を得ることができる。
ルブ効果を用いたＭＲ素子における第２の強磁性層の磁
化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強磁
性層の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度をな
している構成とすることにより、第１の強磁性層にかか
る第２の強磁性層からの静磁界及び電流磁界を逆方向に
して互いに相殺させることができ、線形応答を得るとと
もに、バルクハウゼンノイズの発生を防止したＭＲ素子
を得ることができる。
【図１】本発明の基本構成を示す実施形態の斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明を磁気ヘッドに適用した実施形態の断面
図である。
図である。
【図３】従来及び本発明のそれぞれのにおけるＭＲ素子
の動作原理を説明するための図である。
の動作原理を説明するための図である。
【図４】従来提案されているＭＲ素子の概念構成を示す
斜視図である。
斜視図である。
１ 第１の強磁性層 ２ 中間層 ３ 第２の強磁性層 ４ 反強磁性層 １０ 非磁性基板 １１ 下シールド １２ 下ギャップ １３ 永久磁石層 １４ 電極層 １５ 上ギャップ １６ 上シールド
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の強磁性層、導電性の中間層、第２
の強磁性層、この第２の強磁性層の磁化を固定する手段
を備え、スピンバルブ効果を用いた磁気抵抗効果素子で
あって、前記第２の強磁性層の磁化が印加磁界の方向と
４５度の角度をなし、前記第１の強磁性層の磁化が前記
第２の強磁性層の磁化と９０度の角度をなしていること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 第２の強磁性層の磁化を固定する手段
は、第２の強磁性層に直接に接触される反強磁性層であ
る請求項１の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 第２の強磁性層の磁化を固定する手段
は、第２の強磁性層に直接に接触される永久磁石層であ
る請求項１の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 第１の強磁性層、導電性の中間層、第２
の強磁性層を備え、スピンバルブ効果を用いた磁気抵抗
効果素子であって、前記第２の強磁性層は第１の強磁性
層よりも飽和保磁力が高く設定され、かつその磁化が印
加磁界の方向と４５度の角度をなし、前記第１の強磁性
層の磁化が前記第２の強磁性層の磁化と９０度の角度を
なしていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 第１の強磁性層を単一のドメイン状態に
保つための縦方向のバイアス磁界を生じさせる手段を備
える請求項１ないし４のいずれかの磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 縦方向のバイアス磁界を生じさせる手段
は、第１の強磁性層の縦方向の両側に配置される永久磁
石層である請求項５の磁気抵抗効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269129A JP2746226B2 (ja) | 1995-09-23 | 1995-09-23 | 磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269129A JP2746226B2 (ja) | 1995-09-23 | 1995-09-23 | 磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992907A true JPH0992907A (ja) | 1997-04-04 |
| JP2746226B2 JP2746226B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=17468100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7269129A Expired - Lifetime JP2746226B2 (ja) | 1995-09-23 | 1995-09-23 | 磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746226B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6347022B1 (en) | 1998-07-24 | 2002-02-12 | Alps Electric Co., Ltd. | Spin-valve type magnetoresistive thin film element and spin-valve type magnetoresistive thin film head using the same |
| US6350487B1 (en) | 1997-09-24 | 2002-02-26 | Alps Electric Co., Ltd. | Spin-valve type thin film element and its manufacturing method |
| WO2015182645A1 (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-03 | 株式会社村田製作所 | 磁気抵抗素子、磁気センサおよび電流センサ |
| WO2015182644A1 (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-03 | 株式会社村田製作所 | 磁気抵抗素子、磁気センサおよび電流センサ |
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| JPH04358310A (ja) * | 1990-12-11 | 1992-12-11 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 磁気抵抗センサ |
-
1995
- 1995-09-23 JP JP7269129A patent/JP2746226B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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