JPH10154311A - 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 - Google Patents

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

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JPH10154311A
JPH10154311A JP8310568A JP31056896A JPH10154311A JP H10154311 A JPH10154311 A JP H10154311A JP 8310568 A JP8310568 A JP 8310568A JP 31056896 A JP31056896 A JP 31056896A JP H10154311 A JPH10154311 A JP H10154311A
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magnetic layer
magnetoresistive
shield
magnetoresistive element
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Kazuhiko Hayashi
一彦 林
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反強磁性層から固定磁性層への十分な交換結
合磁界を確保しつつ大きな再生出力を得ることが可能な
磁気抵抗効果素子を提供すること。 【解決手段】 下地層１１／反強磁性層１２／固定磁性
層１３／非磁性層１５／自由磁性層１７が順次積層され
て成る磁気抵抗効果素子６であって、前述した固定磁性
層１３を、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅをベースとするグループか
らなる単体，合金，又は積層膜からなる部材をもって構
成する。更に、自由磁性層１７を、アルモファス磁性材
料、若しくはＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮ
ｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，Ｃ
ｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰ
ｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉの各合金の何
れか一つをもって構成したこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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に係り、特に、磁
気ディスク等の記録媒体の記憶情報を読み取るための磁
気センサとして好適な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に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、磁気抵抗効果型センサ（ＭＲ
センサ）又は磁気抵抗効果型ヘッドと呼ばれる磁気読み
取り変換器が知られている。これは、大きな線形密度で
磁性表面からデータを読み取れるようになっている。
【０００３】ＭＲセンサは、読み取り素子によって感知
される磁束の強さと方向の関数としての抵抗変化を介し
て磁界信号を検出する。こうした従来技術のＭＲセンサ
は、読み取り素子の抵抗の１成分が磁化方向と素子中を
流れる感知電流の方向の間の角度の余弦の２乗に比例し
て変化する異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づいて動
作する。ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）効果のより詳しい説
明は、Ｄ．Ａ．トムソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）等の論文
「Ｍｅｍｏｒｙ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ，Ｒｅｌａｔ
ｅｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓ．ｏｎ Ｍａｇ．ＭＡＧ−１１，ｐ．１０３９（１９
７５）」に開示されている。
【０００４】ＡＭＲ効果を用いた磁気ヘッドでは、バル
クハウゼンノイズを押さえるために縦バイアスを印加す
ることが多いが、この縦バイアス印加材料として、Ｆｅ
Ｍｎ，ＮｉＭｎ，ニッケル酸化物などの反強磁性材料を
用いる場合が、一般に知られている。
【０００５】更に、近時にあっては、積層磁気センサの
抵抗変化が、非磁性層を介する磁性層間での電導電子の
スピン保存性伝送及びそれに付随する層界面でのスピン
保存性散乱に帰される，より顕著な磁気抵抗効果が知ら
れている。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」
や「スピン・バルブ効果」など様々な名称で呼ばれてい
る。このような磁気抵抗センサは適当な材料で出来てお
り、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察されるよりも、
感度が改善され、抵抗変化が大きい。この種のＭＲセン
サでは、非磁性層で分離された１対の強磁性層の間の平
面内抵抗が、２つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例
して変化する。
【０００６】また、特開平２−６１５７２号公報には、
磁性層内の磁化の反平行整列によって生じる高いＭＲ変
化をもたらす積層磁性構造が記載されている。この場
合、積層構造で使用可能な材料として、上記公報には強
磁性の遷移金属および合金が挙げられている。また、中
間層により分離している少なくとも２層の強磁性層の一
方に反強磁性層を付加した構造および反強磁性層として
ＦｅＭｎが適当であることが開示されている。
【０００７】更に、特開平４−３５８３１０号公報に
は、非磁性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体
の２層の薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に２つ
の強磁性薄膜層の磁化方向が直交し、２つの非結合強磁
性体層間の抵抗が２つの層の磁化方向間の角度の余弦に
比例して変化し、センサ中を通る電流の方向とは独立
な、ＭＲセンサが開示されている。
【０００８】更に又、特開平６−２０３３４０号公報に
は、非磁性金属材料の薄膜層で分離された２つの強磁性
体の薄膜層を含み、外部印加磁界がゼロのとき、隣接す
る反強磁性体層の磁化が他方の強磁性体層に対して垂直
に保たれる。上記の効果に基づくＭＲセンサが開示され
ている。
【０００９】そして、特開平７−２６２５２９号公報に
は、第１磁性層／非磁性層／第２磁性層／反強磁性層の
構成を有するスピンバルブであって、特に第１および第
２磁性層にＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏ，ＦｅＳｉＡ
ｌ，ＦｅＳｉ，ＮｉＦｅ、或いはこれに、Ｃｒ，Ｍｎ，
Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ又は
Ｚｎを添加した材料を用いた磁気抵抗効果素子が提示さ
れている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】磁気抵抗効果型ヘッド
では、等しいセンス電流値で再生を行った場合に、その
出力は抵抗変化量に比例する。この抵抗変化量は、抵抗
変化率と素子抵抗との積であるので、出力は素子の比抵
抗が高いほど大きくなる。従って、従来の素子と同程度
以上の抵抗変化率を維持しながら、素子抵抗を上昇させ
ることが出力向上のための有力な改善方法となる。そこ
で、比抵抗の大きいアモルファス合金材料を用いること
が有効になる。
【００１１】しかしながら、これらの材料を固定磁性層
に用いると反強磁性層から固定磁性層に付与される一方
向異方性の大きさが小さい。また、下地層／自由磁性層
／比磁性層／固定磁性層／反強磁性層という構成では、
自由磁性層に、アモルファス合金材料又はＣｏＦｅＢ，
ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ
ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，Ｃ
ｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺ
ｒＭｏＮｉ等の合金を用いると、ＤＣマグネトロンスパ
ッタやＲＦマグネトロンスパッタなどの通常の成膜方法
では、比磁性層／固定磁性層／反強磁性層部に良好な特
性を得ることが困難であった。
【００１２】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに反強磁性層から固定磁性層への十分な
交換結合磁界を確保しつつ大きな再生出力を得ることが
可能な磁気抵抗効果素子を提供することを、その目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では、その主要部
である下地層／反強磁性層／固定磁性層／非磁性層／自
由磁性層から成る構成の磁気抵抗効果素子においては、
固定磁性層に、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅをベースにするグルー
プからなる単体，合金，又は積層膜を用いる。又、自由
磁性層には、アモルファス磁性材料，或いはＣｏＦｅ
Ｂ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒ
Ｔａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨ
ｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，
ＣｏＺｒＭｏＮｉ等の合金を用いる。
【００１４】更に、下地層／反強磁性層／固定磁性層／
第１ＭＲエンハンス層／非磁性層／第２ＭＲエンハンス
層／自由磁性層という構成の磁気抵抗効果素子において
は、第１，第２ＭＲエンハンス層にアルモファス磁性材
料、或いはＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，
ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴ
ａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，
ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉ等の合金を用い
る。
【００１５】前者では、反強磁性層直上に固定磁性層が
あるために固定磁性層の磁気的特性として特に重要な要
素である交換結合磁界の大きさは下地層／反強磁性層／
固定磁性層の構成により決まり、その上に積層されるエ
ンハンス層や自由磁性層の影響を受けない。従って、下
地層／反強磁性層／固定磁性層を十分大きな交換結合磁
界が得られる構成にしておけば、磁気抵抗効果素子とし
ても固定磁性層に十分な交換結合磁界を付与されたもの
となり、案内な素子動作が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。
【００１７】（第１の実施の形態）図１にこれを示す。
この図１に示す第１の実施形態は、シールド型磁気抵抗
効果センサを示すものである。このシールド型磁気抵抗
効果センサは、基板１上に下シールド層２，下ギャップ
層３，磁気抵抗効果素子６を順次積層させる。その上に
ギャップ規定絶縁層７を積層させることもある。下シー
ルド層２は、適当な大きさにフォトレジスト工程（ＰＲ
工程）によりパターン化されている。
【００１８】磁気抵抗効果素子６は、ＰＲ工程により適
当な大きさ形状にパターン化されている。また、この磁
気抵抗効果素子６の端部に接するように、縦バイアス層
４および下電極層５が順次積層され、更に、上ギャップ
層８，上シールド層９が順次積層されている。
【００１９】この図１のタイプの、下シールド層２とし
ては、ＮｉＦｅ，ＣｏＺｒ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭ
ｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨ
ｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒ
Ｎｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，又はＣｏＺｒ
ＭｏＮｉ等の合金、或いはＦｅＡｌＳｉ，窒化鉄系材料
等を用いることができ、膜厚は０．５〜１０〔μｍ〕の
範囲で適用可能である。
【００２０】又、下ギャップ層３は、アルミナ以外に
も、ＳｉＯ2 ，窒化アルミニウム，窒化シリコン，ダイ
ヤモンドライクカーボン等が適用可能である。０．０１
〜０．２０〔μｍ〕範囲での使用が望ましい。下電極と
しては、Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏからなる単体もしくは合金も
しくは混合物が望ましい。膜厚範囲は０．０１〜０．１
０〔μｍ〕がよい。
【００２１】縦バイアス層４としては、ＣｏＣｒＰｔ，
ＣｏＣｒ，ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＴａ，ＦｅＭｎ，ＮｉＭ
ｎ，Ｎｉ酸化物，ＮｉＣｏ酸化物，ＩｒＭｎ，ＰｔＰｄ
Ｍｎ，ＲｅＭｎ等を用いることができる。
【００２２】更に、ギャップ規定絶縁層７としては、ア
ルミナ，ＳｉＯ2 ，窒化アルミニウム，窒化シリコン，
ダイヤモンドライクカーボン等が適用可能である。０．
００５〜０．０５〔μｍ〕範囲での使用が望ましい。上
ギャップ層８は、アルミナ，ＳｉＯ2 ，窒化アルミニウ
ム，窒化シリコン，ダイヤモンドライクカーボン等が適
用可能である。０．０１〜０．２０〔μｍ〕範囲での使
用が望ましい。
【００２３】上シールド層９にはＮｉＦｅ，ＣｏＺｒ，
又はＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺ
ｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨ
ｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，Ｃｏ
ＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金，ＦｅＡｌＳｉ，
窒化鉄系材料等を用いることができ、膜厚は０．５〜１
０〔μｍ〕の範囲で適用可能である。
【００２４】また、図２に、磁気抵抗効果素子６の一例
を示す。この図２は磁気抵抗効果素子６の膜構成の概念
図である。この図２において、下地層１１上に反強磁性
層１２，固定磁性層１３，非磁性層１５，フリー磁性層
１７および保護層１８を順次積層した構造である。
【００２５】また、図３に、磁気抵抗効果素子６の他の
一例を示す。この図３の例は、下地層１１上に反強磁性
層１２，固定磁性層１３，第１ＭＲエンハンス層１４，
非磁性層１５，第２ＭＲエンハンス層１６，フリー磁性
層１７および保護層１８を順次積層した構造である。こ
の際、固定磁性１３としては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅをベー
スにするグループからなる単体，合金，又は積層膜を用
いる。膜厚は１〜５０〔ｎｍ〕程度が望ましい。
【００２６】又、第１ＭＲエンハンス層１４としてはＣ
ｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，ＮｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏ等，又はＣｏ
ＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，Ｃｏ
ＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮ
ｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮ
ｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉ等の合金、又はアモルファス磁性
材料を用いる。膜厚は０．５〜５〔ｎｍ〕程度が望まし
い。第１ＭＲエンハンス層１４を用いない場合は、これ
を使用した場合に比べて若干ＭＲ比が低下するが、用い
ない分だけ作製に要する工程数は低減する。
【００２７】非磁性層１５としては、Ｃｕ，Ｃｕに１〜
２０〔ａｔ％〕程度のＡｇを添加した材料、Ｃｕに１〜
２０〔ａｔ％〕程度のＲｅを添加した材料、Ｃｕ−Ａｕ
合金を用いることができる。膜厚は２〜４〔ｎｍ〕が望
ましい。
【００２８】第２ＭＲエンハンス層１６としては、Ｃ
ｏ，ＮｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏ等、又はＣｏＦｅＢ，Ｃｏ
ＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，Ｃ
ｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，Ｃｏ
ＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ
ＭｏＮｉ等の各合金、又はアモルファス磁性材料を用い
ることができる。膜厚は０．５〜３〔ｎｍ〕程度が望ま
しい。この場合も、第２ＭＲエンハンス層１６を用いな
い場合は、用いた場合に比べて若干ＭＲ比が低下する
が、用いない分だけ作製に要する工程数は低減する。
【００２９】フリー磁性層１７としては、ＮｉＦｅ，Ｎ
ｉＦｅＣｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏ，ＦｅＣｏ
Ｂ，センダスト，窒化鉄系材料，ＦｅＣｏ等の単層，混
合物又は積層膜を用いることができる。膜厚は１〜１０
〔ｎｍ〕程度が望ましい。フリー磁性層がＮｉＦｅ，Ｎ
ｉＦｅＣｏ，ＦｅＣｏをベースにした材料の場合には、
下地層をＴａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｗ等にすることにより、フ
リー磁性層及び非磁性層の結晶性を良好にし、ＭＲ比を
向上させることができる。
【００３０】保護層１８としては、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔａ，
Ｔｉからなるグループの酸化物又は窒化物、Ｃｕ，Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｉｒ，Ｓｉ，Ｐｔ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃからなるグループ，若しくはそれら
の混合物を用いることができる。そして、これを用いる
ことにより耐食性は向上するが、用いない場合は逆に製
造工程数が低減し生産性が向上する。
【００３１】上記磁気抵抗効果素子６を備えたシールド
型磁気抵抗効果センサは、インダクティブコイルによる
書き込みヘッド部と共に併設され、これにより、記録再
生一体型の磁気抵抗効果型ヘッド装置として使用され
る。
【００３２】（第２の実施の形態）図４にこれを示す。
この図４に示す第２の実施形態は、シールド型磁気抵抗
効果センサの他の例を示すものである。この図４におけ
るシールド型磁気抵抗効果センサは、基板１２上に下シ
ールド層２２，下ギャップ層２３，磁気抵抗効果素子６
を積層させる。シールド層２２は適当な大きさにＰＲ工
程によりパターン化される。
【００３３】この場合、磁気抵抗効果素子６はＰＲ工程
により適当な大きさ形状にパターン化されており、その
上部に１部重なるように縦バイアス層２４および下電極
層２５が順次積層されている。その上に、上ギャップ層
２８、上シールド層２９が順次積層されている。
【００３４】また、下シールド層２２としては、前述し
た第１の実施形態の場合と同様に、ＮｉＦｅ，ＣｏＺ
ｒ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺ
ｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨ
ｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，Ｃｏ
ＴａＺｒＮｂ，又はＣｏＺｒＭｏＮｉ等の合金、或い
は、ＦｅＡｌＳｉ，窒化鉄系材料等を用いることがで
き、膜厚は０．５〜１０〔μｍ〕の範囲で適用可能であ
る。
【００３５】その他の構成および機能については前述し
た図１に示す第１の実施形態と同一となっている。
【００３６】（第３の実施の形態）次に、第３の実施の
形態を図５乃至図６に基づいて説明する。この図５乃至
図６は、前述したシールド型磁気抵抗効果センサを装備
した記録再生ヘッドの概念図である。
【００３７】まず、図５に示す記録再生ヘッドは、前述
した第１又は第２の実施形態における磁気抵抗効果素子
６を用いた再生ヘッド部と、インダクティブ型の記録ヘ
ッド部とから成る。ここでは、長手磁気記録用の記録ヘ
ッド部の搭載例を示したが、上述した磁気抵抗効果素子
６を垂直磁気記録用ヘッドと組み合わせることによっ
て、垂直記録用として用いてもよい。
【００３８】記録再生ヘッドは、基体３０上に下部シー
ルド膜３１，薄膜状の磁気抵抗効果素子３２および電極
３３，上部シールド膜３４からなる再生ヘッド部と、下
部磁性膜３６，コイル３７，上部磁性膜３８からなる記
録ヘッド部とにより構成されている。ここで、上部シー
ルド膜３４と下部磁性膜３６とを共通にしてもかまわな
い。この記録再生ヘッドにより、記録媒体１００に信号
を書き込み、また、記録媒体１００から所定の信号を読
み取るようになっている。
【００３９】そして、再生ヘッド部の感知部分と記録ヘ
ッド部の磁気ギャップとは、このように同一スライダ上
の重ねた位置に装備することで、同一トラック上に同時
に位置決めができる。即ち、このヘッドをスライダに加
工し、磁気記録再生装置に搭載して使用される。
【００４０】図６は、上記磁気抵抗効果素子を用いた記
録再生ヘッドと磁気記録媒体との位置関係を示す一部省
略した部分斜視図である。この図６において、スライダ
本体を兼ねた基体３０上には薄膜状の磁気抵抗効果素子
３２および電極膜３３が付され、これを記録媒体１００
上に位置ぎめして再生を行う。記録媒体１００は回転
し、スライダ本体としての基体３０は記録媒体１００の
上を、０．２〔μｍ〕以下の高さ、あるいは接触状態で
対向して相対運動する。この機構により、磁気抵抗効果
素子５１は記録媒体１００に記録された磁気的信号を、
その漏れ磁界から読み取ることのできる位置に設定され
る。
【００４１】次に、上記実施形態の具体例（実施例）を
説明し、その効果に言及する。
【００４２】
【実施例】まず、上記実施形態における磁気抵抗効果素
子と比較するために、ガラス基板／Ｎｉ酸化物（５０ｎ
ｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／
Ｃｏ90Ｆｅ10（１ｎｍ）／Ｎｉ80Ｆｅ20（５ｎｍ）とい
う構成で磁気抵抗効果膜を作成した。成膜は、マグネト
ロンスパッタ装置により、５００〔Ｏｅ〕の印加磁界中
で行った。
【００４３】この磁気抵抗効果膜を成膜磁界に平行な方
向に磁界を印加し、Ｍ−Ｈ曲線を描かせたところ、７
〔％〕という抵抗変化率が得られた。この素子の比抵抗
は印加磁場「０」で２５〔μΩｃｍ〕であり、比抵抗変
化量は１．７５〔μΩｃｍ〕になった。
【００４４】次に、ガラス基板／Ｎｉ酸化物（５０ｎ
ｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／
固定磁性層（６ｎｍ）という構成で固定磁性層に種々の
合金を用いて磁気抵抗効果膜を作成した。成膜はマグネ
トロンスパッタ装置により、５００〔Ｏｅ〕の印加磁界
中で行った。この磁気抵抗効果膜を成膜磁界に平行な方
向に磁界を印加し、Ｍ−Ｈ曲線を描かせた場合の抵抗変
化率，比抵抗，および比抵抗変化量を図７の図表に示
す。いずれの場合も、この図７の図表に挙げたような材
料を用いない場合を基準としてて、比抵抗変化量が増大
した。
【００４５】次に、ガラス基板／Ｎｉ酸化物（５０ｎ
ｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１．５ｎｍ）／Ｃｏ74Ｚｒ6 Ｍｏ
20（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ74Ｚｒ6
Ｍｏ20（６ｎｍ）という構成で磁気抵抗効果膜を作成し
た。成膜はマグネトロンスパッタ装置により、５００
〔Ｏｅ〕の印加磁界中で行った。この磁気抵抗効果膜を
成膜磁界に平行な方向に磁界を印加し、Ｍ−Ｈ曲線を描
かせたところ、６．０〔％〕という抵抗変化率が得られ
た。この素子の比抵抗は印加磁場「０」で６５〔μΩｃ
ｍ〕であり、比抵抗変化量は３．９〔μΩｃｍ〕であ
り、比抵抗変化量は３．９〔μΩｃｍ〕になった。
【００４６】次に、ガラス基板／Ｎｉ酸化物（５０ｎ
ｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１．５ｎｍ）／Ｃｏ74Ｚｒ6 Ｍｏ
20（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｍ）／Ｃｏ74Ｚｒ6 Ｍ
ｏ20（３ｎｍ）／Ｎｉ80Ｆｅ20という構成で磁気抵抗効
果膜を作成した。成膜はマグネトロンスパッタ装置によ
り、５００〔Ｏｅ〕の印加磁界中で行った。この磁気抵
抗効果膜を成膜磁界に平行な方向に磁界を印加し、Ｍ−
Ｈ曲線を描かせたところ、５．０〔％〕という抵抗変化
率が得られた。この素子の比抵抗は印加磁場「０」で４
５〔μΩｃｍ〕であり、比抵抗変化量は２．２５〔μΩ
ｃｍ〕になった。
【００４７】更に続いて、ガラス基板／Ｎｉ酸化物（５
０ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．５
ｎｍ）／Ｃｏ90Ｚｒ3 Ｎｂ5 （３ｎｍ）／Ｒｕ（０．４
ｎｍ）／Ｃｏ92Ｚｒ3 Ｎｂ5 （３ｎｍ）という構成で磁
気抵抗効果膜を作成した。成膜はマグネトロンスパッタ
装置により、５００〔Ｏｅ〕の印加磁界中で行った。
【００４８】この磁気抵抗効果膜を成膜磁界に平行な方
向に磁界を印加し、Ｍ−Ｈ極線を描かせたところ、４．
８〔％〕という抵抗変化率が得られた。この構成の膜で
は１〔μｍ〕幅にパターン化した素子においても磁界感
度が良好であった。
【００４９】これは、Ｃｏ92Ｚｒ3 Ｎｂ5 （３ｎｍ）／
Ｒｕ（０．４ｎｍ）／Ｃｏ92Ｚｒ3Ｎｂ5 （３ｎｍ）部
の２つのＣｏ92Ｚｒ3 Ｎｂ5 層がＲｕを通してアンチフ
ェロ的にカップリングしているために自由磁性層１７の
実行的な磁化が非常に小さくなり、固定磁性層１３と自
由磁性層１７との間の静磁結合が小さくなるためと考え
られる。この素子の比抵抗は印加磁場「０」で４３〔μ
Ωｃｍ〕であり、比抵抗変化量は２．１〔μΩｃｍ〕に
なった。
【００５０】次に、ガラス基板／Ｎｉ酸化物（５０ｎ
ｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／
Ｃｏ90Ｆｅ10（２ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ92
Ｚｅ3Ｎｂ5 （３ｎｍ）という構成で、磁気抵抗効果膜
を作成した。成膜は、マグネトロンスパッタ装置によ
り、５００〔Ｏｅ〕の印加磁界中で行った。この磁気抵
抗効果膜を成膜磁界に平行な方向に磁界を印加し、Ｍ−
Ｈ曲線を描かせたところ、４．９〔％〕という抵抗変化
率が得られた。
【００５１】この構成の膜では１〔μｍ〕幅にパターン
化した素子においても磁界感度が良好であった。これは
Ｃｏ90Ｆｅ10（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／Ｃｏ90
Ｆｅ10（２ｎｍ）部の２つのＣｏＦｅ層がＲｕを通して
アンチフェロ的にカップリングしているために自由磁性
層１７の実行的な磁化が非常に小さく、固定磁性層１３
と自由磁性層１７との間の静磁結合が小さくなるためと
考えられる。この素子の比抵抗は印加磁場「０」で４１
〔μΩｃｍ〕であり、比抵抗変化量は２．０〔μΩｃ
ｍ〕になった。
【００５２】次に、ガラス基板／Ｎｉ酸化物（５０ｎ
ｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／
Ｃｏ90Ｆｅ10（３ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ92
Ｚｒ3Ｎｂ5 （３ｎｍ）Ｒｕ（０．４ｎｍ）／Ｃｏ92Ｚ
ｒＮｂ5 （３ｎｍ）という構成で磁気抵抗効果膜を作成
した。成膜はマグネトロンスパッタ装置により、５００
〔Ｏｅ〕の印加磁界中で行った。
【００５３】この磁気抵抗効果膜を成膜磁界に平行な方
向に磁界を印加し、Ｍ−Ｈ曲線を描かせたところ、４．
５〔％〕という抵抗変化率が得られた。この構成の膜で
は１〔μｍ〕幅にパターン化した素子においても磁界感
度が良好であった。
【００５４】これは、Ｃｏ90Ｆｅ10（２ｎｍ）／Ｒｕ
（０．４ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（２ｎｍ）の２つのＣｏ
Ｆｅ層およびＣｏ92Ｚｒ3 Ｎｂ5 （３ｎｍ）／Ｒｕ
（０．４ｎｍ）／Ｃｏ92Ｚｒ3 Ｎｂ5 （３ｎｍ）部の２
つのＣｏ92Ｚｒ3 Ｎｂ5 層が、Ｒｕを通してアンチフェ
ロ的にカップリングしているために自由磁性層１７の実
効的な磁化が非常に小さく、固定磁性層１３と自由磁性
層１７との間の静磁結合が小さくなるためと考えられ
る。この素子の比抵抗は印加磁場「０」で３８〔μΩｃ
ｍ〕であり、比抵抗変化量は１．７〔μΩｃｍ〕になっ
た。
【００５５】次に、反強磁性層／Ｃｏ90Ｆｅ10（３ｎ
ｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ92ＺｒＮｂ5 （６ｎ
ｍ）という構成で、下地層／反強磁性層に種々の合金を
用いて磁気抵抗効果膜を作成した。成膜は、マグネトロ
ンスパッタ装置により、５００〔Ｏｅ〕の印加磁界中で
行った。この磁気抵抗効果膜を成膜磁界に平行な方向に
磁界を印加し、Ｍ−Ｈ曲線を描かせた場合の抵抗変化
率、比抵抗、および比抵抗変化量を図８の図表に示す。
【００５６】次に、これらの磁気抵抗効果膜をシールド
型素子に適用した例を示す。はじめに、図１のタイプの
シールド型素子（第１の実施形態）を作成した。このと
き、下シールド層２としてはＮｉＦｅ、下ギャップ層３
としてはアルミナを用いた。磁気抵抗効果素子６として
は、Ｎｉ酸化物（５０ｎｍ）／Ｆｅ酸化物（２ｎｍ）／
Ｃｏ90Ｆｅ10（３ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ92
Ｚｒ3 Ｎｂ5（６ｎｍ）を、ＰＲ工程により１×１〔μ
ｍ〕の大きさに加工して用いた。
【００５７】そして、磁気抵抗効果素子６の端部に接す
るように、ＣｏＣｒＰｔとＭｏ下電極層５を積層した。
上ギャップ層８としてはアルミナ、上シールド層９とし
てはＮｉＦｅを用いた。このように形成したセンサを図
５のような記録再生一体型ヘッドに組み込んでスライダ
加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体上に装備してデータを記録
再生した。
【００５８】この際、書き込みトラック幅は１．５〔μ
ｍ〕、書き込みギャップは０．２〔ｎｍ〕、読み込みト
ラック幅は１．０〔μｍ〕、読み込みギャップは０．２
１〔μｍ〕とした。媒体の保磁力は２．５〔ｋＯ〕であ
る。
【００５９】記録マーク長を変えて再生出力を測定した
ところ、再生出力が半減するマーク長で、周波数が１５
０〔ｋＦＣＩ〕となった。再生出力は最大振幅（ｐｅａ
ｋｔｏ ｐｅａｋ）で２．７〔ｍＶ〕であり、ノイズの
無い対称性の良好な波形が得られた。また、Ｓ／Ｎ比は
２６．３〔ｄＢ〕、エラーレートは１０-6以下であっ
た。
【００６０】更に、このヘッドを８０〔℃〕、５００
〔Ｏｅ〕の中で環境試験を行ったが１５００時間までの
間でエラーレートは全く変化しなかった。
【００６１】次に、前述した反強磁性材料を用いて図４
のタイプのシールド型素子（第２の実施形態）を作成し
た。このとき、下シールド層２としてはＦｅＴａＮ、下
ギャッフ層３としてはアモルファスカーボン、磁気抵抗
効果素子６とてはＮｉ酸化物（５０ｎｍ）／Ｆｅ酸化物
（２ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎ
ｍ）／Ｃｏ92Ｚｒ3 Ｎｂ5 （６ｎｍ）をＰＲ工程により
１×１〔μｍ〕の大きさに加工して用いた。
【００６２】そして、上記磁気抵抗効果素子６に１部重
なるようにＣｏＣｒＰｔとＭｏ下電極層５を積層した。
上ギャップ層８としてはアルミナ、上シールド層９とし
てはＮｉＦｅを用いた。このヘッド部を図５のような記
録再生一体型の磁気ヘッド装置に組み込んでスライダ加
工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体上にデータを記録再生した。
この際、書き込みトラック幅は１．５〔μｍ〕、書き込
みギャップは０．２〔μｍ〕、読み込みトラック幅は
１．０〔μｍ〕、読み込みギャップは０．２１〔μｍ〕
とした。媒体の保磁力は２．５〔ｋＯ〕である。
【００６３】記録マーク長を変えて再生出力を測定した
ところ、再生出力が半減するマーク長で周波数が１５０
〔ｋＦＣＩ〕となった。再生出力は最大振幅（ｐｅａｋ
ｔｏ ｐｅａｋ）で２．８〔ｍＶ〕であり、ノイズの
無い対称性の良好な波形が得られた。Ｓ／Ｎ比は２６．
６〔ｄＢ〕、エラーレートは１０-6以下であった。ま
た、このヘッドを８０〔℃〕、５００〔Ｏｅ〕の中で環
境試験を行ったが１５００時間までの間でエラーレート
は全く変化しなかった。
【００６４】次に、本発明を適用して試作された磁気デ
ィスク装置の説明をする。磁気ディスク装置はベース上
に３枚の磁気ディスクを備え、ベース裏面にヘッド駆動
回路および信号処理回路と入出力インターフェイスとを
収めている。外部とは３２ビットのバスラインで接続さ
れる。磁気ディスクの両面には６個のヘッドが配置され
ている。ヘッドを駆動するためのロータリーアクチュエ
ータとその駆動及び制御回路、ディスク回転用スピンド
ル直結モータが搭載されている。
【００６５】磁気ディスクの直径は４６〔ｍｍ〕であ
り、データ面は直径１０〔ｍｍ〕から４０〔ｍｍ〕まで
を使用する。埋め込みサーボ方式を用い、サーボ面を有
しないため高密度化が可能である。
【００６６】本装置は、小型コンピューターの外部記憶
装置として直接接続が可能になっている。入出力インタ
ーフェイスには、キャッシュメモリを搭載し、転送速度
が毎秒５から２０メガバイトの範囲であるバスラインに
対応する。また、外部コントローラを置き、本装置を複
数台接続することにより、大容量の磁気ディスク装置を
構成することも可能である。
【００６７】
【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、上述したように、反強磁性層から
固定磁性層への十分な交換結合磁界を確保したので、従
来よりも大きな再生出力を得ることが可能な磁気抵抗効
果素子およびシールド型磁気抵抗効果センサを得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１の実施形態を示す概略断面
図である。
【図２】図１内に開示した磁気抵抗効果素子の例を示す
説明図である。
【図３】図１内に開示した磁気抵抗効果素子の他の例を
示す説明図である。
【図４】本発明にかかる第２の実施形態を示す概略断面
図である。
【図５】本発明にかかる第３の実施形態を示す一部切り
欠いた概略斜視図である。
【図６】図５の実施形態にかかる磁気抵抗効果センサを
スライダ本体に装備した場合の磁気記録媒体との位置関
係を示す一部切り欠いた概略斜視図である。
【図７】図１に示す実施例における磁気抵抗効果素子の
具体例について固定磁性層の素材を種々変化させた場合
の抵抗変化率等を測定した結果を示す図表である。
【図８】図１に示す実施例における磁気抵抗効果素子の
具体例について反強磁性層の素材を種々変化させた場合
の抵抗変化率等を測定した結果を示す図表である。
【符号の説明】
１ 基板（基体） ２ 下シールド層 ３ 下ギャップ層 ４ 縦バイアス層 ５ 下電極 ６ 磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果膜） ７ ギャップ規定絶縁層 ８ 上ギャップ層 ９ 上シールド層 １１ 下地層 １２ 反強磁性層 １３ 固定磁性層 １４ 第１ＭＲエンハンス層 １５ 非磁性層 １６ 第２ＭＲエンハンス層 １７ 自由磁性層 １８ 保護層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年６月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下地層／反強磁性層／固定磁性層／非磁
    性層／自由磁性層が順次積層されて成る磁気抵抗効果素
    子において、 前記固定磁性層を、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅをベースとするグ
    ループからなる単体，合金，又は積層膜からなる部材を
    もって構成し、 前記自由磁性層を、アルモファス磁性材料、若しくはＣ
    ｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，Ｃ
    ｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，Ｃｏ
    ＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒ
    Ｎｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉの各合金の何れか一つをもって
    構成したことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 下地層／反強磁性層／固定磁性層／第１
    ＭＲエンハンス層／非磁性層／第２ＭＲエンハンス層／
    自由磁性層が順次積層されて成る磁気抵抗効果素子にお
    いて、 前記固定磁性層を、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅをベースとするグ
    ループからなる単体，合金，又は積層膜から成る部材を
    もって構成し、 前記第１ＭＲエンハンス層及び第２ＭＲエンハンス層
    を、アモルファス磁性材料，若しくはＣｏＦｅＢ，Ｃｏ
    ＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，Ｃ
    ｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，Ｃｏ
    ＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ
    ＭｏＮｉの各合金の何れか一つをもって構成したことを
    特徴とする磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】 前記自由磁性層を、第１固定磁性層／非
    磁性層／第２固定磁性層からなるサンドイッチ膜により
    構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵
    抗効果素子。
  4. 【請求項４】 固定磁性層を、第１固定磁性層／非磁性
    層／第２固定磁性層からなるサンドイッチ膜により構成
    したことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効
    果素子。
  5. 【請求項５】 基板上に下シールド層，下ギャップ層，
    および磁気抵抗効果素子が順次積層され、前記各シール
    ド層および磁気抵抗効果素子はパターン化されており、
    且つ当該磁気抵抗効果素子の端部に接するように縦バイ
    アス層および下電極層が順次積層され、その上に上ギャ
    ップ層および上シールド層が順次積層されて成るシール
    ド型磁気抵抗効果センサであって、 前記磁気抵抗効果素子を、下地層／反強磁性層／固定磁
    性層／非磁性層／自由磁性層が順次積層されて成る磁気
    抵抗効果素子とすると共に、 前記固定磁性層を、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅをベースとするグ
    ループからなる単体，合金，又は積層膜からなる部材を
    もって構成したことを特徴とするシールド型磁気抵抗効
    果センサ。
  6. 【請求項６】 基板上に下シールド層、下ギャップ層、
    および磁気抵抗効果素子が順次積層され、前記各シール
    ド層および磁気抵抗効果素子はパターン化されており、
    且つ当該磁気抵抗効果素子の上部に一部重なるように縦
    バイアス層および下電極層が順次積層され、その上に上
    ギャップ層、上シールド層が順次積層されて成るシール
    ド型磁気抵抗効果センサであって、 前記磁気抵抗効果素子を、下地層／反強磁性層／固定磁
    性層／非磁性層／自由磁性層が順次積層されて成る磁気
    抵抗効果素子とすると共に、 前記固定磁性層を、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅをベースとするグ
    ループからなる単体，合金，又は積層膜からなる部材を
    もって構成したことを特徴とするシールド型磁気抵抗効
    果センサ。
  7. 【請求項７】 前記 前記自由磁性層を、アルモファス
    磁性材料、若しくはＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺ
    ｒＮｂ，ＣｏＺｒ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴ
    ａ，ＣｏＴａＨｆ，ＣｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，Ｃｏ
    ＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉの各合
    金の何れか一つをもって構成したことを特徴とする請求
    項５又は６記載のシールド型磁気抵抗効果センサ。
  8. 【請求項８】 基板上に下シールド層，下ギャップ層，
    および磁気抵抗効果素子が順次積層され、前記各シール
    ド層および磁気抵抗効果素子はパターン化されており、
    且つ当該磁気抵抗効果素子の端部に接するように縦バイ
    アス層および下電極層が順次積層され、その上に上ギャ
    ップ層および上シールド層が順次積層されて成るシール
    ド型磁気抵抗効果センサであって、 前記磁気抵抗効果素子を、下地層／反強磁性層／固定磁
    性層／第１ＭＲエンハンス層／非磁性層／第２ＭＲエン
    ハンス層／自由磁性層が順次積層されて成る磁気抵抗効
    果素子とすると共に、 前記固定磁性層を、Ｃｏ，Ｎ，Ｆｅをベースにするグル
    ープからなる単体，合金，又は積層膜をもって構成した
    ことを特徴とするシールド型磁気抵抗効果センサ。
  9. 【請求項９】 基板上に下シールド層、下ギャップ層、
    および磁気抵抗効果素子が順次積層され、前記各シール
    ド層および磁気抵抗効果素子はパターン化されており、
    且つ当該磁気抵抗効果素子の上部に一部重なるように縦
    バイアス層および下電極層が順次積層され、その上に上
    ギャップ層、上シールド層が順次積層されている。シー
    ルド型磁気抵抗効果センサであって、 前記磁気抵抗効果素子を、下地層／反強磁性層／固定磁
    性層／第１ＭＲエンハンス層／非磁性層／第２ＭＲエン
    ハンス層／自由磁性層が順次積層されて成る磁気抵抗効
    果素子とすると共に、 前記固定磁性層を、Ｃｏ，Ｎ，Ｆｅをベースにするグル
    ープからなる単体，合金，又は積層膜をもって構成した
    ことを特徴とするシールド型磁気抵抗効果センサ。
  10. 【請求項１０】 前記第１ＭＲエンハンス層および第２
    ＭＲエンハンス層を、アモルファス磁性材料，若しくは
    ＣｏＦｅＢ，ＣｏＺｒＭｏ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒ，
    ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＨｆ，ＣｏＴａ，ＣｏＴａＨｆ，Ｃ
    ｏＮｂＨｆ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＨｆＰｄ，ＣｏＴａＺ
    ｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏＮｉの各合金の何れか一つをもっ
    て構成したことを特徴とする請求項８又は９記載のシー
    ルド型磁気抵抗効果センサ。
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