KR100363462B1 - Spin valve type magnetoresistive effect element and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 매우 우수한 교환 이방성 자계를 인가할 수 있고, 선형응답성이 우수하고, 바크하우젠 노이즈를 억제할 수 있고, 센스전류의 분류가 적고, 저항변화율도 우수한 소자와 박막자기헤드를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a thin film magnetic head which can apply a very excellent exchange anisotropic magnetic field, is excellent in linear response, can suppress Barkhausen noise, has less classification of sense current, .

본 발명은, 제 1 반강자성체로 이루어진 보자력증대층 (1) 과, 이 보자력증대층에 의해 보자력이 커져 자화방향이 고정된 고정자성층 (2) 과, 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화가 정렬된 프리자성층 (4) 을 구비하고, 고정자성층의 고정된 자화방향과 교차하는 방향으로 센스전류가 흐르게 되며, 고정자성층과 프리자성층의 자화가 이루는 각도관계에 의해 전기저항변화가 검출되고, 상기 고정자성층이 비자성중간층 (10) 을 개재시켜 보자력증대층에 가까운 측의 제 1 부고정자성층 (11) 과 비자성 도전층에 가까운 측의 제 2 부고정자성층의 2 층으로 분리된 것이다.According to the present invention, there is provided a magnetic recording medium comprising: a coercive force increasing layer (1) made of a first antiferromagnetic; a fixed magnetic layer (2) having a coercive force increased by the coercive force increasing layer and having a fixed magnetization direction; And a sense current flows in a direction crossing the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer. The change in electrical resistance is detected by the angle relationship between the magnetization of the fixed magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer, The fixed magnetic layer is divided into a first sub-pinned magnetic layer 11 on the side closer to the coercive force increasing layer and a second sub-pinned magnetic layer on the side closer to the non-magnetic conductive layer via the nonmagnetic intermediate layer 10.

Description

스핀밸브형 자기저항 효과소자와 그 제조방법 {SPIN VALVE TYPE MAGNETORESISTIVE EFFECT ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}[0001] SPIN VALVE MAGNETORESISTIVE EFFECT ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 자기헤드, 위치센서, 회전센서 등에 사용되는 스핀밸브형 자기저항 효과소자와 그 제조방법 및 그 소자를 구비한 박막자기헤드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin valve type magnetoresistance effect element used in a magnetic head, a position sensor, a rotation sensor, etc., a method of manufacturing the same, and a thin film magnetic head including the element.

종래, 자기저항 효과형 판독헤드 (MR 헤드) 로서, 이방성 자기저항 효과현상을 이용한 AMR (Anisotropic Magnetoresistance) 헤드와 전도전자의 스핀의존 산란현상을 이용한 GMR (Giant Magnetoresistance : 거대자기저항 효과) 헤드가 알려져 있으며, GMR 헤드의 하나의 구체예로서 저외부자계에서 고자기저항 효과를 나타낸 스핀밸브 (Spin-Valve) 헤드가 미국특허 제 5159513 호 명세서에 나타나 있다.2. Description of the Related Art As an MR head, an AMR (Anisotropic Magnetoresistance) head using anisotropic magnetoresistance effect and a GMR (Giant Magnetoresistance) head using a spin-dependent scattering phenomenon of a conduction electron are known As one example of the GMR head, a spin-valve head showing a high magnetoresistive effect in a low external magnetic field is disclosed in U.S. Patent No. 5159513. [

또한, 본 발명자들은 스핀밸브헤드의 응용기술의 일례로서 미국특허 제 5910344 호 명세서에 있어서, 매우 높은 자기저항 효과를 발휘할 수 있는 자기저항 효과소자를 특허출원하고 있다.The present inventors have also filed a patent application for a magnetoresistance effect element that can exhibit a very high magnetoresistive effect in the specification of U.S. Patent No. 5,910,344 as an example of a spin valve head application technology.

도 16 은 미국특허 제 5910344 호 명세서에 있어서 본 발명자들이 제공한 자기저항 효과소자 구조의 일례를 나타낸 것이다. 이 예의 구조에 있어서는, 기판 (200) 상에 보자력(保磁力)증대층 (201) 과 핀고정자성층 (202) 과 비자성 도전층 (203) 과 프리자성층 (204) 이 순서대로 적층됨과 동시에, 프리자성층 (204) 의 양단측상에 트랙폭 (Tw) 에 상당하는 간격을 두어 반강자성층 (205, 205) 이 적층되고, 각 반강자성층 (205) 상에 전류리드층 (206) 이 적층되고, 전류리드층 (206, 206) 과 프리자성층 (204) 의 중앙부를 덮도록 상부절연층 (207) 이 형성되어 있다.16 shows an example of the magnetoresistive element structure provided by the present inventors in U.S. Patent No. 5,910,344. In this structure, a coercive force enhancement layer 201, a pinned magnetic layer 202, a nonmagnetic conductive layer 203, and a free magnetic layer 204 are sequentially stacked on a substrate 200, The antiferromagnetic layers 205 and 205 are stacked on both sides of the free magnetic layer 204 at intervals corresponding to the track width Tw and the current lead layers 206 are stacked on the respective antiferromagnetic layers 205 An upper insulating layer 207 is formed so as to cover the current lead layers 206 and 206 and the center portion of the free magnetic layer 204.

도 16 에 나타낸 소자 구조에 있어서, 예를 들면 보자력증대층 (201) 은 α-Fe2O3로 이루어지고, 핀고정자성층 (202) 은 Co 또는 Ni-Fe 합금으로 이루어지고, 비자성 도전층 (203) 은 Cu 로 이루어지고, 프리자성층 (204) 은 Co 또는 Ni-Fe 합금으로 이루어지고, 반강자성층 (205) 은 불규칙 구조의 PtMn 합금으로 이루어지고, 전류리드층 (206) 은 Cu 로 이루어지고, 보호층 (207) 은 Al2O3로 이루어진다.16, for example, the coercive force increasing layer 201 is made of? -Fe 2 O 3 , the pinned magnetic layer 202 is made of Co or a Ni-Fe alloy, and the non- Ferromagnetic layer 203 is made of Cu, the free magnetic layer 204 is made of Co or a Ni-Fe alloy, the antiferromagnetic layer 205 is made of a PtMn alloy having an irregular structure, the current lead layer 206 is made of Cu And the protective layer 207 is made of Al 2 O 3 .

상기 보자력증대층 (201) 은 거기에 접하는 핀고정자성층 (202) 의 보자력을 증대시켜 자화의 방향을 일방향으로 정렬하는 것으로, 예를 들면 도 16 에 나타낸 구조에 있어서, 핀고정자성층 (202) 의 자화의 방향이 도 16 의 화살표 (b) 로 나타낸 바와 같이 Y 방향으로 핀고정되어 있다. 또한, 반강자성층 (205) 은 자신에에 접하는 프리자성층 (204) 의 부분에 일방향 이방성을 부여하고, 이에 유발되어 트랙폭에 상당하는 영역도 단일자성구획(magnetic domain)화되어 자화의 방향이 갖추어지고, 종바이어스가 부여되고, 외부자계가 작용하지 않는 상태에서는 프리자성층 (204) 의 자화의 방향이 화살표 (a) 로 나타낸 바와 같이 X’방향으로 정렬되는 효과를 나타낸다.The coercive force enhancement layer 201 aligns the magnetization direction in one direction by increasing the coercive force of the pinned magnetic layer 202 in contact therewith. For example, in the structure shown in FIG. 16, the pinned magnetic layer 202 And the direction of magnetization is pinned in the Y direction as indicated by arrow (b) in Fig. In addition, the antiferromagnetic layer 205 imparts unidirectional anisotropy to the portion of the free magnetic layer 204 in contact with the antiferromagnetic layer 205, and the region corresponding to the track width is also induced in a single magnetic domain, The direction of magnetization of the free magnetic layer 204 is aligned in the X 'direction as indicated by the arrow (a) in the state in which the longitudinal magnetic field is not applied and the longitudinal bias is applied.

이상의 소자구조에 의해 핀고정자성층 (202) 의 자화의 방향이 Y 방향으로 고정된 상태에서 하드디스크 등의 자기기록매체로부터의 누출자계가 작용하면, 프리자성층 (204) 의 자화의 방향이 핀고정자성층 (202) 의 자화의 방향에 대해 회전하고, 전도전자의 스핀의존산란에 기인하는 저항변화를 발생시키기 때문에, 도 16 에 나타낸 구조의 전류리드층 (206, 206) 에 정상전류 (센스전류) 를 흘려보냄으로써 저항변화를 판독할 수 있으며 자기기록매체의 자기정보를 판독할 수 있다.When the leakage magnetic field from the magnetic recording medium such as a hard disk acts in the state where the direction of magnetization of the pinned magnetic layer 202 is fixed in the Y direction by the above-described element structure, the magnetization direction of the free magnetic layer 204 becomes pinned (Sense current) is applied to the current lead layers 206 and 206 of the structure shown in Fig. 16, since the magnetization direction of the magnetic layer 202 is rotated with respect to the magnetization direction of the magnetic layer 202 and the resistance change due to spin- The resistance change can be read and the magnetic information of the magnetic recording medium can be read.

그러나, 전술한 소자구조에 있어서의 종바이어스는, 도 16 의 X’방향으로 인가되어 프리자성층 (204) 이 다수의 자성구획(magnetic domain)을 형성함으로써 발생하는 바크하우젠 (Barkhausen) 노이즈를 억제하는 것으로서, 즉 자기매체로부터의 자속에 대해 노이즈가 적은 원활한 저항변화로 하기 위한 바이어스이다.However, the longitudinal bias in the device structure described above is applied in the direction of X 'in Fig. 16, so that the free magnetic layer 204 suppresses Barkhausen noise generated by forming a large number of magnetic domains That is, a bias for making a smooth resistance change with little noise to the magnetic flux from the magnetic medium.

이런 종류의 스핀밸브형의 자기저항 효과소자에서는, 자기저항 효과에 기여하는 프리자성층 (204) 과 비자성 도전층 (203) 과 핀고정자성층 (202) 으로 충분한 전류가 흐를 필요가 있으며 다른 부분에 전류가 분류하는 것을 가능한 한 방지하는 것이 바람직하다.In this type of spin-valve type magnetoresistance effect element, it is necessary to supply sufficient current to the free magnetic layer 204, the non-magnetic conductive layer 203 and the pinned magnetic layer 202 which contribute to the magnetoresistive effect. It is desirable to prevent the current from being classified as much as possible.

이 점에 있어서, 도 16 에 나타낸 구조와 같이 α-Fe2O3의 산화물 반강자성체를 이용한 스핀밸브형의 자기저항 효과소자에 있어서는, α-Fe2O3자체가 절연체이기 때문에, 센스전류의 분류를 적게할 수 있고, 높은 자기저항 효과를 얻을 수 있으며 고출력인 이점이 있다.In this respect, in the spin-valve type magnetoresistance effect element using the oxide antiferromagnetic substance of? -Fe 2 O 3 as in the structure shown in FIG. 16, because? -Fe 2 O 3 itself is an insulator, It is possible to reduce the classification, obtain a high magnetoresistive effect, and have a high output.

또한, α-Fe2O3의 산화물 반강자성체의 블로킹온도는 320℃ 이상으로, 다른 산화물 반강자성체로서 알려진 NiO 의 블로킹온도인 230℃ 보다도 높고, 또한 반강자성체로서 널리 공지된 FeMn 합금의 블로킹온도인 150℃ 보다도 훨씬 높기 때문에 열안정성이 우수한 특징을 갖는다. 또한, 반강자성체로서 널리 공지된 FeMn 합금은 내식성이 떨어지는 합금인데 반해, α-Fe2O3은 원래 산화물이기 때문에 내식성 면에서 문제를 발생시키지 않는 특징도 갖는다.Further, the blocking temperature of the oxide antiferromagnetic substance of? -Fe 2 O 3 is not lower than 320 ° C., which is higher than the blocking temperature of NiO, which is known as another oxide antiferromagnetic substance, of 230 ° C. and is the blocking temperature of the FeMn alloy Which is much higher than 150 ° C, and thus has excellent thermal stability. The FeMn alloy, which is well known as an antiferromagnetic substance, is an alloy having a low corrosion resistance, but α-Fe 2 O 3 is also a feature that does not cause a problem in terms of corrosion resistance since it is an original oxide.

그러나, 도 16 에 나타낸 구조의 자기저항 효과소자에 있어서는, 전술한 각종의 특징을 갖기는 하지만, α-Fe2O3의 산화물 반강자성체가 핀고정자성층 (202) 의 자화를 핀고정시키기 위한 교환 이방성 자계 (Hex) 를 크게 할 수 없다는 문제가 있었다. 이 때문에, 종바이어스로 인한 자계에 의해 핀고정자성층 (202) 의 자화의 방향이 경사지기 쉬우며 자기저항 효과소자로서의 안정성이 결여되는 문제가 있었다.However, in the magnetoresistive element of the structure shown in Fig. 16, although the above-described various characteristics are possessed, the oxide antiferromagnetic substance of? -Fe 2 O 3 is used to exchange the magnetization of the pinned magnetic layer 202 for pin fixing There is a problem that the anisotropic magnetic field (Hex) can not be increased. Therefore, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 202 tends to be inclined due to the magnetic field due to the longitudinal bias, and there is a problem that stability as a magnetoresistance effect element is lacking.

또한, 상기 α-Fe2O3의 산화물 반강자성체를 이용하여 구성된 스핀밸브형의 자기저항 효과소자에 있어서는, 교환 이방성 자계로서 600 Oe 정도를 얻을 수 있고, 현재 통상의 스핀밸브형의 자기저항 효과에 있어서는 400 Oe 이상의 교환 이방성 자계가 바람직한 것으로 알려져 있으므로, 일단은 필요조건을 충족시키고는 있지만, 더욱 큰 교환 이방성 자계를 발휘할 수 있는 것이 요구되고 있다.In the spin-valve type magnetoresistive effect element constructed using the above-mentioned α-Fe 2 O 3 oxide antiferromagnetic substance, about 600 Oe can be obtained as an exchange anisotropic magnetic field, and the current spin valve type magnetoresistive effect It is required that an exchange anisotropic magnetic field of 400 Oe or more is preferable, so that it is required to be capable of exhibiting a larger exchange anisotropic magnetic field even though it satisfies a necessary condition at one time.

다음으로, 스핀밸브형의 자기저항 효과소자에 있어서, 종바이어스를 부가하는 구조의 다른 예로서는, 도 17 에 나타낸 바와 같이 반강자성층 (210) 과 핀고정자성층 (211) 과 비자성 도전층 (212) 과 프리자성층 (213) 과의 적층체 (215) 를 기판상에 형성하고, 이 적층체 (215) 의 좌우양측에 경(硬)자성재료로 이루어진 하드바이어스층 (216) 과 전류리드층 (217) 을 적층하여 이루어진 구성을 고려할 수 있다.17, another example of the structure for adding the longitudinal bias is a ferromagnetic layer 210, a pinned magnetic layer 211, and a nonmagnetic conductive layer 212 (see FIG. 17). In the spin valve type magnetoresistance effect element, A hard bias layer 216 made of a hard magnetic material and a current lead layer 216 made of a hard magnetic material are formed on both sides of the laminated body 215 217 may be laminated on the substrate.

도 17 에 나타낸 소자구조에 있어서도 반강자성층 (210) 을 α-Fe2O3로부터 형성하고, 스핀밸브소자로서 동작시킬 수 있지만, 도 17 에 나타낸 소자구조를 실현시키기 위해서는 제조단계에서 매우 번잡한 2 단계 착자(着磁)를 실시해야 하는 문제가 있었다.17, the antiferromagnetic layer 210 may be formed from? -Fe 2 O 3 and operated as a spin valve element. However, in order to realize the device structure shown in FIG. 17, There has been a problem that two-step magnetization must be performed.

즉, 도 17 에 나타낸 소자구조를 제조하기 위해서는, α-Fe2O3의 반강자성층 (210) 의 착자방향과 하드바이어스층 (216) 의 착자방향이 90°차이가 있으므로, 반강자성층 (210) 의 착자를 실시한 후에 실시하는 하드디스크층 (216) 의 착자를 할 때에 최초로 착자한 반강자성층 (210) 의 자화방향을 흐트리지 않고 하드디스크층 (216) 에 착자하는 것이 매우 어려운 문제가 있었다.17, the magnetization direction of the antiferromagnetic layer 210 of? -Fe 2 O 3 is different from the magnetization direction of the hard bias layer 216 by 90 °. Therefore, the antiferromagnetic layer 210 It is very difficult to magnetize the hard disk layer 216 without disturbing the magnetization direction of the first antiferromagnetic layer 210 when the hard disk layer 216 is magnetized after the magnetization of the hard disk layer 216 there was.

도 1 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항 효과소자인 제 1 실시형태를 나타낸 모식적 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic sectional view showing a spin valve type magnetoresistance effect element according to a first embodiment of the present invention. Fig.

도 2 는 도 1 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 자기기록매체의 대향면으로부터 본 경우의 단면구조를 나타낸 도면.FIG. 2 is a sectional view showing the spin valve type magnetoresistive element shown in FIG. 1 when viewed from the opposite surface of the magnetic recording medium; FIG.

도 3 은 제 1 실시형태인 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 구비한 박막자기헤드의 사시도.3 is a perspective view of a thin film magnetic head having a spin valve type magnetoresistance effect element according to the first embodiment.

도 4 는 도 3 에 나타낸 박막자기헤드의 요부의 단면도.4 is a cross-sectional view of a main portion of the thin film magnetic head shown in Fig.

도 5 는 도 3 에 나타낸 박막자기헤드의 일부를 단면으로 한 사시도.FIG. 5 is a perspective view showing a part of the thin-film magnetic head shown in FIG.

도 6 은 일방향 이방성을 이용하여 고정자성층의 자화를 핀고정하는 기구의 반강자성층 + 고정자성층의 자화곡선을 나타낸 도면.6 is a view showing magnetization curves of an antiferromagnetic layer and a pinned magnetic layer of a mechanism for pin-fixing magnetization of a pinned magnetic layer using unidirectional anisotropy.

도 7 은 보자력차를 이용하여 고정자성층의 자화를 핀고정하는 기구의 보자력증대층 + 고정자성층의 자화곡선을 나타낸 도면.7 is a view showing magnetization curves of the coercive force increasing layer + fixed magnetic layer of a mechanism for pinning the magnetization of the stationary magnetic layer using the coercive force difference.

도 8 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항 효과소자인 제 2 실시형태를 나타낸 모식적 단면도.8 is a schematic cross-sectional view showing a spin valve type magnetoresistance effect element according to a second embodiment of the present invention.

도 9 는 도 8 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 자기기록매체의 대향면으로부터 본 경우의 단면구조를 나타낸 도면.9 is a sectional view showing the spin valve type magnetoresistance effect element shown in Fig. 8 when viewed from the opposite surface of the magnetic recording medium;

도 10 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항 효과소자인 제 3 실시형태를 자기기록매체의 대향면으로부터 본 경우의 단면구조를 나타낸 도면.10 is a sectional view showing a spin valve type magnetoresistive element according to a third embodiment of the present invention viewed from the opposite surface of the magnetic recording medium.

도 11 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항 효과소자인 제 4 실시형태를 자기기록매체의 대향면으로부터 본 경우의 단면구조를 나타낸 도면.11 is a cross-sectional view of a spin valve type magnetoresistance effect element according to a fourth embodiment of the present invention when viewed from the opposite surface of the magnetic recording medium.

도 12 는 실시예에서 얻어진 다결정 α-Fe2O3의 보자력증대층을 이용한 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 자기저항변화율을 나타낸 도면.12 is a graph showing the rate of change in magnetoresistance of a spin valve type magnetoresistance effect element using the coercive force increasing layer of the polycrystalline? -Fe 2 O 3 obtained in the embodiment.

도 13 은 실시예에서 얻어진 단결정 α-Fe2O3의 보자력증대층을 이용한 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 자기저항변화율을 나타낸 도면.13 is a diagram showing the rate of change in magnetoresistance of a spin valve type magnetoresistance effect element using the coercive force increasing layer of single crystal? -Fe 2 O 3 obtained in the embodiment.

도 14 는 비교예에서 얻어진 다결정 α-Fe2O3의 보자력증대층을 이용한 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 자기저항변화율을 나타낸 도면.14 is a graph showing the rate of change in magnetoresistance of a spin-valve type magnetoresistance effect element using the coercive force increasing layer of the polycrystalline? -Fe 2 O 3 obtained in the comparative example.

도 15 는 비교예에서 얻어진 단결정 α-Fe2O3의 보자력증대층을 이용한 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 자기저항변화율을 나타낸 도면.15 is a graph showing the rate of change in magnetoresistance of a spin-valve magnetoresistance effect element using a coercive force increasing layer of a single crystal? -Fe 2 O 3 obtained in a comparative example.

도 16 은 종래의 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제 1 예를 나타낸 단면도.16 is a cross-sectional view showing a first example of a conventional spin-valve type magnetoresistive element.

도 17 은 종래의 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제 2 예를 나타낸 단면도.17 is a cross-sectional view showing a second example of a conventional spin valve type magnetoresistance effect element.

도 18 은 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항 효과소자인 제 5 실시형태를 자기기록매체의 대향면으로부터 본 경우의 단면구조를 나타낸 도면.18 is a view showing a cross-sectional structure of a spin-valve magnetoresistance effect element according to a fifth embodiment of the present invention when viewed from the opposite surface of the magnetic recording medium;

본 발명은 상기 사정을 고려한 것으로, 내식성이 우수하고, 매우 우수한 교환 이방성 자계를 인가할 수 있음과 동시에, 선형응답성이 우수하고, 바크하우젠 노이즈를 억제할 수 있고, 센스전류의 분류도 적고, 저항변화율도 우수한 스핀밸브형의 자기저항 효과소자와 그것을 구비한 박막자기헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention has been made in view of the above circumstances and has an object to provide a magnetic recording medium which is excellent in corrosion resistance and is capable of applying a very excellent exchange anisotropic magnetic field and is excellent in linear response and can suppress Barkhausen noise, A magnetoresistance effect element of a spin-valve type excellent in resistance change rate and a thin film magnetic head having the same.

또한, 본 발명은, 블로킹온도가 높은 반강자성층을 제공함으로써 선형응답성이 우수하며 온도변화에 강하고, 바크하우젠 노이즈를 억제한 스핀밸브형의 자기저항 효과소자와 그것을 구비한 박막자기헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, the present invention provides a spin-valve type magnetoresistive element which is excellent in linear response and strong against temperature change by providing an antiferromagnetic layer having a high blocking temperature, suppresses Barkhausen noise, and a thin film magnetic head having the same .

또한, 본 발명방법은, 전술한 우수한 특성을 갖는 자기저항 효과소자를 제조함에 있어서 특별한 열처리를 필요로 하지 않고, 자화방향이 다른 반강자성층과 하드바이어스층의 착자를 용이하고 확실하게 실시할 수 있도록 하여 스핀밸브형의 자기저항 효과소자를 제조할 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.In addition, the method of the present invention can easily and reliably perform magnetization of the antiferromagnetic layer and the hard bias layer having different magnetization directions without requiring a special heat treatment in manufacturing the magnetoresistive element having the excellent characteristics described above And a method of manufacturing a magnetoresistance effect element of the spin valve type.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 제 1 반강자성체로 이루어진 보자력증대층과, 이 보자력증대층으로 인한 교환결합자계에 의해 보자력이 커져 자화방향이 고정된 고정자성층과, 상기 고정자성층에 비자성 도전층을 개재시켜 형성되어 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화가 정렬된 프리자성층을 구비하고, 상기 고정자성층의 고정된 자화방향과 교차하는 방향으로 센스전류가 흐르게 되며, 고정자성층과 프리자성층의 자화가 이루는 각도관계에 의해 전기저항변화가 검출되고, 상기 고정자성층이 비자성중간층을 개재시켜 보자력증대층에 가까운 측의 제 1 부고정자성층과 비자성 도전층에 가까운 측의 제 2 부고정자성층의 2 층으로 분리된 것이다.According to the present invention, there is provided a magnetic recording medium comprising: a coercive force increasing layer made of a first antiferromagnetic; a fixed magnetic layer having a coercive force increased due to an exchange coupling magnetic field due to the coercive force increasing layer and having a fixed magnetization direction; And a free magnetic layer having a magnetization aligned in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer, the sense current flowing in a direction crossing the fixed magnetization direction of the pinned magnetic layer, The change in electric resistance is detected by the angle relationship formed by the magnetization of the free magnetic layer, and the fixed magnetic layer is formed between the first sub-pinned magnetic layer on the side closer to the coercive- And a secondary fixed magnetic layer.

본 발명에 있어서, 상기 제 1 부고정자성층의 자화의 방향과 제 2 부고정자성층의 자화의 방향이 180° 다른 반평행방향으로 된 페리자성(ferrimagnetic) 상태로 되게 되는 것을 특징으로 할 수도 있다.The present invention may be characterized in that the magnetization direction of the first sub-pinned magnetic layer and the magnetization direction of the second sub-pinned magnetic layer are in a ferrimagnetic state in an antiparallel direction differing by 180 °.

본 발명에 있어서, 상기 제 1 부고정자성층의 포화자화와 두께의 적산치로 나타나는 자기모멘트와, 상기 제 2 부고정자성층의 포화자화와 두께의 적산치로 나타나는 자기모멘트가 다른 값이 되고, 이 상태의 제 1 부고정자성층과 제 2 부고정자성층으로 이루어진 고정자성층에 대해 보자력증대층이 자기적 교환결합을 작용시켜 교환결합자계가 증대되게 되는 것을 특징으로 할 수도 있다.In the present invention, the magnetic moment, which is represented by the saturation magnetization of the first sub-pinned magnetic layer and the integrated value of the thickness, and the magnetic moment represented by the saturation magnetization of the second sub-pinned magnetic layer and the thickness, The coercive force enhancement layer acts on the fixed magnetic layer composed of the first part stationary magnetic layer and the second part stationary magnetic layer so that the exchange coupling magnetic field is increased by the action of the magnetic exchange coupling.

본 발명에 있어서, 상기 프리자성층의 자화방향을 정렬하기 위한 종바이어스의 인가수단이 프리자성층의 두께방향에 직교하는 방향의 양측에 설치된 경질자성재료로 이루어진 하드바이어스층으로 형성할 수도 있다.In the present invention, the longitudinal bias applying means for aligning the magnetization directions of the free magnetic layer may be formed of a hard bias layer made of a hard magnetic material provided on both sides in the direction orthogonal to the thickness direction of the free magnetic layer.

본 발명에 있어서, 상기 프리자성층의 자화방향을 정렬하기 위한 종바이어스의 인가수단이 프리자성층에 인접하여 배치된 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층으로 이루어지고, 상기 종바이어스층에 의해 프리자성층에 일방향성인 교환바이어스 자계가 작용되어 자기이방성이 유기되고, 프리자성층의 자성구획이 안정화되게 되는 것을 특징으로 할 수도 있다.The longitudinal bias applying means for aligning the magnetization directions of the free magnetic layer comprises a longitudinal bias layer made of a second antiferromagnetic substance arranged adjacent to the free magnetic layer, One-way adult exchange bias magnetic field is applied to induce magnetic anisotropy, and the magnetic partition of the free magnetic layer is stabilized.

본 발명에 있어서, 상기 프리자성층의 자화방향을 정렬하기 위한 종바이어스의 인가수단이 프리자성층에 인접한 강자성층과 상기 강자성층에 적층된 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층으로 이루어지고, 상기 종바이어스층에 의해 상기 강강자성층에 일방향성인 교환바이어스 자계가 작용되어 자기이방성이 유기되고, 프리자성층과 강자성층간의 강자성결합에 의해 프리자성층의 자성구획이 안정화되게 되는 것일 수도 있다.In the present invention, the longitudinal bias applying means for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer is composed of a ferromagnetic layer adjacent to the free magnetic layer and a longitudinal bias layer made of a second antiferromagnetic stacked on the ferromagnetic layer, Layer may act on the strong magnetic layer in one direction to induce magnetic anisotropy and to stabilize the magnetic section of the free magnetic layer by the ferromagnetic coupling between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer.

본 발명에 있어서, 상기 보자력증대층이 산화물 반강자성체로 이루어지고, 이 보자력증대층에 자화를 핀고정된 고정자성층의 보자력이 상기 반강자성층에 의해 고정자성층에 유기되는 일방향성인 교환바이어스 자계보다도 커져서 이루어진 것일 수도 있다.In the present invention, it is preferable that the coercive force increasing layer is made of an oxide antiferromagnetic substance and the coercive force of the fixed magnetic layer pinned with magnetization in the coercive force increasing layer becomes larger than the one-way exchange bias magnetic field induced in the fixed magnetic layer by the antiferromagnetic layer It might be done.

다음으로, 본 발명의 구조에 있어서, 상기 보자력증대층이 α-Fe2O3로 이루어진 것이 바람직하다. 본 발명의 박막자기헤드는, 앞의 기재 중 어느 한 곳에 기재된 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 자기정보의 판독소자로서 구비하여 이루어진다.Next, in the structure of the present invention, it is preferable that the coercive force increasing layer is made of? -Fe 2 O 3 . The thin film magnetic head of the present invention comprises the spin valve type magnetoresistive element described in any one of the preceding items as a magnetic information reading element.

다음으로, 본 발명의 제조방법은, 보자력증대층과 이 보자력증대층에 인접하는 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층에 더하여 상기 프리자성층에 종바이어스를 인가하기 위한 바이어스층과 전류리드층을 기판상에 구비하고, 상기 고정자성층을 비자성중간층을 개재시켜 2 층으로 분리시킨 구조를 갖는 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제조할 때에, 이들 각층을 기판상에 막형성시킨 후, 상기 고정자성층에 트랙폭과 수직방향의 자장 중에서 착자 또는 제 1 온도에 의해 자장 중에서 어닐링하여 고정자성층의 보자력을 증대시켜 고정자성층의 자화를 핀고정하는 공정과, 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하여 어닐링하고 바이어스 자계를 발생시키는 공정을 구비하는 것이다.Next, in the manufacturing method of the present invention, a bias layer and a current lead layer for applying a longitudinal bias to the free magnetic layer, in addition to the coercive force increasing layer, the fixed magnetic layer adjacent to the coercive force increasing layer, the nonmagnetic conductive layer, In the manufacture of a spin-valve type magnetoresistive element having a structure in which the above-described fixed magnetic layer is separated into two layers via a non-magnetic intermediate layer, these layers are formed on a substrate, A step of pinning and fixing the magnetization of the pinned magnetic layer by increasing the coercive force of the pinned magnetic layer by annealing in a magnetic field at a magnetization or a first temperature in a magnetic field in a direction perpendicular to the track width, Direction to generate a bias magnetic field.

또한, 본 발명의 제조방법은, 보자력증대층과 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층을 갖고, 트랙폭에 상당하는 폭을 갖는 적층체를 기판상에 형성하는 공정과, 상기 적층체의 트랙폭의 방향 양측에 경질자성체로 이루어진 하드바이어스층을 형성하는 공정과, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭의 방향과 수직방향으로 실온에서 또는 어닐링을 실시하면서 자계를 작용시키고, 보자력증대층의 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 자화방향을 고정하는 공정과, 상기 보자력증대층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하고, 하드바이어스층을 착자하여 종바이어스 자계를 프리자성층에 작용시키는 것이다.In addition, a manufacturing method of the present invention is characterized by including the steps of: forming a laminate having a coercive force increasing layer, a stationary magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer and having a width corresponding to a track width on a substrate; Forming a hard bias layer made of a hard magnetic material on both sides in the width direction and applying a magnetic field to the fixed magnetic layer adjacent to the coercive force increasing layer at room temperature or in a direction perpendicular to the track width direction, A step of applying a magnetic field smaller than the coercive force of the coercive force increasing layer in the direction of the track width and magnetizing the hard bias layer to magnetize the longitudinal bias magnetic field Magnetic layer.

본 발명의 제조방법은, 보자력증대층과 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층과 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층을 기판상에 형성하는 공정과, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭의 방향과 수직방향으로 자계를 작용시키면서 실온에서 착자 또는 제 1 열처리 온도로 어닐링하여 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 자화방향을 고정하는 공정과, 상기 종바이어스층을 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하면서 어닐링하여 일방향성인 교화결합자계에 의해 종바이어스 자계를 발생시키는 공정과, 트랙폭의 방향에 상당하는 폭의 상기 반강자성층을 제거하는 공정을 구비하는 것이다.The manufacturing method of the present invention includes the steps of forming on the substrate a coercive enhancement layer, a fixed magnetic layer, a non-magnetic conductive layer, a free magnetic layer and a longitudinal bias layer made of a second antiferromagnetic substance, Annealing at room temperature or annealing at a first heat treatment temperature while applying a magnetic field in a direction perpendicular to the track width direction to increase the coercive force of the fixed magnetic layer by an exchange coupling magnetic field to fix the magnetization direction; A step of annealing while applying a magnetic field smaller than the coercive force of the magnetic layer in the direction of track width to generate a longitudinal bias magnetic field by a unidirectional exciting coupling magnetic field and a step of removing the antiferromagnetic layer having a width corresponding to the track width direction Respectively.

상기 트랙폭의 방향의 어닐링은 제 1 열처리 온도보다도 높은 제 2 열처리 온도로 실시하는 것이 바람직하다.The annealing in the direction of the track width is preferably performed at a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature.

본 발명의 제조방법은, 보자력증대층과 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층을 기판상에 연속형성하는 공정과, 상기 프리자성층상에 소정의 트랙폭을 두어 강자성층을 형성하고, 또한 강자성층상에 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층을 형성하는 공정과, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭의 방향과 수직방향으로 자계를 작용시키면서 실온에서 착자처리 또는 제 1 온도로 어닐링하여 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 자화방향을 고정하는 공정과, 상기 반강자성층을 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하면서 실온 또는 어닐링하여 일방향성인 교화결합자계에 의해 종바이어스 자계를 발생시키는 공정을 구비하는 것이다.A manufacturing method of the present invention is a manufacturing method comprising the steps of continuously forming a coercive force enhancement layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer and a free magnetic layer on a substrate; forming a ferromagnetic layer with a predetermined track width on the free magnetic layer, A step of forming a seed bias layer made of a second antiferromagnetic material on the layer and a step of magnetizing the seed layer at a first temperature or annealing at a first temperature while applying a magnetic field to the pinned magnetic layer adjacent to the coercive force increasing layer in a direction perpendicular to the track width direction A step of fixing the magnetization direction by increasing the coercive force of the fixed magnetic layer by an exchange coupling magnetic field; and a step of magnetizing the antiferromagnetic layer at room temperature or annealing while applying a magnetic field smaller than the coercive force of the fixed magnetic layer in the track width direction, And a step of generating a longitudinal bias magnetic field by the magnetic field generating means.

본 발명의 제조방법은, 보자력증대층과 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층을 갖고, 트랙폭에 상당하는 폭을 갖는 적층체를 기판상에 형성하는 공정과, 상기 적층체의 트랙폭의 방향 양측에 강자성층을 형성하여 그 강자성층상에 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층을 형성하는 공정과, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭의 방향과 수직방향으로 자계를 작용시키면서 실온에서 착자처리 또는 제 1 온도로 어닐링하여 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 자화방향을 고정하는 공정과, 상기 반강자성층과 강자성층에 상기 보자력증대층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하면서 어닐링하여 일방향성인 교환결합자계에 의해 종바이어스 자계를 발생시키는 공정을 구비하는 것이다.The manufacturing method of the present invention includes the steps of forming a laminate having a coercive force increasing layer, a stationary magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer and having a width corresponding to a track width on a substrate; Forming a permanent-type bias layer made of a second anti-ferromagnetic material on the ferromagnetic layer by forming a ferromagnetic layer on both sides of the ferromagnetic layer in a direction perpendicular to the track width direction, A magnetization direction of the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer is set to a value smaller than the coercive force of the coercive-force-generating layer in the magnetization direction by an exciting process or annealing at a first temperature to increase the coercive force of the fixed magnetic layer by an exchange- And generating a longitudinal bias magnetic field by an exchange coupling magnetic field which is unidirectional.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시형태에 관하여 설명한다.Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[제 1 실시형태][First Embodiment]

도 1 과 도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태인 박막자기헤드에 구비되는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 일례를 나타낸 단면도이다.Figs. 1 and 2 are cross-sectional views showing an example of a spin-valve type magnetoresistance effect element provided in a thin film magnetic head according to a first embodiment of the present invention.

도 1 에 나타난 구조는, 예를 들면 도 3 내지 도 5 에 예시하는 부상주행식의 박막자기헤드에 설치되는 구조이고, 이 예의 박막자기헤드 (150) 는 하드디스크장치 등에 탑재된 것이다.The structure shown in Fig. 1 is, for example, a structure provided on a thin-film magnetic head of the floating type shown in Figs. 3 to 5, and the thin-film magnetic head 150 of this example is mounted on a hard disk device or the like.

이 예의 박막자기헤드 (150) 의 슬라이더 (151) 는, 도 3 에 있어서 부호 155 로 나타낸 측이 디스크면의 이동방향의 상류측을 향하는 리딩측이고, 부호 156 으로 나타낸 측이 하류측을 향하는 트레일링측이다. 이 슬라이더 (151) 의 자기디스크에 대향하는 면에서는, 레일형상의 ABS 면 (에어베어링면 : 레일부의 부상면 ;151a, 151a, 151b) 과 홈형의 에어그루브 (151c, 151c) 가 형성되어 있다. 또한, 이 예의 슬라이더 (151) 는 Al2O3-TiC (상품명 : 알틱) 등의 세라믹 등이다.The slider 151 of the thin-film magnetic head 150 of this example is a leading side with reference numeral 155 in Fig. 3 facing the upstream side in the moving direction of the disk surface, and a side indicated by reference numeral 156 is a trailing side Ring side. On the surface of the slider 151 facing the magnetic disk, rail-shaped ABS surfaces (air bearing surfaces: floating surfaces 151a, 151a and 151b of rail portions) and groove-shaped air grooves 151c and 151c are formed . Further, the slider 151 of this example is a ceramic such as Al 2 O 3 -TiC (trade name: ALTIC).

그리고, 이 슬라이더 (151) 의 트레일링측의 단면 (151d) 에는 자기코어부 (157) 가 설치되어 있다.A magnetic core portion 157 is provided on the trailing side end face 151d of the slider 151. [

이 예에 있어서 나타낸 박막자기헤드의 자기코어부 (157) 는, 도 4 및 도 5 에 나타낸 단면구조의 복합형 자기코어구조이고, 슬라이더 (151) 의 트레일링측 단면 (151d) 상에 판독헤드 (스핀밸브형 자기저항 효과소자를 이용한 GMR 헤드 ; h1) 와 기입헤드 (인덕티브헤드 ; h2) 가 적층되어 구성되어 있다.The magnetic core portion 157 of the thin film magnetic head shown in this example is a composite magnetic core structure having the sectional structure shown in Figs. 4 and 5, and is provided with a read head (not shown) on the trailing side end face 151d of the slider 151 A GMR head h1 using a spin valve type magnetoresistance effect element and a write head (inductive head) h2 are laminated.

이 예의 GMR 헤드 (h1) 는, 슬라이더 (151) 의 트레일링측 단부에 형성된 알루미나 (Al2O3) 등의 절연체로 이루어진 보호층 (162) 상의 자성합금으로 이루어진 하부실드층 (163) 상에 알루미나 (Al2O3) 등의 절연체로 이루어진 하부갭층 (164) 가 설치되어 있다.In this example, GMR head (h1), the alumina on the lower shield layer 163 is made of a magnetic alloy on the protective layer 162 made of an insulator such as alumina (Al 2 O 3) formed on the trail ringcheuk end of the slider 151 And a lower gap layer 164 made of an insulator such as Al 2 O 3 .

그리고, 하부갭층 (164) 상에는, 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 가 적층되어 있다. 이 자기저항 효과소자 (GMR 1) 상에는, 상부갭층 (166) 이 형성되고, 그 위에 상부실드층 (167) 이 형성되어 있다. 이 상부실드층 (167) 은, 그 위에 설치되는 인덕티브헤드 (h2) 의 하부코어층과 겸용으로 되어 있다.A spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 1) is laminated on the lower gap layer 164. On the magneto-resistance effect element GMR 1, an upper gap layer 166 is formed, and an upper shield layer 167 is formed thereon. The upper shield layer 167 serves also as a lower core layer of the inductive head h2 provided thereon.

다음으로, 인덕티브헤드 (h2) 는, 상기 상부실드층 (167) 과 겸용으로 된 하부코어층 상에 갭층 (174) 이 형성되고, 그 위에 평면적으로 나선형상이 되도록 패턴화된 코일 (176) 이 형성되어 있다. 상기 코일 (176) 은 절연재료층으로 둘러싸여 있다. 절연재료층 (177) 상에 형성된 상부코어층 (178) 은, 그 선단부 (178a) 를 ABS 면 (151b) 에서 하부코어층 (167) 에 미소간격을 두어 대향시키고, 그 기단부 (178b) 를 하부코어층 (167) 과 자기적으로 접촉시켜 설치되어 있다.Next, the inductive head h2 includes a gap layer 174 formed on the lower core layer serving also as the upper shield layer 167, and a coil 176 patterned to have a helical shape in a planar manner thereon Respectively. The coil 176 is surrounded by a layer of insulating material. The upper core layer 178 formed on the insulating material layer 177 has its distal end portion 178a opposed to the lower core layer 167 at a very small distance from the ABS surface 151b, And is magnetically in contact with the core layer 167.

또한, 상부코어층 (178) 상에는, 알루미나 등으로 이루어진 보호층 (179) 이 설치되어 있다.On the upper core layer 178, a protective layer 179 made of alumina or the like is provided.

전술한 구조의 GMR 헤드 (h1) 는, 하드디스크의 디스크 등의 자기기록매체로부터의 미소한 누출자계의 유무에 의해 스핀밸브형의 자기저항 효과소자 (GMR 1) 의 저항을 변화시키고, 이 저항변화를 판독함으로써 자기기록매체의 기록내용을 판독하는 것이다.The GMR head h1 having the above-described structure changes the resistance of the spin valve type magnetoresistive element GMR 1 by the presence or absence of a minute leakage magnetic field from a magnetic recording medium such as a disk of a hard disk, And reading the recorded contents of the magnetic recording medium by reading the change.

다음으로, 전술한 구조의 인덕티브헤드 (h2) 에서는, 코일 (176) 에 기록전류가 부여되고, 코일 (176) 에서 코어층으로 기록전류가 부여된다. 그리고, 인덕티브헤드 (h2) 는, 자기갭 (G) 의 부분에서의 하부코어층 (167) 과 상부코어층 (178) 의 선단부로부터의 누출자계에 의해 하드디스크 등의 자기기록매체에 자기신호를 기록하는 것이다.Next, in the inductive head h2 having the above-described structure, a write current is applied to the coil 176, and a write current is applied to the core layer in the coil 176. [ The inductive head h2 is configured to apply a magnetic signal to a magnetic recording medium such as a hard disk by a leakage magnetic field from the tip end portions of the lower core layer 167 and the upper core layer 178 in the magnetic gap G, .

지금까지, 박막자기헤드 (150) 의 전체구조에 관하여 설명하였지만, 다음은 본 발명의 주요부인 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 에 관하여 도 1 과 도 2 를 기초로 상세히 설명한다.The entire structure of the thin film magnetic head 150 has been described so far. Next, the spin valve type magnetoresistive element (GMR 1), which is the main part of the present invention, will be described in detail with reference to Figs. 1 and 2.

하드디스크 등의 자기기록매체의 이동방향은 도 1, 도 2 의 Z 방향이고, 자기기록매체로부터의 누출자계의 방향은 도 1, 도 2 의 Y 방향이다.The direction of movement of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in Figs. 1 and 2, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction in Figs.

이 실시형태의 구조에 있어서, 슬라이더 (151) 상의 하부갭층 (164) 상에 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 가 형성되어 있다.In the structure of this embodiment, a spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 1) is formed on the lower gap layer 164 on the slider 151.

도 1 과 도 2 는 본 발명에 따른 스핀밸브형의 자기저항 효과소자의 일 실시형태를 나타낸 것이고, 하부갭층 (164) 상에 트랙폭 (Tw) 에 근사한 폭으로 보자력증대층 (1) 과 고정자성층 (2) 과 비자성 도전층 (3) 과 프리자성층 (4) 과 보호층 (5) 이 순서대로 적층되고, 이들에 의해 단면대칭 사다리꼴 형상의 적층체 (6) 가 형성되고, 적층체 (6) 의 트랙폭의 방향 양측에 적층체 (6) 의 양 경사면에 접하는 형상의 경자성재료로 이루어진 하드바이어스층 (7) 이 형성되고, 각 하드바이어스층 (7) 상에 전류리드층 (8) 이 적층되어 있다. 또한, 이 형태의 구조에 있어서는, 고정자성층 (2) 이 비자성중간층 (10) 을 개재시켜 보자력증대층 (1) 측의 제 1 부고정자성층 (11) 과 비자성 도전층 (3) 측의 제 2 부고정자성층 (12) 으로 분리되어 있다. 또한, 이 형태의 구조에 있어서는, 프리자성층 (4) 이 비자성 도전층 (3) 측의 제 1 프리층 (13) 과 제 2 프리층 (14) 으로 구성되어 있다.1 and 2 show one embodiment of a magnetoresistive element of the spin valve type according to the present invention. The magneto-resistive element 1 is fixed on the lower gap layer 164 with a width close to the track width Tw, The magnetic layer 2, the nonmagnetic conductive layer 3, the free magnetic layer 4 and the protective layer 5 are laminated in this order to form a laminate 6 having a symmetrical trapezoidal cross section in the order mentioned, A hard bias layer 7 made of a hard magnetic material having a shape in contact with both inclined surfaces of the multilayer body 6 is formed on both sides in the track width direction of the hard bias layer 7 and the current lead layer 8 ) Are stacked. In this structure, the pinned magnetic layer 2 is formed on the side of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the side of the non-magnetic conductive layer 3 on the side of the coercive force increasing layer 1 via the non-magnetic intermediate layer 10, And a second-part-stationary magnetic layer (12). In this type of structure, the free magnetic layer 4 is composed of the first free layer 13 and the second free layer 14 on the nonmagnetic conductive layer 3 side.

상기 보자력증대층 (1) 은, 그 위에 형성되는 고정자성층 (2) 에 교환결합자계를 작용시켜 고정자성층 (2) 의 보자력을 증대시키고, 고정자성층 (2) 의 자화의 방향을 핀고정하기 위한 것으로서, 이 보자력증대층 (1) 은 반강자성체, 특히 산화물 반강자성체로 구성되는 것이 바람직하며, 구체예로서 α-Fe2O3, NiO, CoO 를 예시할 수 있지만, α-Fe2O3가 가장 바람직하다.The coercive force increasing layer 1 is a layer for increasing the coercive force of the fixed magnetic layer 2 by applying an exchange coupling magnetic field to the fixed magnetic layer 2 formed thereon and for pinning the magnetization direction of the fixed magnetic layer 2 Specifically, it is preferable that the coercive force increasing layer 1 is made of an antiferromagnetic substance, particularly an oxide antiferromagnetic substance. Specific examples thereof include? -Fe 2 O 3 , NiO and CoO, but? -Fe 2 O 3 Most preferred.

상기 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 은, 예를 들면 Co, NiFe 합금, CoNiFe 합금, CoFe 합금 등으로 구성되어 있다.The first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 are made of, for example, Co, a NiFe alloy, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, or the like.

다음으로, 도 1, 2 에 나타낸 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 간에 개재하는 비자성중간층 (10) 은, Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.Next, the non-magnetic intermediate layer 10 interposed between the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 shown in Figs. 1 and 2 is formed of a material selected from the group consisting of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, It is preferable that it is formed of a species or two or more kinds of alloys.

도 1, 2 에 나타낸 바와 같이 프리자성층 (4) 은, 2 층으로 형성되어 있고, 상기 비자성 도전층 (3) 에 접하는 측에 형성된 제 1 프리층 (13) 은 Co 막으로 형성되어 있다. 또한, 제 2 프리층 (14) 은, NiFe 합금 및 CoFe 합금, 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있다. 또한, 비자성 도전층 (3) 에 접하는 측에 Co 인 제 1 프리층 (13) 을 형성하는 이유는, Cu 에 의해 형성된 상기 비자성 도전층 (3) 과의 계면에서의 금속원소 등의 확산을 방지할 수 있고, 또한 △MR (저항변화율) 을 크게 할 수 있기 때문이다.As shown in Figs. 1 and 2, the free magnetic layer 4 is formed of two layers, and the first free layer 13 formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 3 is formed of a Co film. The second free layer 14 is made of a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. The reason why the first free layer 13 of Co is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 3 is that the diffusion of the metal element or the like at the interface with the nonmagnetic conductive layer 3 formed by Cu Can be prevented, and ΔMR (rate of change in resistance) can be increased.

이것은, 비자성 도전층 (3) 을 강자성의 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 의 사이에 끼우는 구조의 거대자기저항 효과 발생기구에 있어서는, Co 와 Cu 의 계면에서 전도전자의 스핀의존산란의 효과가 큰 것, 및 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 을 같은 종류의 재료로 구성하는 편이 다른 종류의 재료로 구성하는 것보다도, 전도전자의 스핀의존산란 이외의 인자가 발생할 가능성이 낮고, 보다 높은 자기저항 효과를 얻을 수 있음에 기인하고 있다. 이와 같은 이유로, 제 2 부고정자성층 (12) 을 Co 로부터 구성한 경우는, 프리자성층 (4) 에 있어서 비자성 도전층 (3) 측의 제 1 프리층 (13) 을 소정의 두께의 Co 층으로 한 구조가 바람직하다. 또한, 본 실시형태와 같이 Co 층을 특별히 구별하여 설치하지 않아도 프리자성층 (4) 을 단층구조로서, 그 비자성 도전층 (3) 측을 Co 를 많이 포함시킨 합금상태로 하고, 보호층 (5) 측을 향함에 따라 서서히 Co 농도가 엷어지는 농도구배의 합금층으로 할 수도 있다.This is because in the magneto-resistance effect generating mechanism having the structure in which the nonmagnetic conductive layer 3 is sandwiched between the ferromagnetic fixed magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4, spin dependent scattering of conduction electrons at the interface between Co and Cu And the possibility that factors other than the spin-dependent scattering of the conduction electrons are generated are more likely to occur than those in which the stationary magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 are made of the same kind of material, And a higher magnetoresistance effect can be obtained. For this reason, when the second sub-pinned magnetic layer 12 is made of Co, the first free layer 13 on the side of the non-magnetic conductive layer 3 in the free magnetic layer 4 is formed into a Co layer having a predetermined thickness One structure is preferable. Further, as in the present embodiment, the free magnetic layer 4 has a single-layer structure, the non-magnetic conductive layer 3 side is made of an alloy state containing a large amount of Co, and the protective layer 5 ), The alloy layer may have a concentration gradient in which the Co concentration gradually decreases.

또한, 상기 보호층 (5) 은 Ta 등의 고온에서 안정적인 내산화성이 우수한 금속재료로 이루어진 것이 바람직하다.Further, the protective layer 5 is preferably made of a metal material which is stable at high temperatures such as Ta and has excellent oxidation resistance.

한편, 도 2 에 나타낸 하드바이어스층 (7) 은, Co-Pt 합금 또는 Co-Cr-Pt 합금 등의 경자성재료로 이루어지고, 전류리드층 (8) 은 Au, Ta, W 또는 Cr 등의 도전재료로 이루어진다. 상기 하드바이어스층 (7) 은 상기 프리자성층 (4) 에 바이어스 자계를 작용시켜 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 도 2 의 화살표로 나타낸 바와 같이 X1 방향으로 갖추어 프리자성층 (4) 을 단일자성구획화하기 위한 것이다.On the other hand, the hard bias layer 7 shown in Fig. 2 is made of a hard magnetic material such as a Co-Pt alloy or a Co-Cr-Pt alloy, and the current lead layer 8 is made of Au, Ta, Conductive material. The hard bias layer 7 applies a bias magnetic field to the free magnetic layer 4 to align the magnetization direction of the free magnetic layer 4 in the X1 direction as shown by an arrow in FIG. It is for partitioning.

그러나, 도 1 에 나타낸 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 에 나타난 화살표는 각각의 자기모멘트의 크기 및 그 방향을 나타내고 있고, 자기모멘트의 크기는 포화자기 (Ms) 와 막두께 (t) 를 곱한 값으로 선정된다.However, the arrows in the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 shown in Fig. 1 indicate the magnitude and the direction of the respective magnetic moments, And the film thickness t.

도 2 에 나타낸 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 은 동일한 재질, 예를 들면 Co 막으로 형성되고, 게다가 제 2 부고정자성층 (12) 의 막두께 (tP2) 가 제 1 부고정자성층 (11) 의 막두께 (tP1) 보다도 크게 형성되어 있기 때문에, 제 2 부고정자성층 (12) 쪽이 제 1 부고정자성층 (11) 에 비해 자기모멘트가 크게 되어 있다.The first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 shown in FIG. 2 are formed of the same material, for example, a Co film, and the film thickness tP 2 of the second- that is the film thickness (tP 1) of all because it is largely formed, the second portion fixed magnetic layer 12 side of the magnetic moment relative to the first part fixed magnetic layer 11 of the first part fixed magnetic layer 11 largely.

또한, 본 실시형태에서는, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 이 서로 다른 자기모멘트를 가질 것을 필요가 있으므로, 제 1 부고정자성층(11) 의 막두께 (tP1) 가 제 2 부고정자성층 (12) 의 막두께 (tP2) 보다 두껍게 형성될 수도 있다.In this embodiment, since the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 need to have different magnetic moments, the film thickness tP 1 of the first sub-pinned magnetic layer 11 May be formed to be thicker than the film thickness tP 2 of the second sub-pinned magnetic layer 12.

이와 같은 배경에서, 제 1 부고정자성층 (11) 의 두께는 1 내지 7 ㎚ 의 범위가 바람직하고, 제 2 부고정자성층 (12) 의 두께는 1 내지 7 ㎚ 의 범위가 바람직하고, 양자의 막두께차는 0.2 ㎚ 정도 이상인 것이 바람직하다. 또한, 비자성중간층 (10) 의 두께는 0.5 내지 1 ㎚ 의 범위가 바람직하다.In such a background, the thickness of the first sub-pinned magnetic layer 11 is preferably in the range of 1 to 7 nm, and the thickness of the second sub-pinned magnetic layer 12 is preferably in the range of 1 to 7 nm, The thickness difference is preferably about 0.2 nm or more. The thickness of the non-magnetic intermediate layer 10 is preferably in the range of 0.5 to 1 nm.

상기 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 의 두께가 상기의 범위를 초과하면 자기저항 효과에 기여하지 않는 전도전자의 분류가 많아지고, 저항변화율이 저하되기 때문에 바람직하지 않고, 상기의 범위보다 낮으면 소자저항이 지나치게 커짐과 동시에 저항변화율이 현저하게 저하되기 때문에 바람직하지 않다.If the thicknesses of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 exceed the above-mentioned range, the classification of the conduction electrons that do not contribute to the magnetoresistive effect increases, If it is lower than the above range, the device resistance becomes excessively large and the rate of change of resistance remarkably decreases, which is not preferable.

도 2 에 나타낸 바와 같이 제 1 부고정자성층 (11) 은 도시 Y 방향, 즉 기록매체로부터 분리되는 방향 (소자높이방향) 으로 자화되고, 비자성중간층 (10) 을 개재시켜 대향하는 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화는 상기 제 1 부고정자성층 (11) 의 자화방향과 반평행 (페리상태) 으로 자화된다.As shown in Fig. 2, the first sub-pinned magnetic layer 11 is magnetized in the Y direction, that is, the direction separating from the recording medium (element height direction), and the second sub- The magnetization of the magnetic layer 12 is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the first sub-pinned magnetic layer 11 (ferri-state).

제 1 부고정자성층 (11) 은, 보자력증대층 (1) 에 접하여 형성되고, 보자력증대층 (1) 이 작용시키는 교환결합자계에 의해 자화의 방향이 Y 방향으로 핀고정된다. 또한, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 이 비자성중간층 (10) 을 개재시켜 대치함으로 인한 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해, 자기모멘트가 큰 제 2 부고정자성층 (12) 의 보자력이 증대되고, 착자처리 또는 자장 중에서 어닐링처리를 실시한 결과, 그 자화의 방향이 도 1 의 Y 방향과 180° 다른 방향으로 핀고정된다.The first part stationary magnetic layer 11 is formed in contact with the coercive force increasing layer 1 and the direction of magnetization is pinned in the Y direction by an exchange coupling magnetic field exerted by the coercive force increasing layer 1. In addition, by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) due to the substitution of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 via the non-magnetic intermediate layer 10, The coercive force of the pinned magnetic layer 12 is increased and the magnetization direction is pinned in the direction different from the Y direction by 180 degrees as a result of the magnetizing process or the annealing process in the magnetic field.

교환결합자계가 클수록 제 1 부고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화를 안정되게 반평행상태로 유지할 수 있고, 특히 본 실시형태에서는 보자력증대층 (1) 으로서 블로킹온도가 높은 α-Fe2O3를 사용함으로써 상기 제 1 부고정자성층 (11) 및 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화상태를 열적으로도 안정되게 유지할 수 있다. 또한, α-Fe2O3인 보자력증대층의 내열성이 우수한 것은, 본 발명자들이 이미 일본 공개특허공보 평 10-112562 호 명세서에 기재된 바와 같이, α-Fe2O3의 네일온도는 677℃, 블로킹온도는 320℃ 로서, FeMn (블로킹온도 150℃), NiO (블로킹온도 230℃) 등의 반강자성체에 비교하여 훨씬 내열성이 우수하다.The magnetization of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the magnetization of the second sub-pinned magnetic layer 12 can be stably maintained in the antiparallel state as the exchange coupling magnetic field is increased. Particularly in this embodiment, as the coercive force increasing layer 1, The magnetization state of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 can be maintained thermally stably by using? -Fe 2 O 3 having a high temperature. The reason why the coercive force increasing layer of? -Fe 2 O 3 is excellent in heat resistance is that the nail temperature of? -Fe 2 O 3 is 677 ° C as described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-112562, The blocking temperature is 320 ° C, which is much superior to the antiferromagnetic materials such as FeMn (blocking temperature 150 ° C) and NiO (blocking temperature 230 ° C).

여기서, 고정자성층 (2) 의 자화를 핀고정하기 위한 반강자성층으로서, 종래 반강자성체의 일방향 이방성을 이용한 것이 알려져 있고, 구체적으로는 Fe-Mn 합금층, Ni-Mn 합금층, Fe-Pt-Mn 합금층 등이 알려져 있다.The Fe-Mn alloy layer, the Ni-Mn alloy layer, the Fe-Pt-Mn alloy layer, and the Fe-Pt alloy layer are known as the antiferromagnetic layer for pinning the magnetization of the pinned magnetic layer 2, Mn alloy layer and the like are known.

이들의 일방향 이방성을 갖는 합금은, 도 6 에 나타낸 바와 같이 세로로 가늘면서 긴 히스테리시스의 MH 커브를 나타내는 것들이고, 히스테리시스의 중심이 횡축인 자계 0 의 위치에서 밀린 형태로 나타나는 일방향 이방성을 이용하여 고정자성층의 자화의 핀고정을 실시하는 것이다.These alloys having unidirectional anisotropy are longitudinally narrow and long hysteresis MH curves as shown in Fig. 6, and are fixed by using a one-directional anisotropy expressed in a form of pushing at the position of the magnetic field 0 where the center of the hysteresis is horizontal And pinning the magnetization of the magnetic layer is performed.

이에 대해 본 발명에서 이용하는 보자력차형(保磁力差型)인 보자력증대층(1) + 고정자성층의 적층체가 나타낸 MH 루프는, 도 7 에 나타낸 바와 같이 좌우대칭으로 옆으로 퍼진 각형비(角形比)가 큰 MH 루프를 나타낸다. 도 6 에 나타낸 일방향 이방성을 이용한 핀고정기구에서는 교환결합자계 (Hex) 를 초과하지 않으면 자화는 변화되지 않지만, 도 7 에 나타낸 고보자력을 이용한 핀고정기구에서는 보자력 이내의 자계이면 자화는 일정하게 된다. 도 6 에 나타낸 경우와 도 7 에 나타낸 경우는 모두 도 6 과 도 7 의 화살표로 나타낸 바와 같이, 예를 들면 위를 향하는 (↑) 자화를 얻을 수 있는 것이고, 어느 경우에 있어서도 고정자성층에 대해 핀고정력을 얻을 수 있다.On the other hand, the MH loop shown by the laminate of the coercive force increasing layer 1 and the pinned magnetic layer, which is the coercive force difference type used in the present invention, has a square-shaped ratio spreading laterally symmetrically as shown in FIG. Represents a large MH loop. In the pinning mechanism using the unidirectional anisotropy shown in Fig. 6, the magnetization is not changed unless the exchange coupling magnetic field Hex is exceeded. However, in the pinning mechanism using the high coercive force shown in Fig. 7, . 6 and 7 can be obtained by, for example, upward magnetization (↑), as shown by the arrows in FIGS. 6 and 7. In either case, the magnetization of the pin A fixing force can be obtained.

도 6 과 도 7 에 나타낸 MH 커브를 참조하면, 종래의 반강자성재료의 일방향 이방성을 이용하여 고정자성층의 자화의 핀고정을 실시하는 경우의 자화기구와 본원발명의 보자력증대층을 이용하는 경우의 자화기구의 차이를 이해할 수 있다.Referring to the MH curves shown in Figs. 6 and 7, the magnetization mechanism in the case of pinning the magnetization of the pinned magnetic layer using the one-directional anisotropy of the conventional antiferromagnetic material and the magnetization in the case of using the coercive- I can understand the difference of the mechanism.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 과의 막두께비를 적정한 범위 내로 조절하고, α-Fe2O3등의 산화물 반강자성체의 보자력증대층 (1) 을 이용함으로써 교환결합자계에 기초한 보자력 (Hcp) 을 크게 할 수 있고, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화를 열적으로도 안정된 반평행상태 (페리상태) 로 유지할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the film thickness ratio between the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 is adjusted to an appropriate range and the coercive force of the oxide antiferromagnetic substance such as? -Fe 2 O 3 is increased The coercive force Hcp based on the exchange coupling magnetic field can be increased by using the layer 1 and the magnetization of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 can be maintained in a thermally stable antiparallel state Ferritic state).

다음으로, α-Fe2O3의 보자력증대층 (1) 이 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 으로 이루어진 고정자성층 (2) 의 자화를 핀고정할 때의 핀고정력인 교환결합자계에 기초한 보자력 (Hcp) 의 크기는, 제 1 부고정자성층 (11)과 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화의 방향이 반평행인 관계로 양 고정자성층 (11, 12) 의 자기모멘트인 합성모멘트로 좌우된다.Next, when the coercive force enhancement layer 1 of? -Fe 2 O 3 pin-fixes the magnetization of the fixed magnetic layer 2 composed of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12, The magnitude of the coercive force (Hcp) based on the exchange coupling magnetic field, which is a fixed force, is such that the directions of magnetization of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 are antiparallel, Which are the magnetic moments of the magnetic field.

즉, Hcp = E/(Msㆍt) 의 관계 (단, E 는 에너지로 정수, Ms 는 고정자성층 전체의 포화자화, t 는 고정자성층 전체의 두께) 가 성립하는 것이 알려져 있기 때문에, 교환결합에 기초한 보자력 (Hcp) 의 값을 크게 하기 위해서는 고정자성층 전체의 Msㆍt 의 값을 작게 하는 것이 필요해진다.That is, since it is known that Hcp = E / (Ms · t) (where E is an integer with energy, Ms is the saturation magnetization of the whole fixed magnetic layer, and t is the thickness of the whole fixed magnetic layer) In order to increase the value of the coercive force (Hcp) based on the magnetic field, it is necessary to reduce the value of Ms 占 of the entire fixed magnetic layer.

도 1 에 나타낸 바와 같이 이 실시형태의 구조에 있어서는, 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트 (MsㆍtP2) 가 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트 (MsㆍtP1) 보다도 크기 때문에, 합성 자기모멘트는 (MsㆍtP2) - (MsㆍtP1) 로 나타나는 결과, 이 합성 자기모멘트에 대해 보자력증대층 (1) 이 핀고정하게 되기 때문에, 고정자성층이 단층구조인 경우보다도 유효하게 교환결합을 작용시킬 수 있는 결과, 교환결합에 기초한 보자력은 큰 값을 나타내게 된다.1, in the structure of this embodiment, the magnetic moment (Ms · tP 2 ) of the second sub-pinned magnetic layer 12 is larger than the magnetic moment (Ms · tP 1 ) of the first sub-pinned magnetic layer 11 Therefore, the synthetic magnetic moment (Ms and tP 2) size - since (Ms and tP 1) result, be a composite fixed a pin coercive force increasing layer (1) for magnetic moment indicated by, if the fixed magnetic layer is a single layer structure As a result, the coercive force based on the exchange coupling exhibits a large value.

따라서, 도 1 과 도 2 에 나타낸 제 1 실시형태의 구조에 있어서는, 단층구조의 고정자성층을 설치한 구조보다도 훨씬 높은 핀고정력을 얻을 수 있는 효과가 있다. 구체적으로는, 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이 2000 내지 5000 Oe 의 매우 큰 고정자성층 (2) 의 보자력 (Hcp) 을 얻을 수 있다.Therefore, the structure of the first embodiment shown in Figs. 1 and 2 has an effect of obtaining a pin fixing force much higher than that of a structure in which a fixed magnetic layer having a single-layer structure is provided. Concretely, the coercive force (Hcp) of a very large fixed magnetic layer 2 of 2000 to 5000 Oe can be obtained as shown in Examples to be described later.

여기서 고정자성층 (2) 의 보자력 (Hcp) 이란, 보자력증대층 (1) 의 교환결합을 받아 보자력이 증대된 결과로서 고정자성층 (2) 이 발휘하는 보자력을 말하고, 이 보자력보다도 큰 외부자계를 인가하지 않으면 핀고정된 고정자성층 (2) 의자화는 변화되지 않는 것을 의미한다. 따라서 고정자성층 (2) 이 자기기록매체로부터의 누출자계를 받을 정도로 자화의 핀고정력에 전혀 영향을 받지 않는 것은 물론, 하드바이어스층 (7) 이 발생시키는 자계에 의해서도 핀고정력에 전혀 영향을 받지 않는 특징을 갖는다.Here, the coercive force (Hcp) of the fixed magnetic layer (2) refers to the coercive force exerted by the fixed magnetic layer (2) as a result of the increase in coercive force due to exchange coupling of the coercive force increasing layer (1) It means that the pinning of the pinned magnetic layer 2 is not changed. Therefore, the pinned magnetic force of the pinned magnetic layer 2 is not affected by the pinning force of magnetization to such an extent that the pinned magnetic layer 2 receives the leakage magnetic field from the magnetic recording medium, and the magnetic force generated by the hard bias layer 7 .

도 1, 2 에 나타낸 구조라면, 소자에 센스전류가 흐른 상태에서 자기기록매체로부터의 누출자속이 작용한 경우, 보자력증대층 (1) 의 존재에 의해 고정자성층 (2) 이 자기적 교환결합을 받아 보자력이 증대되어 그 자화의 방향이 핀고정되어 있고, 프리자성층 (4) 의 자화의 방향이 트랙폭 (Tw) 에 상당하는 영역에 있어서 자유롭게 되는 결과 거대자기저항 효과가 얻어진다. 즉, 자화의 회전이 자유롭게 된 프리자성층 (4) 에 자기기록매체로부터의 누출자계 등과 같은 외부자계가 작용하면 프리자성층 (4) 의 자화의 방향이 용이하게 회전되지만, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화의 방향은 변화되지 않기 때문에, 프리자성층 (4) 의 자화의 회전에 따라 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 에 저항변화가 발생하며 이 저항변화를 측정함으로써 자기기록매체의 자기정보를 판독할 수 있다.1 and 2, when the leak magnetic flux from the magnetic recording medium acts in a state in which the sense current flows in the element, the presence of the coercive force enhancement layer 1 causes the fixed magnetic layer 2 to perform magnetic exchange coupling The magneto coercive force is increased and the direction of magnetization is pinned and the magnetization direction of the free magnetic layer 4 becomes free in the region corresponding to the track width Tw. That is, if an external magnetic field such as a leakage magnetic field from the magnetic recording medium acts on the free magnetic layer 4 in which the magnetization is freely rotated, the magnetization direction of the free magnetic layer 4 is easily rotated. However, And the magnetization direction of the second sub-pinned magnetic layer 12 do not change, resistance changes occur in the spin-valve type magnetoresistive element GMR 1 as the magnetization of the free magnetic layer 4 rotates, The magnetic information of the magnetic recording medium can be read by measuring the change.

또한, 이 저항변화시에 프리자성층 (4) 은 하드바이어스층 (7) 에 의해 종바이어스가 인가되어 단일자성구획화되고 자성구획의 구조가 안정화되어 있기 때문에, 바크하우젠 노이즈를 발생시키지 않는 원활한 저항변화가 얻어진다.Further, at the time of this change in resistance, the free magnetic layer 4 is subjected to longitudinal bias by the hard bias layer 7 to be single-magnetically partitioned and the structure of the magnetic section is stabilized. Therefore, a smooth resistance change that does not generate Barkhausen noise Is obtained.

다음으로, 도 1 과 도 2 에 나타낸 소자구조에 있어서의 센스전류자계에 관하여 설명한다.Next, the sense current magnetic field in the device structure shown in Figs. 1 and 2 will be described.

도 1, 2 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자에서는, 비자성 도전층 (3) 의 하측에 제 2 부고정자성층 (12) 이 형성되어 있다. 이 경우에 있어서는, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 중에서 자기모멘트가 큰 쪽의 고정자성층의 자화방향으로 센스전류자계의 방향을 맞춘다.In the spin-valve type magnetoresistance effect element shown in Figs. 1 and 2, the second sub-pinned magnetic layer 12 is formed below the non-magnetic conductive layer 3. In this case, the direction of the sense current magnetic field is matched to the magnetization direction of the fixed magnetic layer having the larger magnetic moment among the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트는 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트에 비해 크고, 상기 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트는 도시 Y 방향과 반대방향 (도시 왼쪽방향) 을 향하고 있다. 이 때문에, 상기 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트를 합친 합성 자기모멘트는 도시 Y 방향과 반대방향 (도시 왼쪽방향) 을 향하고 있다.1, the magnetic moment of the second sub-pinned magnetic layer 12 is larger than the magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 11, and the magnetic moment of the second sub-pinned magnetic layer 12 is larger than the magnetic moment of the second sub- Direction (the left direction of the city). Therefore, the composite magnetic moment, which is the sum of the magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the magnetic moment of the second sub-pinned magnetic layer 12, is directed in the direction opposite to the Y direction (the left direction in the drawing).

전술한 바와 같이, 비자성 도전층 (3) 은 제 2 부고정자성층 (12) 및 제 1 부고정자성층 (11) 의 상측에 형성되어 있다. 이 때문에, 주로 상기 비자성 도전층 (3) 을 중심으로 하여 흐르는 센스전류 (112) 에 의해 형성되는 센스전류자계는, 상기 비자성 도전층 (3) 보다도 하측에서 도시 왼쪽방향을 향하도록 상기 센스전류 (112) 를 흘리는 방향을 제어하면 된다. 이와 같이 하면, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 과의 합성 자기모멘트의 방향과 상기 센스전류자계의 방향이 일치한다.As described above, the non-magnetic conductive layer 3 is formed on the upper side of the second sub-pinned magnetic layer 12 and the first sub-pinned magnetic layer 11. Therefore, the sense current magnetic field formed mainly by the sense current 112 flowing around the non-magnetic conductive layer 3 is set to be lower than the non-magnetic conductive layer 3, The direction in which the current 112 flows may be controlled. In this way, the direction of the composite magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 coincides with the direction of the sense current magnetic field.

도 1 에 나타낸 바와 같이 상기 센스전류 (112) 는 도시 X1 방향으로 흐른다. 오른쪽나사의 법칙에 의해, 센스전류를 흘림으로써 형성되는 센스전류자계는, 지면에 대해 도 1 의 화살표로 나타낸 바와 같이 오른쪽방향 (시계방향) 으로 형성된다. 따라서, 비자성 도전층 (3) 보다도 하측의 층에는 도시방향 (도시 Y 방향과 반대방향) 의 센스전류자계가 인가되게 되고, 이 센스전류자계에 의해 고정자성층 (2) 의 합성 자기모멘트를 보강하는 방향으로 작용하고, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 간에 작용하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 가 증폭되고, 상기 제 1 부고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화의 반평행상태를 보다 열적으로 안정시킬 수 있게 된다.As shown in Fig. 1, the sense current 112 flows in the X1 direction. The sense current magnetic field formed by flowing the sense current by the right-hand screw rule is formed in the rightward direction (clockwise direction) as indicated by the arrow in Fig. 1 with respect to the paper surface. Therefore, a sense current magnetic field in the direction of the center (the direction opposite to the Y direction) is applied to the layer lower than the nonmagnetic conductive layer 3, and the composite magnetic moment of the pinned magnetic layer 2 is reinforced by this sense current magnetic field (RKKY interaction) acting between the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 is amplified and the magnetization of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub- The antiparallel state of the magnetization of the second-section pinned magnetic layer 12 can be more thermally stabilized.

특히 센스전류를 1 ㎃ 흘리면 약 30 Oe 정도의 센스전류자계가 발생하고, 또한 소자온도가 약 10℃ 정도 상승함이 판명되었다. 또한, 기록매체의 회전수는 10000 rpm 정도까지 빨라져 이 회전수의 상승에 의해 장치 내의 온도는 약 100℃ 까지 상승한다. 이 때문에, 예를 들면 센스전류를 10 ㎃ 흘린 경우, 스핀밸브형 박막자기소자의 소자온도는 약 200℃ 정도까지 용이하게 상승하고, 또한 센스전류자계도 300 Oe 로 커진다.In particular, it has been found that a sense current magnetic field of about 30 Oe is generated when the sense current is decreased by 1 mA, and the device temperature rises by about 10 ° C. Further, the number of revolutions of the recording medium is increased to about 10,000 rpm, and the temperature in the apparatus is raised to about 100 DEG C by the increase of the number of revolutions. For this reason, when the sense current is reduced by 10 mA, for example, the device temperature of the spin-valve thin film magnetic element easily rises to about 200 DEG C and the sense current magnetic field also becomes as large as 300 Oe.

이와 같은 매우 높은 환경온도 하에서, 게다가 큰 센스전류가 흐르는 경우에 있어서는, 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트와 제 2 부고정자성층 (12) 을 합쳐서 구할 수 있는 합성 자기모멘트의 방향과 센스전류자계의 방향이 반대방향이면, 제 1 부고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화와의 반평행상태가 깨지기 쉬워진다.When a large sense current flows at such a very high environmental temperature, the direction of the composite magnetic moment, which can be obtained by combining the magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12, The antiparallel state between the magnetization of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the magnetization of the second sub-pinned magnetic layer 12 is likely to be broken if the direction of the current magnetic field is opposite.

또한, 높은 환경온도 하에서도 견딜 수 있도록 하기 위해서는, 센스전류자계의 방향조절 외에 높은 블로킹온도를 갖는 재료를 보자력증대층 (1) 으로서 사용할 필요가 있고, 그 때문에 본 실시형태에서는 블로킹온도가 약 320℃ 정도인 α-Fe2O3을 사용하고 있다.Further, in order to be able to withstand even a high environmental temperature, it is necessary to use a material having a high blocking temperature in addition to the direction of the sense current magnetic field as the coercive force enhancement layer 1. Therefore, in this embodiment, and using ℃ degree of α-Fe 2 O 3.

또한, 도 1 에 나타낸 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트로 형성되는 합성 자기모멘트가 도시와는 반대로 오른쪽방향 (도시 Y 방향) 을 향하고 있는 경우에는, 센스전류를 도시 X1 방향과 반대방향으로 흘리고, 센스전류자계가 지면에 대해 왼쪽방향 (시계반대방향) 으로 형성되도록 하면 된다.The magnetic moments of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 shown in Fig. 1 and the composite magnetic moment formed by the magnetic moments of the second sub-pinned magnetic layer 12 are directed to the right direction , The sense current may flow in a direction opposite to the direction of the X1 direction so that the sense current magnetic field is formed in the left direction (counterclockwise direction) with respect to the paper surface.

그러나, 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 의 주위에 절연층을 설치하여 이루어진 도 4 에 나타낸 자기헤드구조를 채용할 경우, 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 의 부분은 가능한 한 얇은 것이 바람직하고, 종래에는 절연성의 확보를 위해 절연층을 어느 정도 두껍게 하여 박막자기헤드 (150) 의 설계를 실시하였지만, 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 에 있어서 두께비율이 큰 보자력증대층 (1) 의 부분을 절연체인 α-Fe2O3로 형성함으로써 절연성를 향상시킬 수 있다. 또한, 보자력증대층 (1) 의 부분을 절연체인 α-Fe2O3로 형성함으로써 절연성를 향상시킬 수 있는 결과로서, 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 1) 의 주위에 설치하는 절연층에 대한 절연성의 요구가 완화되는 결과 이 절연층, 즉 갭막을 종래보다도 박형화한다면 박막자기헤드의 판독시의 분해능력향상, 즉 높은 선기록밀도로 대응이 가능하게 되는 효과가 있다.However, when adopting the magnetic head structure shown in Fig. 4 in which the insulating layer is provided around the spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 1), the portion of the spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 1) The thickness of the insulating layer is designed to be somewhat thick in order to secure the insulating property. However, in the spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 1), the coercive force The insulating property can be improved by forming the portion of the layer 1 with? -Fe 2 O 3 which is an insulator. As a result that the insulating property can be improved by forming the portion of the coercive force increasing layer 1 with? -Fe 2 O 3 which is an insulator, it is possible to improve the insulating property of the insulating layer provided around the spin valve magneto- If the insulating layer, that is, the gap film, is thinned as compared with the conventional one as a result of alleviating the requirement for the insulating property, there is an effect that it is possible to cope with the improvement in the resolving power at the time of reading of the thin film magnetic head,

[제 2 실시형태][Second Embodiment]

도 8 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 모식적구조단면도, 도 9 는 도 8 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 자기기록매체의 대향면에서 본 경우의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view of a structure of a spin valve type magnetoresistive element as a second embodiment of the present invention, and Fig. 9 is a cross-sectional view of the spin valve type magnetoresistive element shown in Fig. Sectional view schematically showing the structure.

이 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 2) 에 있어서도, 도 1, 도 2 에 나타낸 각 스핀밸브형 자기저항 효과소자와 동일하게 하드디스크장치에 설치된 부상식 슬라이더의 트레일링측 단부 등에 설치되어 하드디스크 등의 기록자계를 검출하는 것이다. 또한, 하드디스크 등의 자기기록매체의 이동방향은 도시 Z 방향이고, 자기기록매체로부터의 누출자계의 방향은 Y 방향이다.In the spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 2) of this embodiment, like the respective spin valve type magnetoresistive effect elements shown in Figs. 1 and 2, the magnetoresistive element is provided on the trailing side end portion of the floating type slider Thereby detecting a recording magnetic field such as a hard disk. The direction of movement of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

이 제 2 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 2) 는, 고정자성층뿐 아니라 프리자성층도 비자성중간층을 개재시켜 제 1 프리자성층과 제 2 프리자성층의 2 층으로 분리되어 있다.The spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 2) of the second embodiment is divided into two layers, that is, a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, not only in the fixed magnetic layer but also in the free magnetic layer via the nonmagnetic intermediate layer.

도 8 과 도 9 에 나타낸 구조에 있어서, 도 1 과 도 2 에 나타낸 제 1 실시형태의 구조와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙여 그들 부분의 상세한 설명은 생략한다.In the structures shown in Figs. 8 and 9, the same reference numerals are given to the same structures as those of the first embodiment shown in Figs. 1 and 2, and a detailed description thereof will be omitted.

이 제 2 실시형태의 구조에 있어서는, 보자력증대층 (1) 의 위에 제 1 부고정자성층 (11) 과 비자성중간층 (10) 과 제 2 부고정자성층 (12) 과 비자성 도전층 (3) 이 적층되어 있는 구조에 관해서는 전술한 제 1 실시형태와 동일하지만, 비자성 도전층 (3) 상에 제 1 프리자성층 (20), 비자성중간층 (21), 제 2 프리자성층 (22), 보호층 (5) 의 순으로 적층되어 적층체 (9) 가 구성되어 있다. 상기 각층을 구성하는 재료는 전술한 실시형태의 것과 동일한 것으로 된다.In the structure of the second embodiment, the first sub-pinned magnetic layer 11, the non-magnetic intermediate layer 10, the second sub-pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic conductive layer 3 are formed on the coercive- The nonmagnetic intermediate layer 21, the second free magnetic layer 22, and the second free magnetic layer 20 are stacked on the nonmagnetic conductive layer 3. The first free magnetic layer 20, the nonmagnetic intermediate layer 21, And the protective layer 5 are laminated in this order to constitute the layered body 9. [ The material constituting each layer is the same as that of the above-described embodiment.

제 1 부고정자성층 (11) 및 제 2 부고정자성층 (12) 은, Co 막, NiFe 합금,CoFe 합금, 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있다. 또한, 비자성중간층 (10) 은 Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중에서 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 비자성 도전층 (3) 은 Cu, Cr 등으로 형성되어 있다.The first part stationary magnetic layer 11 and the second part stationary magnetic layer 12 are formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. The non-magnetic intermediate layer 10 is preferably formed of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. The non-magnetic conductive layer 3 is formed of Cu, Cr, or the like.

또한, 본 실시형태에서는, 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 간에 개재하는 비자성중간층 (21) 은, Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu 중에서 1 종 또는 2 종 이상의 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.In the present embodiment, the non-magnetic intermediate layer 21 interposed between the first free magnetic layer 20 and the second free magnetic layer 22 is made of one or two kinds of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Or more.

상기 제 1 부고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화는, 서로 반평행하게 자화된 페리상태로 되어 있고, 예를 들면 제 1 부고정자성층 (11) 의 자화는 도시 Y 방향으로, 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화는 도시 Y 방향과 반대방향으로 고정되어 있다. 이 페리상태의 안정성을 유지하기 위해서는 큰 교환결합자계가 필요하고, 본 실시형태에서는 보다 큰 교환결합자계를 얻기 위해 이하에 나타낸 여러 가지 적정화를 실시하고 있다.The magnetization of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the magnetization of the second sub-pinned magnetic layer 12 are in a ferrimagnetic state magnetized antiparallel to each other. For example, the magnetization of the first sub- In the Y direction, the magnetization of the second sub-pinned magnetic layer 12 is fixed in the direction opposite to the Y direction. In order to maintain the stability of the ferrite state, a large exchange coupling magnetic field is required. In order to obtain a larger exchange coupling magnetic field in the present embodiment, various optimizations shown below are performed.

도 8 과 도 9 에 나타낸 비자성 도전층 (3) 의 위에는, 제 1 프리자성층 (20) 이 형성되어 있다. 도 8, 도 9 에 나타낸 바와 같이 상기 제 1 프리자성층 (20) 은 2 층으로 형성되어 있고, 비자성 도전층 (3) 에 접하는 측에 Co 로 이루어진 제 1 프리층 (27) 이 형성되어 있다. 비자성 도전층 (3) 에 접하는 측에 Co 로 이루어진 제 1 프리층 (27) 을 형성하는 것은, 첫째 △MR 을 크게 할 수 있는 것과, 둘째 비자성 도전층 (3) 과의 원소확산을 방지하기 위한 것이다.On the non-magnetic conductive layer 3 shown in Figs. 8 and 9, a first free magnetic layer 20 is formed. 8 and 9, the first free magnetic layer 20 is formed in two layers, and the first free layer 27 made of Co is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 3 . The formation of the first free layer 27 made of Co on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 3 is advantageous in that the first ΔMR can be increased and the second free magnetic layer 3 is prevented from diffusing .

상기 제 1 프리층 (27) 의 위에는 NiFe 합금 등으로 이루어진 제 2 프리층 (28) 이 형성되어 있다. 또한, 제 2 프리층 (28) 상에는 비자성중간층 (21) 이 형성되어 있다. 그리고, 상기 비자성중간층 (21) 의 위에는, 제 2 프리자성층 (22) 이 형성되고, 또한 상기 제 2 프리자성층 (22) 상에는 보호층 (5) 이 형성되어 있다.A second free layer 28 made of NiFe alloy or the like is formed on the first free layer 27. On the second free layer 28, a non-magnetic intermediate layer 21 is formed. A second free magnetic layer 22 is formed on the nonmagnetic intermediate layer 21 and a protective layer 5 is formed on the second free magnetic layer 22. [

상기 제 2 프리자성층 (22) 은, Co 막, NiFe 합금, CoFe 합금, 또는 CoNiFe 합금 등으로 형성되어 있다.The second free magnetic layer 22 is formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like.

도 8, 도 9 에 나타낸 보자력증대층 (1) 에서 보호층 (5) 까지의 적층체 (9) 는, 그 측면이 경사면으로 깎이고, 상기 적층체 (9) 는 단면대칭 사다리꼴형상으로 형성되어 있다. 상기 적층체 (9) 의 양측에는, 전술한 실시형태의 구조와 동일하게 하드바이어스층 (7) 과 전류리드층 (8) 이 적층되어 있다. 상기 하드바이어스층 (7) 이 도시 X1 방향으로 자화되어 있음으로써 종바이어스 자계가 프리자성층 (20) 에 인가되고, 프리자성층 (20) 의 자화가 X1 방향으로 갖추어져 있다.The laminated body 9 extending from the coercive force increasing layer 1 to the protective layer 5 shown in Figs. 8 and 9 is cut at an oblique side and the laminated body 9 is formed into a symmetrical trapezoidal shape in cross section . On both sides of the laminate 9, the hard bias layer 7 and the current lead layer 8 are laminated in the same manner as in the above-described embodiment. Since the hard bias layer 7 is magnetized in the X1 direction, a longitudinal bias magnetic field is applied to the free magnetic layer 20, and the magnetization of the free magnetic layer 20 is aligned in the X1 direction.

도 8, 도 9 에 나타낸 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 의 사이에는 비자성중간층 (21) 이 개재되고, 상기 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 간에 발생하는 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 상기 제 1 프리자성층 (20) 의 자화와 제 2 프리자성층 (22) 의 자화는 서로 반평행상태 (페리상태) 로 되어 있다.A nonmagnetic intermediate layer 21 is interposed between the first free magnetic layer 20 and the second free magnetic layer 22 shown in FIGS. 8 and 9 and the first free magnetic layer 20 and the second free magnetic layer 22 The magnetization of the first free magnetic layer 20 and the magnetization of the second free magnetic layer 22 are in an antiparallel state (ferrimagnetic state) due to the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first free magnetic layer 20 and the second free magnetic layer 22.

도 8, 도 9 에 나타낸 스핀밸브형 박막자기소자에서는, 예를 들면 제 1 프리자성층 (20) 의 막두께 (tF1) 는 제 2 프리자성층 (22) 의 막두께 (tF2) 보다도 작게 형성되어 있다.In the spin valve thin film magnetic element shown in Figs. 8 and 9, for example, the film thickness tF 1 of the first free magnetic layer 20 is formed smaller than the film thickness tF 2 of the second free magnetic layer 22 .

그리고 상기 제 1 프리자성층 (20) 의 MsㆍtF1은, 제 2 프리자성층 (22) 의 MsㆍtF2보다도 작게 설정되어 있고, 하드바이어스층 (7) 로부터 도시 X1 방향으로 바이어스 자계가 부여되면, MsㆍtF2가 큰 제 2 프리자성층 (22) 의 자화가 상기 바이어스 자계의 영향을 받아 도시 X1 방향으로 갖추어짐과 동시에 상기 제 2 프리자성층 (22) 과의 교환결합자계 (RKKY 상호작용) 에 의해 MsㆍtF1이 작은 제 1 프리자성층 (20) 의 자화는 도시 X1 방향과 반평행으로 갖추어진다.The MstF 1 of the first free magnetic layer 20 is set to be smaller than the MstF 2 of the second free magnetic layer 22 and when a bias magnetic field is applied from the hard bias layer 7 to the direction X 1 , The magnetization of the second free magnetic layer 22 having a large MstF 2 is influenced by the bias magnetic field and aligned in the X1 direction and the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the second free magnetic layer 22, The magnetization of the first free magnetic layer 20 having a small Ms · tF 1 is set antiparallel to the X1 direction.

도 8 과 도 9 의 Y 방향으로부터 외부자계가 침입해 오면, 상기 제 1 프리자성층 (20) 과 제 2 프리자성층 (22) 의 자화는 페리상태를 유지하면서 상기 외부자계의 영향을 받아 회전한다. 그리고, △MR 에 기여하는 제 1 프리자성층 (20) 의 변동자화와 제 2 부고정자성층 (12) 의 고정자화 (예를 들면 도시 Y 방향과 반대방향으로 자화되고 있다.) 와의 관계에 의해 전기저항이 변화되고 외부자계가 전기저항변화로서 검출된다.8 and 9, the magnetization of the first free magnetic layer 20 and the second free magnetic layer 22 rotate under the influence of the external magnetic field while maintaining the ferrite state. The relationship between the variable magnetization of the first free magnetic layer 20 contributing to DELTA MR and the fixed magnetization of the second sub-pinned magnetic layer 12 (magnetized in the opposite direction to the Y direction, for example) The resistance is changed and an external magnetic field is detected as an electrical resistance change.

그때, 하드바이어스층 (7) 의 자화에 의해 프리자성층 (20, 22) 에 종바이어스 자계가 인가되고 있기 때문에, 바크하우젠 노이즈를 발생시키지 않는 원활한 저항변화를 얻을 수 있다.At this time, since the longitudinal bias magnetic field is applied to the free magnetic layers 20 and 22 by the magnetization of the hard bias layer 7, a smooth resistance change that does not generate Barkhausen noise can be obtained.

다음으로, 도 8 과 도 9 에 나타낸 소자구조에 있어서의 센스전류자계에 관하여 설명한다.Next, the sense current magnetic field in the device structure shown in Figs. 8 and 9 will be described.

도 8, 9 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자에서는, 비자성 도전층 (3) 의 하측에 전술한 제 1 실시형태의 경우와 동일하게 제 2 부고정자성층 (12) 이 형성되어 있다. 이 경우에 있어서는, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 중에서 자기모멘트가 큰 쪽의 고정자성층의 자화방향으로 센스전류자계의 방향을 맞춘다.8 and 9, the second sub-pinned magnetic layer 12 is formed on the lower side of the non-magnetic conductive layer 3 in the same manner as in the first embodiment described above. In this case, the direction of the sense current magnetic field is matched to the magnetization direction of the fixed magnetic layer having the larger magnetic moment among the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12.

도 9 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트는 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트에 비해 크고, 상기 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트는 도시 Y 방향과 반대방향 (도시 왼쪽방향) 을 향하고 있다. 이 때문에, 상기 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트를 합친 합성 자기모멘트는 도시 Y 방향과 반대방향 (도시 왼쪽방향) 을 향하고 있다.9, the magnetic moment of the second sub-pinned magnetic layer 12 is larger than the magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 11, and the magnetic moment of the second sub-pinned magnetic layer 12 is larger than the magnetic moment of the second sub- Direction (the left direction of the city). Therefore, the composite magnetic moment, which is the sum of the magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the magnetic moment of the second sub-pinned magnetic layer 12, is directed in the direction opposite to the Y direction (the left direction in the drawing).

전술한 바와 같이, 비자성 도전층 (3) 은 제 2 부고정자성층 (12) 및 제 1 부고정자성층 (11) 의 상측에 형성되어 있다. 이 때문에, 주로 상기 비자성 도전층 (3) 을 중심으로 하여 흐르는 센스전류 (112) 에 의해 형성되는 센스전류자계는, 상기 비자성 도전층 (3) 보다도 하측에서 도시 왼쪽방향을 향하도록 상기 센스전류 (112) 를 흘리는 방향을 제어하면 된다. 이와 같이 하면, 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 과의 합성 자기모멘트의 방향과 상기 센스전류자계의 방향이 일치한다. 따라서, 도 8 과 도 9 에 나타낸 실시형태의 경우에 있어서도 전술한 제 1 실시형태의 경우와 동일하게 상기 제 1 부고정자성층 (11) 의 자화와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자화의 반평행상태를 보다 열적으로 안정시킬 수 있게 된다.As described above, the non-magnetic conductive layer 3 is formed on the upper side of the second sub-pinned magnetic layer 12 and the first sub-pinned magnetic layer 11. Therefore, the sense current magnetic field formed mainly by the sense current 112 flowing around the non-magnetic conductive layer 3 is set to be lower than the non-magnetic conductive layer 3, The direction in which the current 112 flows may be controlled. In this way, the direction of the composite magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 coincides with the direction of the sense current magnetic field. 8 and 9, the magnetization of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the half of the magnetization of the second sub-pinned magnetic layer 12, as in the case of the first embodiment described above, The parallel state can be more thermally stabilized.

또한, 도 8 에 나타낸 제 1 부고정자성층 (11) 의 자기모멘트와 제 2 부고정자성층 (12) 의 자기모멘트로 형성되는 합성 자기모멘트가 도시와는 반대로 오른쪽방향 (도시 Y 방향) 을 향하고 있는 경우에는, 센스전류를 도시 X1 방향과 반대방향으로 흘리고, 센스전류자계가 지면에 대해 왼쪽방향 (시계반대방향) 으로 형성되도록 하면 된다.The magnetic moments of the first sub-pinned magnetic layer 11 and the second sub-pinned magnetic layer 12 shown in Fig. 8 and the composite magnetic moment formed by the magnetic moments of the second sub-pinned magnetic layer 12 are directed to the right direction , The sense current may flow in a direction opposite to the direction of the X1 direction so that the sense current magnetic field is formed in the left direction (counterclockwise direction) with respect to the paper surface.

또한, 도 8 과 도 9 에 나타낸 구조에 있어서도 보자력증대층 (1) 을 설치함으로 인한 핀고정효과에 관해서는 전술한 제 1 실시형태의 구조와 동일하기 때문에, 전술한 제 1 실시형태의 경우와 동일하게 열적으로 안정된 우수한 핀고정효과를 얻을 수 있다.8 and 9, the pinning effect of the coercive force increasing layer 1 is the same as that of the first embodiment described above. Therefore, in the case of the first embodiment described above It is possible to obtain an excellent pinning effect that is equally thermally stable.

[제 3 실시형태][Third embodiment]

도 10 은, 본 발명의 제 3 실시형태의 박막자기헤드에 구비되는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 일례를 나타낸 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing an example of a spin valve type magnetoresistance effect element provided in the thin film magnetic head according to the third embodiment of the present invention.

도 10 에 나타난 구조는, 예를 들면 도 3 내지 도 5 에 예시하는 부상주행식의 박막자기헤드에 설치되는 구조이고, 이 예의 박막자기헤드는 하드디스크장치 등에 탑재되는 것이다.The structure shown in Fig. 10 is, for example, a structure that is mounted on a thin film magnetic head of the floating type shown in Figs. 3 to 5, and the thin film magnetic head of this example is mounted on a hard disk device or the like.

도 10 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 3) 는, 보자력증대층 (31) 상에 고정자성층 (32) 과 비자성 도전층 (33) 과 프리자성층 (34) 이 순서대로 적층되고, 프리자성층 (34) 의 양단부상에 트랙폭 (Tw) 에 상당하는 간격을 상호간에 두어 반강자성층 (35, 35) 이 적층되고, 각 반강자성층 (35) 상에 전류리드층 (36) 이 적층됨과 동시에 전류리드층 (36, 36) 과 프리자성층 (34) 을 덮도록 상부절연층 (37) 이 적층되어 있다. 또한, 이 형태의 구조에 있어서는, 보자력증대층 (31) 과 고정자성층 (32) 과 비자성 도전층 (33) 과 프리자성층 (34) 과 반강자성층 (35) 과 전류리드층 (36) 에 의해 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 3) 가 구성되어 있다.10, the fixed magnetic layer 32, the nonmagnetic conductive layer 33, and the free magnetic layer 34 are laminated in this order on the coercive force increasing layer 31, The antiferromagnetic layers 35 and 35 are stacked with a gap corresponding to the track width Tw on both ends of the free magnetic layer 34 and a current lead layer 36 is formed on each of the antiferromagnetic layers 35 The upper insulating layer 37 is laminated so as to cover the current lead layers 36 and 36 and the free magnetic layer 34 at the same time. In the structure of this type, the magnetization direction of the free magnetic layer 34, the antiferromagnetic layer 35, and the current lead layer 36 is changed to the coercive force increasing layer 31, the fixed magnetic layer 32, the nonmagnetic conductive layer 33, Thereby forming a spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 3).

이 제 3 실시형태의 구조에 있어서는, 고정자성층 (32) 이 보자력증대층 (31) 의 위에 순서대로 형성된 제 1 부고정자성층 (40) 과 비자성중간층 (41) 과 제 2 부고정자성층 (42) 으로 이루어진다. 상기 각층을 구성하는 재료는 전술한 실시형태의 것과 동일한 것으로 된다.In the structure of the third embodiment, the fixed magnetic layer 32 includes the first sub-pinned magnetic layer 40, the non-magnetic intermediate layer 41, and the second sub-pinned magnetic layer 42 formed sequentially on the coercive- ). The material constituting each layer is the same as that of the above-described embodiment.

상기 반강자성층 (35) 은, 예를 들면 불규칙구조를 갖는 X-Mn 합금으로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서 상기 조성식에 있어서 X 는, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt 중 어느 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어진 것이 바람직하다.The antiferromagnetic layer 35 is preferably made of, for example, an X-Mn alloy having an irregular structure. Here, X in the above composition formula is preferably composed of any one or more of Ru, Rh, Ir, Pd, and Pt.

상기의 Mn 계합금은 불규칙결정구조를 갖는 것이지만, 이 불규칙결정구조란, 면심정방정(面心正方晶) (fct 규칙격자 ; CuAuI 구조 등) 과 같은 규칙적인 결정구조가 아닌 상태를 의미하고 있다. 즉, 이 실시형태에 있어서의 X-Mn 합금은, 스퍼터링 등의 막형성법에 의해 막형성된 후에 상기 면심정방정 등의 규칙적인 결정구조 (CuAuI 구조 등) 로 하기 위한 고온이며 장시간의 가열처리를 실시하지 않는 것이고, 불규칙결정구조란, 스퍼터링 등의 막형성법에 의해 형성된 채의 상태 또는 여기에 규칙적인 결정구조로 하기 위함이 아닌 통상의 어닐링처리가 실시된 상태의 것이다.The Mn-based alloy has an irregular crystal structure, but this irregular crystal structure means a state that is not a regular crystal structure such as a face-centered tetragonal crystal (fct rule lattice; CuAuI structure, etc.) . That is, the X-Mn alloy in this embodiment is formed by a film-forming method such as sputtering and then subjected to a high-temperature and long-time heat treatment to form a regular crystal structure (CuAuI structure, etc.) The irregular crystal structure refers to a state in which a film is formed by a film forming method such as sputtering or a state in which a normal annealing process is performed not to form a regular crystal structure.

상기 X-Mn 합금의 X 가 단일의 금속원자인 경우의 X 의 함유율이 바람직한 범위는, Ru 는 10 내지 45 원자 %, Rh 는 10 내지 40 원자 %, Ir 은 10 내지 40 원자 %, Pd 는 10 내지 25 원자 %, Pt 는 10 내지 25 원자 % 이다. 또한 이상의 기재에 있어서 10 내지 45 원자 % 란, 10 원자 % 이상이며 45 원자 % 이하를 의미하고, [내지] 로 표시하는 수치범위의 상한하한은 특별히 기재하지 않는 한 모두 [이상] 및 [이하] 로 규정되는 것으로 한다.In the case where X of the X-Mn alloy is a single metal atom, the content ratio of X is preferably in the range of 10 to 45 atomic% for Ru, 10 to 40 atomic% for Rh, 10 to 40 atomic% for Ir, 10 To 25 atomic%, and Pt is 10 to 25 atomic%. In the above description, 10 to 45 atomic% means 10 atomic% or more and 45 atomic% or less, and upper and lower limits of the numerical range [to] .

상기 불규칙결정구조인 X-Mn 계합금의 반강자성층 (35) 이라면 프리자성층 (34) 에 일방향 이방성을 부여함으로써 도 10 의 화살표 (a) 방향으로 자화의 방향을 갖추어 종바이어스를 인가할 수 있고, 반강자성층 (35) 에 접하는 프리자성층 (34) 의 양단부의 자화의 방향을 화살표 (a) 방향으로 갖출 수 있음과 동시에, 반강자성층 (35, 35) 의 사이에 위치하는 부분의 프리자성층 (34 : 프리자성층 (34) 의 중앙부분에서 트랙폭 (Tw) 에 상당하는 감자부분) 의 부분도 자기적유발에 의해 자화의 방향을 화살표 (a) 방향으로 갖출 수 있다.If the antiferromagnetic layer 35 of the X-Mn alloy is irregular crystal structure, one-directional anisotropy is imparted to the free magnetic layer 34 so that the longitudinal bias can be applied in the direction of the magnetization in the direction of arrow a in FIG. 10 The direction of magnetization of both ends of the free magnetic layer 34 in contact with the antiferromagnetic layer 35 can be provided in the direction of arrow a and the magnetization direction of the free magnetic layer 34 located between the antiferromagnetic layers 35, (34: potato portion corresponding to the track width Tw in the center portion of the free magnetic layer 34) can be magnetically induced in the direction of arrow a.

또한, 상기 X-Mn 계합금의 반강자성체 (35) 라면 종래의 반강자성층의 Fe-Mn 에 비해 내식성이 우수하다. 따라서 반강자성층 (35) 을 이용함으로써 내환경성이 강하고, 자기매체로부터의 누출자계 검출시에 노이즈가 발생하기 어렵고, 고품위의 자기검출이 가능하게 된다. 또한, X-Mn 합금의 반강자성층 (35) 이라면 고온과 장시간의 가열처리가 불필요하기 때문에, 가열에 따른 각 자성층간의 원소확산도 발생할 가능성이 낮고, 자기특성의 변화 및 열화 또는 절연성의 파괴 등의 문제는 발생하지 않는다.Further, the anti-ferromagnetic substance 35 of the X-Mn based alloy is superior in corrosion resistance to Fe-Mn of the conventional antiferromagnetic layer. Therefore, by using the antiferromagnetic layer 35, the environmental resistance is strong, noise is hardly generated at the time of detecting the leakage magnetic field from the magnetic medium, and high-quality magnetic detection becomes possible. Further, since the antiferromagnetic layer 35 of the X-Mn alloy does not require a high-temperature and long-time heat treatment, the possibility of occurrence of element diffusion between the respective magnetic layers due to heating is low and the magnetic properties change, deterioration, No problem occurs.

다음으로, 반강자성층 (35) 으로서 어닐링이 필요한 CuAuI 구조의 fct 규칙결정구조의 X-Mn 합금, Pt-Mn-X’합금을 이용하는 구조에 관하여 추가설명한다.Next, the structure using the X-Mn alloy or the Pt-Mn-X 'alloy of the fct ordered crystal structure of the CuAuI structure, which requires annealing as the antiferromagnetic layer 35, will be further described.

규칙구조의 Pt-Mn 합금은, 종래부터 반강자성층에 이용되고 있는 NiMn 합금 및 FeMn 합금 등에 비해 내식성이 우수하며 또한, 블로킹온도가 높아 교환결합자계도 크다.The Pt-Mn alloy having the regular structure has superior corrosion resistance compared to NiMn alloy and FeMn alloy conventionally used for the antiferromagnetic layer, and also has a high exchange blocking magnetic field because of high blocking temperature.

또한, 상기 Pt-Mn 합금 대신에, X-Mn (단, X 는 Pd, Ru, Ir, Rh, Os 중에서 선택되는 1 종의 원소를 나타낸다.) 의 식으로 나타나는 합금 또는 X’-Pt-Mn (단, X’는 Pd, Ru, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 나타낸다.) 의 식으로 나타나는 합금으로 형성되어 있어도 된다.Further, instead of the Pt-Mn alloy, an alloy represented by the formula X-Mn (where X represents one kind of element selected from Pd, Ru, Ir, Rh and Os) or X'-Pt-Mn (X 'represents one or more elements selected from Pd, Ru, Ir, Rh, Os, Au, Ag, Ne, Ar, Xe and Kr) do.

또한, 상기 Pt-Mn 및 X-Mn 으로 나타나는 합금에 있어서, Pt 또는 X 가 37 내지 63 원자 % 의 범위인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 47 내지 57 원자 % 의 범위이다. 그리고 또한, X’-Pt-Mn 의 식으로 나타나는 합금에 있어서, X’-Pt 가 37 내지 63 원자 % 의 범위인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 47 내지 57 원자 % 이다. 또한, X’-Pt-Mn 의 식으로 나타나는 합금으로서는, X’가 Au, Ag, Ne, Ar, Xe, Kr 의 경우는 X’가 0.2 내지 10 원자 %, X’가 Pd, Ru, Ir, Rh, Os 의 경우는 0.2 내지 40 원자 % 가 바람직하다.In the alloy represented by Pt-Mn and X-Mn, Pt or X is preferably in the range of 37 to 63 atomic%. And more preferably 47 to 57 atom%. Further, in the alloy represented by the formula X'-Pt-Mn, it is preferable that X'-Pt is in the range of 37 to 63 atomic%. And more preferably 47 to 57 atomic%. As the alloy represented by the formula of X'-Pt-Mn, when X 'is Au, Ag, Ne, Ar, Xe and Kr, X' is 0.2 to 10 atomic% and X 'is Pd, Ru, Ir, In the case of Rh and Os, 0.2 to 40 atomic% is preferable.

상기 반강자성층 (35) 으로서, 상기한 적정한 조성범위의 합금을 사용하고, 이것을 어닐링처리함으로써 큰 교환결합자계를 발생시키는 규칙결정구조의 반강자성층 (35) 을 얻을 수 있다. 특히, 규칙결정구조의 PtMn 합금이라면 800 (Oe) 을 초과하는 교환결합자계를 갖고, 상기 교환결합자계를 상실하는 블로킹온도가 380℃ 로 매우 높은 우수한 반강자성층 (35) 을 얻을 수 있다. 여기서 프리자성층의 종바이어스를 위해서는 100 내지 200 Oe 있으면 되기 때문에, 규칙구조의 상기 조성계의 합금이라면 충분히 우수한 교환결합자계를 얻을 수 있다.As the antiferromagnetic layer 35, an antiferromagnetic layer 35 of a regular crystal structure which generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained by using an alloy having the above-mentioned suitable composition range and annealing it. In particular, in the case of a PtMn alloy having a regular crystal structure, an excellent antiferromagnetic layer 35 having an exchange coupling magnetic field exceeding 800 (Oe) and having an extremely high blocking temperature of 380 DEG C for losing the exchange coupling magnetic field can be obtained. Here, since 100 to 200 Oe is required for the longitudinal bias of the free magnetic layer, an exchange coupling magnetic field that is sufficiently superior can be obtained if it is an alloy of the composition system of the regular structure.

도 10 에 나타낸 구조에 있어서 정상전류는, 전류리드층 (36) 으로부터 스핀밸브형의 자기저항 효과소자 (GMR 3) 로 부여된다.In the structure shown in Fig. 10, the normal current is applied from the current lead layer 36 to the magnetoresistive element GMR3 of the spin valve type.

도 10 에 나타낸 구조라면, 보자력증대층 (31) 의 존재에 의해 고정자성층 (32) 이 자기적 교환결합을 받아 보자력이 증대되어 그 자화의 방향이 핀고정됨과 동시에, 프리자성층 (34) 의 자화의 방향이 트랙폭 (Tw) 에 상당하는 영역에 있어서 자유롭게 되는 결과, 고정자성층 (32) 과 프리자성층 (34) 과의 사이에 보자력차가 발생하고 이것에 기인하여 거대자기저항 효과가 얻어진다. 즉, 자화의 회전이 자유롭게 된 프리자성층 (34) 의 중앙부의 트랙폭 (Tw) 에 상당하는 부분에, 자기기록매체로부터의 누출자계 등과 같은 외부자계가 작용하면 프리자성층 (34) 의 자화의 방향이 용이하게 회전하기 때문에, 회전에 따라 스핀밸브형의 자기저항 효과소자 (GMR 3) 에 저항변화가 발생하고, 이 저항변화를 측정함으로써 자기기록매체의 자기정보를 판독할 수 있다.10, the coercive force of the pinned magnetic layer 32 is increased due to the presence of the coercive force enhancement layer 31 to increase the coercive force so that the direction of magnetization is pinned and the magnetization of the free magnetic layer 34 Is freed in a region corresponding to the track width Tw. As a result, a coercive force difference is generated between the pinned magnetic layer 32 and the free magnetic layer 34, and a giant magnetoresistive effect is thereby obtained. That is, when an external magnetic field such as a leakage magnetic field from the magnetic recording medium acts on the portion corresponding to the track width Tw at the center of the free magnetic layer 34 in which the magnetization is freely rotated, the magnetization direction of the free magnetic layer 34 The magnetoresistance effect element (GMR 3) of the spin valve type changes its resistance with rotation, and magnetic information of the magnetic recording medium can be read by measuring the change in resistance.

이 저항변화시에 프리자성층 (34) 은 단일자성구획화되어 있고 게다가 종바이어스가 인가되어 있기 때문에, 바크하우젠 노이즈를 발생시키지 않고 양호한 선형응답성에서 저항변화가 얻어진다.Since the free magnetic layer 34 is single-magnetically partitioned and the longitudinal bias is applied at the time of this resistance change, a resistance change is obtained in a good linear responsiveness without generating Barkhausen noise.

또한, 이 제 3 실시형태에 있어서도, 전술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 경우와 동일하게 제 2 부고정자성층 (42) 의 막두께 (tP2) 가 제 1 부고정자성층 (40) 의 막두께 (tP1) 보다도 크게 형성되어 있기 때문에, 제 2 부고정자성층(42) 쪽이 제 1 부고정자성층 (40) 에 비해 자기모멘트가 크게 되어 있다.Also in this third embodiment, as in the case of the first and second embodiments described above, the film thickness tP 2 of the second sub-pinned magnetic layer 42 is smaller than that of the first sub-pinned magnetic layer 40, The magnetic moment of the first sub-pinned magnetic layer 40 is larger than that of the first sub-pinned magnetic layer 40 because the second sub-pinned magnetic layer 42 is larger than the film thickness tP 1 of the first sub-

따라서, 도 10 에 나타낸 바와 같이 이 실시형태의 구조에 있어서는, 제 2 부고정자성층 (42) 의 자기모멘트 (MsㆍtP2) 가 제 1 부고정자성층 (40) 의 자기모멘트 (MsㆍtP1) 보다도 크기 때문에, 합성 자기모멘트는 (MsㆍtP2) - (MsㆍtP1) 로 나타나는 결과, 이 합성 자기모멘트에 대해 보자력증대층 (31) 이 핀고정되게 되기 때문에, 고정자성층이 단층구조인 경우보다도 유효하게 교환결합을 작용시킬 수 있는 결과, 교환결합자계는 큰 값을 나타내게 된다.Therefore, in the structure of this embodiment as shown in Fig. 10, part 2 magnetic moment of the pinned magnetic layer (42) (Ms and tP 2) a magnetic moment (Ms and tP 1 of the first part fixed magnetic layer 40, , The composite magnetic moment is represented by (Ms 揃 tP 2 ) - (Ms 揃 tP 1 ). As a result, the coercive force increasing layer 31 is pinned to the composite magnetic moment, As a result, the exchange coupling magnetic field exhibits a large value.

제 3 실시형태의 구조에 있어서도, 앞에서 설명한 제 1 실시형태와 동일한 우수한 핀고정효과, 즉 단층구조의 고정자성층을 설치한 구조보다도 훨씬 높은 열적으로도 안정된 핀고정력을 얻을 수 있는 효과가 있다.Also in the structure of the third embodiment, there is the effect of obtaining a thermally stable pinning force which is much higher than that of the pinning effect, that is, the structure in which the pinned magnetic layer having a single-layer structure is provided, as in the first embodiment described above.

[제 4 실시형태][Fourth Embodiment]

도 11 은, 본 발명에 따른 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제 4 실시형태를 나타낸 것이고, 이 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 4) 는, 제 1 실시형태의 적층체 (6) 와 동일한 구조의 적층체 (6) 에 대해 적층체 (6) 의 양측에 반강자성체로 이루어진 반강자성층 (46, 46) 을 설치하고, 각 반강자성층 (46) 상에 강자성체로 이루어진 강자성층 (47) 과 비자성도전체로 이루어진 전류리드층 (48) 을 적층하여 구성되어 있다.11 shows a fourth embodiment of the spin valve type magnetoresistance effect element according to the present invention. The spin valve type magnetoresistance effect element (GMR 4) of this embodiment is the same as the first embodiment The antiferromagnetic layers 46 and 46 made of an antiferromagnetic material are provided on both sides of the layered body 6 with respect to the layered structure 6 having the same structure as that of the laminated body 6, and on the respective antiferromagnetic layers 46, And a current lead layer 48 made of a non-magnetic conductor.

이 제 4 실시형태에 있어서 반강자성층 (46) 은, 그 단부 (46a) 에 있어서 적층체 (6) 의 측부를 덮도록 되어 있으며, 프리자성층 (4) 의 측부를 덮지 않도록또는 두께의 반 정도를 덮도록 설치되고, 반강자성층 (46) 상의 강자성층 (47) 은 그 단부 (46a) 에서 프리자성층 (4) 의 측부를 두께의 반 이상 덮도록 설치되어 있지만, 각 층의 두께관계는 도면에 나타낸 것에 한정하지 않는다.In the fourth embodiment, the antiferromagnetic layer 46 is provided so as to cover the side portion of the layered body 6 at the end portion 46a thereof. The antiferromagnetic layer 46 is formed so as not to cover the side portion of the free magnetic layer 4, And the ferromagnetic layer 47 on the antiferromagnetic layer 46 is provided so as to cover half the thickness of the side of the free magnetic layer 4 at the end portion 46a thereof, But the present invention is not limited thereto.

또한, 반강자성층 (46) 과 강자성층 (47) 의 상하의 위치관계를 반대로 한 것, 또는 반강자성층 (46) 과 강자성층 (47) 의 적층체를 다단중첩구조로 한 것이라도 된다.The upper and lower positions of the antiferromagnetic layer 46 and the ferromagnetic layer 47 may be reversed or the layered structure of the antiferromagnetic layer 46 and the ferromagnetic layer 47 may be a multi-layered structure.

상기의 구조에 있어서, 보자력증대층 (1) 과 고정자성층 (2) 과 비자성중간층 (3) 과 프리자성층 (4) 은 전술한 제 1 실시형태에서 이용한 것과 동일한 것이고, 반강자성층 (46) 은 전술한 제 3 실시형태에서 이용한 반강자성층 (35) 과 동일한 것으로 이루어지고, 강자성층 (47) 은 비정질의 CoNbZr, CoFeB, CoFeZr 등의 강자성막 및 그들과 NiFe 의 합금 등의 결정질막과의 적층막으로 이루어진 것이 바람직하다.In the above structure, the coercive force enhancement layer 1, the fixed magnetic layer 2, the nonmagnetic intermediate layer 3, and the free magnetic layer 4 are the same as those used in the first embodiment, and the antiferromagnetic layer 46, The ferromagnetic layer 47 is made of the same material as that of the antiferromagnetic layer 35 used in the third embodiment described above. The ferromagnetic layer 47 is formed of a ferromagnetic film such as amorphous CoNbZr, CoFeB, or CoFeZr and a crystalline film such as an alloy of NiFe It is preferable that it is made of a laminated film.

도 11 에 나타낸 구조에 있어서는, 반강자성층 (46) 의 일방향 이방성에 의해 강자성층 (47) 의 자화의 방향을 도 11 의 X1 방향으로 핀고정함과 동시에, 강자성층 (47) 의 자화의 방향에 맞춰 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 X1 방향으로 유도하여 프리자성층 (4) 을 단일자성구획화하는 종바이어스를 인가할 수 있다. 또한, 보자력증대층 (1) 에 의해 고정자성층 (2) 의 자화의 방향을 도 10 의 지면수직방향으로 핀고정할 수 있다.11, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 47 is pinned in the X1 direction in Fig. 11 by the unidirectional anisotropy of the antiferromagnetic layer 46, and the direction of magnetization of the ferromagnetic layer 47 The longitudinal bias in which the magnetization direction of the free magnetic layer 4 is induced in the X1 direction so as to divide the free magnetic layer 4 into single magnetic compartments can be applied. Further, the direction of magnetization of the pinned magnetic layer 2 can be pinned in the direction perpendicular to the paper surface of Fig. 10 by the coercive force increasing layer 1. [

이상과 같이, 프리자성층 (4) 을 단일자성구획화함과 동시에 프리자성층 (4) 의 자화의 방향을 고정자성층 (2) 의 자화의 방향에 대해 직교시킬 수 있다.As described above, the magnetization direction of the free magnetic layer 4 can be orthogonal to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 2 while the free magnetic layer 4 is single-magnetically partitioned.

다음으로, 강자성층 (47) 을 비정질의 강자성체로 구성하면 비정질의 강자성층은 MR 효과가 작기 때문에, 사이드리딩 (트랙부 이외에서 자기매체의 자계를 습득하는 것) 이 적고, 또한 일방향 이방성도 분산이 적은 것을 도입할 수 있는 이점이 있다.Next, if the ferromagnetic layer 47 is made of an amorphous ferromagnetic material, since the amorphous ferromagnetic layer has a small MR effect, it is possible to reduce the sidewelding (to acquire the magnetic field of the magnetic medium other than the track portion) There is an advantage that it is possible to introduce fewer ones.

이 제 4 실시형태의 구조에 있어서는, 전술한 제 1 내지 제 3 실시형태의 구조와 동일하게 프리자성층 (4) 을 단일자성구획화할 수 있음과 동시에 종바이어스를 인가할 수 있기 때문에, 바크하우젠 노이즈를 발생시키지 않고 양호한 선형응답성에서 저항변화가 얻어진다. 또한, 도 11 에 나타낸 구조에 있어서도, 보자력증대층 (1) 을 설치함으로 인한 핀고정효과에 관해서는 전술한 제 1 실시형태의 구조와 동일하기 때문에, 전술한 제 1 실시형태의 경우와 동일한 효과, 열적으로도 안정된 우수한 핀고정효과를 얻을 수 있다.In the structure of the fourth embodiment, since the free magnetic layer 4 can be subjected to single magnetic partitioning and the longitudinal bias can be applied in the same manner as the structures of the first to third embodiments described above, the Barkhausen noise A resistance change is obtained in a good linear responsiveness. Also in the structure shown in Fig. 11, the pinning effect due to the provision of the coercive force increasing layer 1 is the same as the structure of the first embodiment described above. Therefore, the same effects as those of the first embodiment described above , It is possible to obtain an excellent pin fixing effect that is stable even in a thermally stable state.

[제 5 실시형태][Fifth Embodiment]

도 18 은, 본 발명의 스핀밸브형 자기저항 효과소자인 제 5 실시형태의 구조를 나타낸 것이고, 이 제 5 실시형태의 구조에 있어서는, 보자력증대층 (1) 의 위에 제 1 부고정자성층 (11) 과 비자성중간층 (10) 과 제 2 부고정자성층 (12) 이 적층되고, 제 1 부고정자성층 (11) 과 비자성중간층 (10) 과 제 2 부고정자성층 (12) 에 의해 고정자성층이 구성됨과 동시에, 이들 위에 비자성 도전층 (15) 을 개재시켜 제 1 프리층 (17) 과 제 2 프리층 (18) 으로 이루어진 프리자성층 (16) 이 적층되어 있다. 또한, 제 2 프리자성층 (18) 의 위에는 트랙폭 (Tw) 에 상당하는 폭을 두어 강자성층 (19) 과 반강자성층 (130) 과 전류리드층 (131) 이 적층되어스핀밸브형 자기저항 효과소자 (GMR 5) 가 구성되어 있다.18 shows a structure of a spin-valve magnetoresistance effect element according to a fifth embodiment of the present invention. In the structure of the fifth embodiment, the first sub-pinned magnetic layer 11 The nonmagnetic intermediate layer 10 and the second sub-pinned magnetic layer 12 are stacked and the first sub-pinned magnetic layer 11, the non-magnetic intermediate layer 10, and the second sub-pinned magnetic layer 12 form a fixed magnetic layer And a free magnetic layer 16 composed of a first free layer 17 and a second free layer 18 are stacked on these layers with a nonmagnetic conductive layer 15 interposed therebetween. The ferromagnetic layer 19, the antiferromagnetic layer 130, and the current lead layer 131 are stacked on the second free magnetic layer 18 with a width corresponding to the track width Tw to form a spin valve type magnetoresistance effect Device (GMR 5) are formed.

도 18 에 나타낸 구조에 있어서도, 도 10 을 참조하여 전술한 제 3 실시형태의 구조와 동일한 효과를 얻을 수 있다.Also in the structure shown in Fig. 18, the same effect as the structure of the third embodiment described above with reference to Fig. 10 can be obtained.

[제조방법][Manufacturing method]

도 1 에 나타낸 제 1 실시형태의 구조인 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제조하기 위해서는, Al2O3-TiC (알틱) 등의 기판을 고주파마그네트론 스퍼터장치 또는 이온빔 스퍼터장치의 챔버 내에 설치하고, 챔버 내를 Ar 가스 등의 불활성가스 분위기로 한 후에 순서대로 필요한 층을 퇴적시키고, 포토리소그래피 공정과 이온밀링에 의해 트랙폭에 상당하는 부분을 남기고 다른 부분을 제거하여 단면대칭 사다리꼴형상의 적층체로 가공하고, 적층체의 트랙폭의 방향 양측에 경질자성층과 전류리드층을 적층함과 동시에, 나중에 상술하는 자장 중의 어닐링처리를 실시함으로써 제조할 수 있다. 상기 각 층의 막형성에 필요한 타겟은, α-Fe2O3타겟, Co 타겟, Ni-Fe 합금타겟, Cu 타겟 등이다.In order to manufacture the spin-valve type magnetoresistance effect element of the first embodiment shown in FIG. 1, a substrate such as Al 2 O 3 -TiC (AlTiC) is provided in a chamber of a high-frequency magnetron sputtering apparatus or an ion beam sputtering apparatus, After depositing an inert gas atmosphere such as Ar gas in the chamber, a necessary layer is deposited in order, and another portion is removed by leaving a portion corresponding to the track width by a photolithography process and ion milling to form a laminate of a symmetrical trapezoid By laminating the hard magnetic layer and the current lead layer on both sides of the track width of the laminate and annealing the magnetic field in the magnetic field described later. The target required for the film formation of each layer is an? -Fe 2 O 3 target, a Co target, a Ni-Fe alloy target, a Cu target, or the like.

도 1 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제조하기 위해서는, 보자력증대층 (1) 이 고정자성층 (2) 의 보자력을 증대시켜 자화의 방향 (실제로는 제 1 부고정자성층 (11) 과 제 2 부고정자성층 (12) 의 합성 자기모멘트로 나타나는 합성된 자화의 방향) 을 핀고정할 때의 자화의 방향과, 하드바이어스층 (7) 이 프리자성층 (4) 으로 종바이어스를 작용시켜 프리자성층 (4) 을 단일자성구획화한 경우의 자화의 방향을 90° 다른 방향으로 향하도록 해야 한다. 그러기 위해서는, 2 단계의 착자처리를 실시한다. 본 발명에서는 제 1 단계의 자장 중의 어닐링처리 또는 실온에서의 착자처리로 보자력증대층 (1) 의 착자를 실시하고, 이어서 제 2 단계의 착자처리로 하드바이어스층 (7) 의 착자를 실시한다.In order to manufacture the spin valve type magnetoresistive element shown in Fig. 1, the coercive force enhancement layer 1 increases the coercive force of the fixed magnetic layer 2 to increase the magnetization direction (actually, the first sub- (Direction of synthesized magnetization represented by the composite magnetic moment of the non-magnetic pinned magnetic layer 12), and the direction of magnetization when the hard bias layer 7 applies a longitudinal bias to the free magnetic layer 4 to pin the free magnetic layer 4) should be oriented 90 ° to the other direction. In order to do so, a two-step magnetizing process is performed. In the present invention, the coercive force increasing layer 1 is magnetized by the annealing treatment in the magnetic field at the first step or the magnetizing treatment at room temperature, and then the hard bias layer 7 is magnetized by the magnetizing treatment in the second step.

α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층 (1) 이 고정자성층 (2) 에 교환결합을 작용시켜 그 보자력을 증대시키는 결과로서 얻어지는 고정자성층 (2) 의 보자력은, Co-Pt 합금 또는 Co-Cr 합금 등의 경자성재료로 이루어진 하드바이어스층 (7) 의 보자력보다도 커지기 때문에, 제 1 단계의 착자처리는 고정자성층 (2) 이 발생시키는 보자력보다도 큰 자장 (바람직하게는 3 k 내지 15 k Oe) 을 도 2 의 지면에 수직일방향에 인가하고, 실온에서 착자 또는 150 내지 250℃ 의 제 1 온도로 어닐링처리하여 착자한다.the coercive force of the pinned magnetic layer 2 obtained as a result of the coercive force increasing layer 1 made of? -Fe 2 O 3 acting as an exchange coupling to the pinned magnetic layer 2 increases the coercive force, Cr alloy, the hard magnetic layer 7 of the first stage is magnetized in a magnetic field larger than the coercive force generated by the fixed magnetic layer 2 (preferably 3 k to 15 k Oe ) Is applied to one direction perpendicular to the paper surface of Fig. 2, and is magnetized at room temperature or subjected to an annealing treatment at a first temperature of 150 to 250 占 폚 to be magnetized.

다음으로, 제 2 단계의 착자처리에서는, 전술한 제 1 단계의 착자처리와는 90° 다른 방향으로의 착자처리를 하드바이어스층 (7) 을 착자가능한 자장으로, 게다가 보자력증대층 (1) 이 착자되지 않을 정도의 강도인 자장 (바람직하게는 1 kOe 내지 3 kOe) 을 트랙폭의 방향 (도 2 의 좌우방향) 으로 인가하여 실시한다.Next, in the magnetizing process in the second step, the magnetizing process in the direction different from the magnetizing process in the first step described above is performed by setting the hard bias layer 7 as a magnetizable magnetic field, and further the coercive force increasing layer 1 (Preferably 1 kOe to 3 kOe) is applied in the direction of the track width (the left-right direction in Fig. 2).

여기서, α-Fe2O3의 보자력증대층 (1) 이 고정자성층 (2) 의 보자력을 증대시킨 결과로서 나타나는 고정자성층 (2) 의 보자력 (Hcp) 은, 하드바이어스층 (7) 이 본래 갖는 1000 내지 1400 Oe 를 훨씬 초과하는 2000 내지 5000 Oe 가 되기 때문에, 2 단계의 방향이 다른 착자처리를 실시해도 제 1 단계에서 실시한 고정자성층 (2) 의 자화를 흐트리지 않고 바이어스층 (7) 의 착자처리를 할 수 있다.The coercive force Hcp of the pinned magnetic layer 2 in which the coercive force increasing layer 1 of? -Fe 2 O 3 is increased as a result of increasing the coercive force of the pinned magnetic layer 2 depends on whether or not the hard bias layer 7 itself The magnetization of the pinned magnetic layer 2 conducted in the first step is not disturbed even if the magnetization of the bias layer 7 is made different from that of the magnetization of the bias layer 7 Processing can be performed.

이상의 처리에 의해 고정자성층 (2) 의 자화의 방향과 프리자성층 (4) 의 자화의 방향이 90° 직교한 도 1 과 도 2 에 나타낸 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻을 수 있다.By the above process, a spin-valve type magnetoresistance effect element having the structures shown in Figs. 1 and 2 in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 2 and the magnetization direction of the free magnetic layer 4 are orthogonal to each other can be obtained.

다음으로, 도 10 에 나타낸 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법에 관하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a spin valve type magnetoresistive element having the structure shown in Fig. 10 will be described.

도 10 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제조할 경우에 있어서도, 고정자성층 (32) 의 자화의 방향과 반강자성층 (35) 이 프리자성층 (34) 에 작용시키는 종바이어스에 의한 자화의 방향을 90° 다른 방향으로 향하게 해야한다.10, the direction of magnetization of the pinned magnetic layer 32 and the direction of magnetization due to the longitudinal bias applied to the free magnetic layer 34 by the antiferromagnetic layer 35 Should be oriented 90 ° to the other direction.

그러기 위해서는, 제 1 단계의 실온에 있어서의 착자 또는 자장 중의 어닐링처리에 의한 착자처리와 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리에 의한 착자처리를 실시한다.In order to do so, a magnetizing process by an annealing process in a magnetic field or a magnetic field at a room temperature in a first step and a magnetizing process by an annealing process in a magnetic field in a second process are performed.

반강자성층 (35) 에 규칙결정구조인 X-Mn 합금, Pt-Mn-X’합금을 사용할 경우에서는, 제 1 단계의 실온 또는 제 1 온도의 자장 중의 어닐링처리에 의한 착자처리로 보자력증대층 (31) 에 적층된 고정자성층 (32) 의 착자를 실시하고, 이어서 제 2 단계인 제 2 온도의 자장 중의 어닐링처리로 반강자성층 (35) 이 프리자성층 (34) 에 작용시키는 자화의 방향을 갖추는 처리를 실시한다. 이 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리를 실시할 경우에 이용하는 자장의 강도는, 제 1 단계의 고정자성층 (32) 을 착자할 경우에 이용하는 자장보다도 작기 때문에, 제 1 단계의 착자처리로 착자한 고정자성층 (32) 의 자화의 방향을 흐트리지 않고 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리를 실시할 수 있다.In the case of using an X-Mn alloy or a Pt-Mn-X 'alloy having a regular crystal structure in the antiferromagnetic layer 35, in the magnetizing process by the annealing process in the magnetic field at room temperature or first temperature in the first step, The magnetization direction of the antiferromagnetic layer 35 acting on the free magnetic layer 34 by the annealing process in the magnetic field of the second temperature, which is the second step, is carried out by the magnetization of the pinned magnetic layer 32 laminated on the free magnetic layer 31 We carry out processing to equip. Since the intensity of the magnetic field used in the annealing process in the magnetic field in the second stage is smaller than the magnetic field used in magnetizing the fixed magnetic layer 32 in the first stage, The annealing process in the magnetic field in the second step can be performed without disturbing the magnetization direction of the magnetic layer 32. [

다음으로, 도 10 에 나타낸 구조의 반강자성층 (35) 으로서 불규칙구조인 X-Mn 합금을 사용할 경우의 제조방법에 관하여 설명한다.Next, a manufacturing method in the case of using an X-Mn alloy having an irregular structure as the antiferromagnetic layer 35 of the structure shown in Fig. 10 will be described.

이 경우는, 제 1 단계의 실온 또는 제 1 온도의 자장 중의 어닐링처리에 의한 착자처리로 보자력증대층 (31) 에 적층된 고정자성층 (32) 의 착자를 실시하고, 이어서 제 2 단계의 프리자성층상에 불규칙구조를 갖는 X-Mn 합금을 자계 중에서 스퍼터 등의 막형성법으로 형성함으로써 프리자성층 (34) 의 자화의 방향을 갖추는 종바이어스용의 반강자성층 (35) 을 형성할 수 있다.In this case, the fixed magnetic layer 32 laminated on the coercive force increasing layer 31 is magnetized by annealing treatment in the magnetic field of room temperature or first temperature at the first step, and then the magnetization of the free magnetic layer It is possible to form the antiferromagnetic layer 35 for longitudinal bias having the magnetization direction of the free magnetic layer 34 by forming an X-Mn alloy having an irregular structure in the magnetic field by a film formation method such as sputtering.

상기 제 1 단계의 자장 중의 어닐링처리할 경우의 온도는, 보자력증대층으로서 α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층을 이용하고, 고정자성층 (40, 42) 에 Co 또는 Co-Fe 합금을 이용한 경우, 150 내지 250℃ 의 범위가 바람직하고, 자장의 강도는 3 k 내지 15 k Oe 의 범위가 바람직하다. 상기 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리를 실시할 경우의 온도는 200 내지 270℃ 의 범위가 바람직하고, 자장의 강도는 30 내지 500 Oe 의 범위가 바람직하다.The annealing process in the magnetic field in the first step is performed by using a coercive force enhancement layer made of? -Fe 2 O 3 as the coercive force increasing layer and using Co or a Co-Fe alloy for the fixed magnetic layers 40 and 42 , The range of 150 to 250 캜 is preferable, and the strength of the magnetic field is preferably in the range of 3 k to 15 k Oe. The annealing temperature in the magnetic field in the second step is preferably in the range of 200 to 270 DEG C and the intensity of the magnetic field is preferably in the range of 30 to 500 Oe.

이상의 처리에 의해 고정자성층 (32) 의 자화의 방향과 프리자성층 (34) 의 자화의 방향이 90° 직교한 도 10 에 나타낸 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻을 수 있다.By the above process, a spin-valve type magnetoresistance effect element having the structure shown in Fig. 10 in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 32 and the magnetization direction of the free magnetic layer 34 are orthogonal to each other can be obtained.

다음으로, 도 11 에 나타낸 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법에 관하여 설명한다.Next, a method for manufacturing a spin valve type magnetoresistive element having the structure shown in Fig. 11 will be described.

도 11 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제조할 경우에 있어서도, 고정자성층 (2) 의 자화의 방향과 반강자성층 (46) 을 개재시켜 강자성층 (47) 이 프리자성층 (4) 에 작용시키는 종바이어스에 의한 자화의 방향을 90° 다른 방향으로 향하게 해야한다.The magnetization direction of the pinned magnetic layer 2 and the direction in which the ferromagnetic layer 47 acts on the free magnetic layer 4 via the antiferromagnetic layer 46 can be obtained even when the spin valve type magnetoresistance effect element shown in Fig. It is necessary to orient the magnetization by the longitudinal bias to 90 ° in the other direction.

반강자성층 (46) 에 규칙구조인 X-Mn 합금 또는 Pt-Mn-X’합금을 이용할 경우에는, 제 1 단계의 실온에서의 착자처리 또는 자장 중의 어닐링처리에 의한 착자처리와 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리에 의한 착자처리를 실시한다.When the X-Mn alloy or the Pt-Mn-X 'alloy having a regular structure is used for the antiferromagnetic layer 46, the magnetizing treatment at room temperature in the first step or the annealing treatment in the magnetic field in the magnetic field, And a magnetizing process is performed by an annealing process in a magnetic field.

이 예에서는 제 1 단계의 실온 또는 제 1 온도의 자장 중의 어닐링처리에 의한 착자처리로 보자력증대층 (31) 에 적층된 고정자성층 (32) 의 착자를 실시하고, 이어서 제 2 단계의인 제 2 온도의 자장 중의 어닐링처리로 반강자성층 (46) 이 강자성층 (47) 을 개재시켜 프리자성층 (4) 에 작용시키는 자화의 방향을 갖추는 처리를 실시한다. 이 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리를 실시할 경우에 이용하는 자장의 강도는, 고정자성층 (2) 을 착자하는 제 1 단계의 경우에 이용하는 자장보다도 작기 때문에 제 1 단계의 착자처리로 착자한 고정자성층 (2) 의 자화의 방향을 흐트리지 않고 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리를 실시할 수 있다.In this example, the fixed magnetic layer 32 laminated on the coercive force increasing layer 31 is magnetized by annealing treatment in a magnetic field of room temperature or first temperature at the first step, The antiferromagnetic layer 46 is subjected to an annealing treatment in a magnetic field at a temperature so as to have a direction of magnetization acting on the free magnetic layer 4 via the ferromagnetic layer 47. Since the intensity of the magnetic field used in the annealing process in the magnetic field in the second stage is smaller than the magnetic field used in the first stage in which the stationary magnetic layer 2 is magnetized, The annealing process in the magnetic field in the second step can be carried out without disturbing the magnetization direction of the magnet 2.

상기 제 1 단계의 자장 중의 어닐링처리할 경우의 온도는, 보자력증대층으로서 α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층을 이용하고, 고정자성층 (11, 12) 으로서 Co 또는 Co-Fe 합금을 이용한 경우, 150 내지 250℃ 의 범위가 바람직하고, 자장의 강도는 3 k 내지 15 k Oe 의 범위가 바람직하다. 상기 제 2 단계의 자장 중의 어닐링처리를 실시할 경우의 온도는 200 내지 270℃ 의 범위가 바람직하고, 자장의 강도는 30 내지 500 Oe 의 범위가 바람직하다.The annealing process in the magnetic field in the first step uses a coercive force enhancement layer made of? -Fe 2 O 3 as the coercive force increasing layer and a Co or Co-Fe alloy as the stationary magnetic layers 11 and 12 , The range of 150 to 250 캜 is preferable, and the strength of the magnetic field is preferably in the range of 3 k to 15 k Oe. The annealing temperature in the magnetic field in the second step is preferably in the range of 200 to 270 DEG C and the intensity of the magnetic field is preferably in the range of 30 to 500 Oe.

이상의 처리에 의해 고정자성층 (32) 의 자화의 방향과 프리자성층 (34) 의 자화의 방향이 90°교한 도 10 에 나타낸 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻을 수 있다.By the above process, a spin-valve type magnetoresistive element having the structure shown in Fig. 10 in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 32 and the magnetization direction of the free magnetic layer 34 are 90 degrees is obtained.

[실시예][Example]

고주파마그네트론 스퍼터장치를 이용하고, Al2O3막을 피복한 Si 기판 또는 사파이어 기판상에 복수의 타겟을 이용하여 이하에 나타낸 구조가 되도록 스퍼터하여 도 11 에 나타낸 구조의 적층체를 작성하였다.Using a high-frequency magnetron sputtering apparatus, a plurality of targets were sputtered on a Si substrate or a sapphire substrate coated with an Al 2 O 3 film so as to have a structure shown below to produce a laminate having the structure shown in FIG.

이 때, Si 기판상에 형성한 α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층은 다결정막이 되고, 그 막두께를 66 ㎚, Co 로 이루어진 제 1 부고정자성층의 막두께를 2 ㎚, Ru 로 이루어진 비자성중간층의 막두께를 0.7 ㎚, Co 로 이루어진 제 2 부고정자성층의 막두께를 2.5 ㎚, Cu 로 이루어진 비자성 도전층의 막두께를 2.2 ㎚, Co 로 이루어진 프리자성층의 막두께를 1.1 ㎚, Ni80Fe20합금으로 이루어진 프리자성층의 막두께를 7.7 ㎚, Ta 로 이루어진 보호층의 막두께를 3 ㎚ 으로 하였다. 이 예의 적층구조는 Si 기판/ Al2O3막/ α-Fe2O3막/ Co 막/ Ru 막/ Co 막/ Cu 막/ Co 막/ NiFe 막/ Ta 막으로 표기할 수 있다.At this time, the coercive force enhancement layer made of? -Fe 2 O 3 formed on the Si substrate is a polycrystalline film and has a film thickness of 66 nm, a film thickness of the first sub-pinned magnetic layer made of Co of 2 nm, The thickness of the non-magnetic intermediate layer was 0.7 nm, the thickness of the second sub-pinned magnetic layer made of Co was 2.5 nm, the thickness of the non-magnetic conductive layer made of Cu was 2.2 nm, the thickness of the free magnetic layer made of Co was 1.1 nm , The thickness of the free magnetic layer made of the Ni 80 Fe 20 alloy was set to 7.7 nm, and the thickness of the protective layer made of Ta was set to 3 nm. The laminated structure of this example can be expressed as Si substrate / Al 2 O 3 film / α-Fe 2 O 3 film / Co film / Ru film / Co film / Cu film / Co film / NiFe film / Ta film.

얻어진 적층체에 대해, 포토그래피프로세스와 이온밀링에 의해 트랙폭 (감자부분의 폭) 2 ㎛ 의 부분을 남기고 적층체의 양단부를 제거하고, 이 남은 감자부분의 적층체의 트랙폭의 방향 양측에 두께 30 ㎚ 의 제 2 반강자성층 (Pt50Mn50) 과 두께 20 ㎚ 의 비정질인 반강자성층 (Co88Nb8Zr4) 과 두께 70 ㎚ 의 전극리드층 (Cu) 을 형성하였다.The obtained laminate was subjected to a photolithography process and ion milling to remove both end portions of the laminate while leaving a portion with a track width (width of the potato portion) of 2 mu m, and the remaining portions of the laminate in the track width direction A second antiferromagnetic layer (Pt 50 Mn 50 ) having a thickness of 30 nm, an amorphous antiferromagnetic layer (Co 88 Nb 8 Zr 4 ) having a thickness of 20 nm, and an electrode lead layer (Cu) having a thickness of 70 nm were formed.

다음으로, 도 11 에 나타낸 Y 방향 (높이방향) 으로 10 k Oe 의 자장을 부여하여 보자력증대층을 착자하고, 이어서 도 2 의 X1 방향 (트랙폭의 방향) 으로 100 Oe 의 자장을 인가하면서 250℃ 에서 4 시간 어닐링하고, 반강자성층에 적층된 강자성층에 일방향 이방성을 부여하고, 도 11 에 나타낸 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻었다.Next, a magnetic field of 10 k Oe is applied in the Y direction (height direction) shown in Fig. 11 to magnetize the coercive force increasing layer, and then a magnetic field of 100 Oe is applied in the X1 direction (track width direction) C for 4 hours to give a one-directional anisotropy to the ferromagnetic layer laminated on the antiferromagnetic layer to obtain a spin valve type magnetoresistive element having the structure shown in Fig.

이 예의 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 저항변화곡선을 측정한 결과를 도 12 에 나타낸다. 도 12 에 나타낸 바와 같이, 이 실시예의 스핀밸브형 자기저항 효과소자는 Hcp = 2410 Oe 의 매우 우수한 값을 나타내고, 14.9 % 의 우수한 저항변화율을 나타내었다.The results of measurement of the resistance change curve of the spin-valve type magnetoresistance effect element of this example are shown in Fig. As shown in Fig. 12, the spin-valve type magnetoresistive element of this example exhibited a very excellent value of Hcp = 2410 Oe and exhibited an excellent resistance change ratio of 14.9%.

여기서, Hcp 란 보자력증대층의 자기적 교환결합을 받아 향상된 고정자성층의 보자력을 말하고, 이 값이 클수록 자화의 핀고정력이 강한 것을 의미한다. 이 Hcp 의 값이 2410 Oe 인 것에 의해, 도 2 와 같은 종바이어스를 인가하기 위한 하드바이어스층의 경질자성재료의 보자력이 1400 Oe 정도이기 때문에, 고정자성층의 보자력 쪽이 큰 것을 알 수 있다. 이 때문에 본 실시예의 제조방법에서는 제 1 단계의 착자처리로 보자력증대층의 착자를 실시하고, 제 2 단계의 착자처리로 하드바이어스층의 착자처리를 실시하는 제조방법을 채용할 수 있다.Here, Hcp refers to the coercive force of the improved fixed magnetic layer under the magnetic exchange coupling of the coercive force increasing layer, and the larger the value, the stronger the pinning force of the magnetization. Since the Hcp value is 2410 Oe, the coercive force of the hard magnetic material for hard bias layer for applying the longitudinal bias shown in FIG. 2 is about 1400 Oe, so that the coercive force of the fixed magnetic layer is larger. Therefore, in the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to employ a manufacturing method of performing magnetization of the coercive force increasing layer by the magnetizing process of the first step and performing magnetizing process of the hard bias layer by the magnetizing process of the second step.

다음으로, 도 13 에 나타낸 면지수의 사파이어 기판을 사용하고, 이 사파이어기판상에 단결정인 α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층의 막두께를 60 ㎚, Co 로 이루어진 제 1 부고정자성층의 막두께를 1.5 ㎚, Ru 로 이루어진 비자성중간층의 막두께를 0.7 ㎚, Co 로 이루어진 제 2 부고정자성층의 막두께를 2 ㎚, Cu 로 이루어진 비자성 도전층의 막두께를 2.2 ㎚, Ni80Fe20합금으로 이루어진 프리자성층의 막두께를 8.7 ㎚ 으로 한 적층체를 얻었다. 이 예의 적층구조는 사파이어기판/ α-Fe2O3막/ Co 막/ Ru 막/ Co 막/ Cu 막/ NiFe 막/ Ta 막으로 표기할 수 있다. 다음으로, 전술한 예와 동일하게 적층체의 양측에 제 2 반강자성층과 강자성층과 전류리드층을 형성하고, 동일한 2 단계 착자처리를 실시하여 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻었다.Next, a sapphire substrate of the surface index shown in Fig. 13 was used, and on this sapphire substrate, the film thickness of the coercive force enhancement layer made of? -Fe 2 O 3 of single crystal was 60 nm and the thickness of the first sub- 1.5 ㎚ the film thickness, the film thickness of the nonmagnetic intermediate 0.7 ㎚ consisting of Ru, 2, the thickness of the second portion fixed magnetic layer made of Co ㎚, 2.2 ㎚ the film thickness of the nonmagnetic conductive layer made of Cu, Ni 80 A layered product in which the thickness of the free magnetic layer made of Fe 20 alloy was set to 8.7 nm was obtained. The laminated structure of this example can be represented by a sapphire substrate /? -Fe 2 O 3 film / Co film / Ru film / Co film / Cu film / NiFe film / Ta film. Next, a second antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, and a current lead layer were formed on both sides of the laminate in the same manner as in the above example, and the same two-step magnetization process was performed to obtain a spin valve type magnetoresistance effect element.

이 예의 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 자기저항곡선을 측정한 결과를 도 13 에 나타낸다. 도 13 에 나타낸 바와 같이, 이 실시예의 스핀밸브형 자기저항 효과소자는 Hcp = 4650 Oe 의 우수한 값을 나타내고, 7.7 % 의 우수한 저항변화율을 나타내었다.The results of measurement of the magnetoresistive curve of the spin valve type magnetoresistance effect element of this example are shown in Fig. As shown in Fig. 13, the spin-valve type magnetoresistive element of this example exhibited an excellent value of Hcp = 4650 Oe and exhibited an excellent resistance change ratio of 7.7%.

[비교예][Comparative Example]

전술한 실시예에서 얻어진 구조에 있어서 고정자성층을 단층구조로하고, 2 단계 착자공정을 다른 방법으로 하여 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제작하였다.In the structure obtained in the above-described embodiment, the spin valve type magnetoresistance effect element was fabricated by using a single-layered structure of the pinned magnetic layer and another method of the two-step magnetization process.

적층체의 적층구조는, Si 기판/ Al2O3막/ α-Fe2O3막 (66 ㎚ 두께)/ Co 막 (3 ㎚ 두께)/ Cu 막 (2.2 ㎚ 두께)/ Co 막 (1.1 ㎚ 두께)/ NiFe 막 (7.7 ㎚ 두께)/Ta 막 (3 ㎚ 두께) 으로 하였다. 또한, 바이어스층과 전류리드층은 전술한 실시예와 동일한 것을 채용하였다.The stacked structure of the laminate was a laminate structure of Si substrate / Al 2 O 3 film / α-Fe 2 O 3 film (66 nm thick) / Co film (3 nm thick) / Cu film (2.2 nm thick) / Co film Thickness) / NiFe film (7.7 nm thick) / Ta film (3 nm thick). The bias layer and the current lead layer are the same as those of the above-described embodiment.

또한, 이 비교예의 구조에서는, Hcp 의 값이 낮아지는 것을 본 발명자들은 일본 공개특허공보 평 10-112562 호로부터 이미 알고 있기 때문에, 비교예의 구조에 있어서는, 제 1 단계의 착자처리로 250℃ 에서 트랙폭의 방향으로 100 Oe 의 자계를 작용시키면서 4 시간 어닐링한 후에 Y 방향 (높이방향) 으로 1 k Oe 의 자계를 인가하면서 보자력증대층에 적층된 고정자성층을 착자하여 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻었다.Further, since the inventors of the present invention have already known from the Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-112562 that the value of Hcp is lowered in the structure of this comparative example, in the structure of the comparative example, The magnetic field of 1 k Oe was applied in the Y direction (height direction), and the fixed magnetic layer laminated on the coercive force enhancement layer was magnetized to form a spin valve magnetoresistive element .

얻어진 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 자기저항곡선을 측정한 결과를 도 14 에 나타낸다. 도 14 에 나타낸 바와 같이, 이 실시예의 스핀밸브형 자기저항 효과소자는 Hcp = 804 Oe 의 값을 나타내고, 14.6 % 의 저항변화율을 나타내었다. 이 비교예에 있어서는 저항변화율은 높지만, Hcp 의 값은 실시예보다도 낮은 값이었다.Fig. 14 shows the result of measuring the magnetoresistive curve of the obtained spin valve type magnetoresistance effect element. As shown in Fig. 14, the spin-valve type magnetoresistive element of this example exhibited a value of Hcp = 804 Oe and exhibited a resistance change ratio of 14.6%. In this comparative example, although the rate of change in resistance was high, the value of Hcp was lower than that in Examples.

다음으로, 비교예 2 로서, 적층체의 적층구조를 도 15 에 나타낸 면지수의 사파이어기판상에 α-Fe2O3막 (66 ㎚ 두께)/ NiFe 막 (5.8 ㎚ 두께)/ Cu 막 (2.2 ㎚ 두께)/ NiFe 막 (8.7 ㎚ 두께) 으로 한 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제작하였다. 또한, 바이어스층과 전류리드층은 전술한 실시예와 동일한 것을 채용하였다.Next, as a comparative example 2, the laminated structure of the laminated body was formed on a sapphire substrate having a surface index shown in Fig. 15 by using an? -Fe 2 O 3 film (66 nm thick) / NiFe film (5.8 nm thick) / Cu film Nm thick) / NiFe film (thickness of 8.7 nm). The bias layer and the current lead layer are the same as those of the above-described embodiment.

얻어진 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 자기저항곡선을 측정한 결과를 도 15 에 나타낸다. 도 15 에 나타낸 바와 같이, 이 실시예의 스핀밸브형 자기저항 효과소자는 Hcp = 871 Oe 의 값을 나타내고, 5.0 % 의 저항변화율을 나타내었다. 이 비교예에 있어서는 Hcp 의 값은 실시예보다도 낮은 값이었다.The results of measurement of the magnetoresistive curve of the obtained spin valve type magnetoresistance effect element are shown in Fig. As shown in Fig. 15, the spin-valve type magnetoresistive element of this example exhibited a value of Hcp = 871 Oe and exhibited a resistance change rate of 5.0%. In this comparative example, the value of Hcp was lower than that of the examples.

이상의 실시예와 비교에에서 얻어진 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 특성비교로부터, Si 기판상에 형성한 다결정 α-Fe2O3막을 이용한 것에서는, 높은 저항변화율을 얻을 수 있고, 종래에는 얻을 수 없던 2000 Oe 를 초과하는 매우 높은 보자력을 얻을 수 있었다. 또한, 사파이어기판을 이용하여 단결정화된 α-Fe2O3막을 이용한 것에서는, 프리자성층에 Co 를 사용하지 않는 관계로 저항변화율은 다결정 α-Fe2O3막을 이용한 스핀밸브형 자기저항 효과소자보다도 낮아지지만, 종래의 FeMn 을 이용한 일반적으로 널리 공지된 스핀밸브형의 자기저항 효과소자로 얻어지는 저항변화율과 동일한 정도이다. 그러나, 고정자성층의 보자력 (Hcp) 은 5000 Oe 를 초과하는 현저하게 큰 값을 나타내었다.From the comparison of the characteristics of the spin-valve type magnetoresistance effect element obtained in the comparison with the above-mentioned embodiment, it was found that when a polycrystalline? -Fe 2 O 3 film formed on a Si substrate is used, a high resistance change rate can be obtained, A very high coercive force exceeding 2000 Oe was obtained. Further, is a relationship that does not use Co in the free magnetic layer and the resistance change ratio was poly-α-Fe spin-valve type magnetoresistive element using 2 O 3 film from using film united purifying the α-Fe 2 O 3 by using a sapphire substrate, But is about the same as the rate of change in resistance obtained by a commonly known spin-valve type magnetoresistive element using FeMn. However, the coercive force (Hcp) of the pinned magnetic layer showed a remarkably large value exceeding 5000 Oe.

또한, 이들 보자력 (Hcp) 의 값은, 일방향성의 교환결합자계를 이용하여 고정자성층의 핀고정을 실시하는 본 발명 이외의 형식인 핀고정기구에 있어서 공지된 교환결합자계 (Hex), 예를 들면 FeMn 에서는 330 Oe, NiO 에서는 330 Oe, IrMn 에서는 270 Oe, PtMn 에서는 700 Oe, PdPtMn 에서는 480 Oe 에 비해 훨씬 큰 값이다.The values of these coercive forces (Hcp) are not limited to the well-known exchange coupling magnetic field (Hex) in the pinning mechanism, which is a type other than the present invention in which the pinning of the pinned magnetic layer is performed using a unidirectional exchange coupling magnetic field, Is much larger than 330 Oe in FeMn, 330 Oe in NiO, 270 Oe in IrMn, 700 Oe in PtMn and 480 Oe in PdPtMn.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 보자력증대층에 의한 교환결합자계를 받아 보자력이 크게 되어 자화가 핀고정된 고정자성층과, 이 고정자성층의 자화의 방향에 대해 직교하는 자화를 갖고, 외부자계에 의해 자화의 방향이 용이하게 변화되는 프리자성층을 구비함과 동시에, 고정자성층이 제 1 부고정자성층과 제 2 부고정자성층에 비자성중간층을 개재시켜 2 층으로 분리된 구조를 갖기 때문에, 제 1 부고정자성층과 제 2 부고정자성층의 합성 자기모멘트에 대해 보자력증대층이 교환결합자계를 작용시켜 고정자성층의 자화의 방향을 핀고정하기 때문에, 고정자성층의 자화의 방향을 단층구조의 고정자성층보다도 훨씬 강하게 핀고정할 수 있는 결과, 고정자성층의 핀고정력을 높인 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻을 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention provides a magneto-resistance effect element that has a fixed magnetic layer having a coercive force increased by receiving an exchange coupling magnetic field by a coercive force increasing layer and pinned by magnetization and magnetization orthogonal to a magnetization direction of the fixed magnetic layer, Since the fixed magnetic layer has a structure in which the nonmagnetic intermediate layer is interposed between the first sub-stationary magnetic layer and the second sub-stationary magnetic layer to divide them into two layers, Since the coercive force increasing layer acts on the combined magnetic moment of the stationary magnetic layer and the second sub-stationary magnetic layer to pin-fix the magnetization direction of the stationary magnetic layer by the exchange coupling magnetic field, the magnetization direction of the stationary magnetic layer is far longer As a result, it is possible to obtain a spin-valve type magnetoresistance effect element in which the pinning force of the pinned magnetic layer is increased.

상기 제 1 부고정자성층과 제 2 부고정자성층으로 이루어진 고정자성층에 있어서, 양 부고정자성층의 자화의 방향이 180° 다른 반평행의 페리상태라면 페리상태를 유지한 채 자화를 핀고정할 수 있기 때문에, 자화의 핀고정을 용이하게 할 수 있다. 또한, 제 1 부고정자성층과 제 2 부고정자성층의 포화자화와 두께의 적산치가 다른 값이면, 그 차의 값에 반비례하여 보자력증대층이 핀고정력을 발휘하기 때문에, 고정자성층이 단층구조인 경우보다도 훨씬 강대한 핀고정력을 얻을 수 있다.In the pinned magnetic layer made of the first sub-pinned magnetic layer and the second sub-pinned magnetic layer, if the ferromagnetic state of the both-side pinned magnetic layer is antiparallel to the magnetization direction of 180 °, the magnetization can be pinned while maintaining the ferrite state Therefore, pinning of magnetization can be facilitated. If the saturation magnetization and the thickness integration value of the first sub-pinned magnetic layer and the second sub-pinned magnetic layer are different from each other, the coercive force enhancement layer exerts a pinning force in inverse proportion to the value of the difference, A much stronger pinning force can be obtained.

상기 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자에 있어서, 프리자성층을 단일자성구획화하기 위한 종바이어스의 인가구조로서, 하드바이어스층을 이용한 구조와, 프리자성층에 인접시킨 제 2 반강자성체로 이루어진 반강자성층을 종바이어스층으로서 이용한 구조와, 프리자성층에 인접한 강자성층과 제 2 반강자성체의 반강자성층을 종바이어스층으로서 이용한 구조 중의 어느 구조라도 채용할 수 있다.In the spin-valve magnetoresistive element having the above structure, a longitudinal bias applying structure for dividing the free magnetic layer into a single magnetic region is a structure including a structure using a hard bias layer and an antiferromagnetic layer made of a second antiferromagnetic substance adjacent to the free magnetic layer And a structure using a ferromagnetic layer adjacent to the free magnetic layer and an antiferromagnetic layer of the second antiferromagnetic as the longitudinal bias layer can be employed.

이들 종바이어스층으로부터 프리자성층으로 종바이어스를 인가하여 프리자성층을 단일자성구획화함으로써, 바크하우젠 노이즈가 없는 원활한 저항변화를 가지면서 자기정보의 판독을 실시할 수 있는 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻을 수 있다.By applying the longitudinal bias from these longitudinal bias layers to the free magnetic layer to single-magnetically partition the free magnetic layer, a spin valve type magnetoresistance effect element capable of reading magnetic information with smooth resistance change without Barkhausen noise is obtained .

또한, 하드바이어스층이 아니라 제 2 반강자성체의 종바이어스층 또는 강자성층과 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층에서 프리자성층으로 종바이어스를 인가하여 단일자성구획화하는 구조이면, 프리자성층에 외부자계가 작용한 경우에 프리자성층의 자화가 움직이기 어려운 부분, 즉 불감영역을 발생시키기 어렵기 때문에, 규정하는 트랙폭에 상당하는 부분의 전영역에서 자화의 변화를 확실하게 감지할 수 있는 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻을 수 있다.Further, in the structure in which not the hard bias layer but the longitudinal biasing layer of the second antiferromagnetic or ferromagnetic layer and the longitudinal bias layer made of the second antiferromagnetic are subjected to single magnetic partitioning by applying longitudinal bias to the free magnetic layer, an external magnetic field The magnetization of the free magnetic layer can hardly move, that is, it is hard to generate the dead zone. Therefore, the spin valve magnetic body can reliably detect the change in magnetization in the entire region corresponding to the specified track width A resistance effect element can be obtained.

다음으로, α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층을 이용한 구조에서는, α-Fe2O3의 블로킹온도가 320℃ 이고, FeMn 등의 종래재료에 비해 블로킹온도가 높기 때문에, 내열성이 우수하고, 자기헤드장치 등에 적용한 경우에 장치의 발열로 200℃ 이상의 온도로 가열된 경우라도 안정된 핀고정력을 얻을 수 있고, 안정된 저항변화를 얻을 수 있는 효과가 있다.Next, in the structure using the coercive force increasing layer consisting of α-Fe 2 O 3, since α-Fe 2 O-blocking temperature is 320 ℃ of 3, and a blocking temperature higher than the conventional material, such as FeMn, and excellent heat resistance , A magnetic head device or the like, it is possible to obtain a stable pinning force even when heated to a temperature of 200 ° C or more due to the heat generation of the device, and to obtain a stable resistance change.

또한, α-Fe2O3가 본래 절연체로 전기저항이 높기 때문에 센스전류의 분류손실을 적게 할 수 있는 효과가 있다.In addition, since? -Fe 2 O 3 is inherently an insulator, the electrical resistance is high, and therefore, the classification loss of the sense current can be reduced.

다음으로, 상기 구조의 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 구비한 자기헤드라면, 자기기록매체로부터의 미소한 자계에 선형응답하여 저항변화를 일으키고, 이로 인해 검출감도가 우수하고 바크하우젠 노이즈가 없는 자기정보의 판독을 실시할 수 있음과 동시에, 장치자체의 발열로 200℃상으로 가열된 경우라도 안정된 저항변화를 나타내는 내열성이 우수한 자기헤드를 제공할 수 있다.Next, a magnetic head having a spin-valve type magnetoresistive element of the above structure will be described as a magnetic head having a structure in which a resistance changes in response to a minute magnetic field from a magnetic recording medium to cause a change in resistance, It is possible to provide a magnetic head having excellent heat resistance that exhibits stable resistance change even when heated to 200 deg. C due to heat generated by the apparatus itself.

또한, 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 주위에 절연층을 설치하여 이루어진 자기헤드구조를 채용할 경우, 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 부분은 가능한 한 얇은 것이 바람직하고, 종래에는 절연성의 확보를 위해 절연층을 어느 정도 두껍게 하여 자기헤드의 설계를 실시하였지만, 스핀밸브형 자기저항 효과소자에 있어서 두께비율이 큰 보자력증대층 부분을 절연체인 α-Fe2O3로 형성함으로써 절연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보자력증대층 부분을 절연체인 α-Fe2O3로 형성함으로써 절연성을 향상시킬 수 있는 결과로서, 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 주위에 설치한 절연층, 즉 갭층을 종래보다도 박형화한다면 자기헤드의 판독시의 분해능력향상, 즉 높은 선기록밀도로 대응이 가능하게 되는 효과가 있다.When the magnetic head structure in which the insulating layer is provided around the spin-valve type magnetoresistance effect element is adopted, the portion of the spin-valve type magnetoresistance effect element is preferably as thin as possible. Conventionally, The design of the magnetic head is made by increasing the thickness of the insulating layer to some extent. However, in the spin-valve type magnetoresistance effect element, the insulating property can be improved by forming the portion of the coercive force enhancement layer having a large thickness ratio with? -Fe 2 O 3 . As a result of improving the insulating property by forming the coercive force increasing layer portion with? -Fe 2 O 3 which is an insulator, if the insulating layer, that is, the gap layer provided around the spin valve magneto- There is an effect that it is possible to cope with the improvement of the resolving power at the time of reading the head, that is, the high linear recording density.

다음으로 본 발명의 제조방법은, 보자력증대층과 2 층 분리형의 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층과 종바이어스층을 갖는 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제조할 경우에, 이들을 기판상에 막형성한 후, 고정자성층에 트랙폭과 수직방향인 자장 중에서 실온에서의 착자 또는 제 1 온도에 의해 어닐링하여 고정자성층의 보자력을 증대시켜 고정자성층의 자화를 핀고정하는 공정과, 상기 바이어스층에 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하여 바이어스 자계를 생성시키는 공정을 구비하기 때문에, 먼저 착자한 고정자성층의 자화를 흐트리지 않고 나중공정에 있어서 바이어스층을 착자할 수 있다.Next, in the case of manufacturing a spin-valve type magnetoresistance effect element having a coercive force enhancement layer, a two-layer separation type fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a free magnetic layer and a longitudinal bias layer, A step of pinning the magnetization of the pinned magnetic layer by increasing the coercive force of the pinned magnetic layer by annealing the pinned magnetic layer at a room temperature or at a first temperature in a magnetic field in a direction perpendicular to the track width, And a bias magnetic field is generated by applying a magnetic field smaller than the coercive force of the pinned magnetic layer in the direction of the track width. Therefore, the bias layer can be magnetized in the subsequent step without disturbing the magnetization of the magnetized pinned magnetic layer.

따라서, 프리자성층의 자화의 방향과 고정자성층의 자화의 방향이 90° 다른 구조라도 먼저 착자한 고정자성층의 자화에 흐트러짐을 발생시키지 않고 프리자성층에 종바이어스 자계를 작용시키는 공정을 실시할 수 있고, 고정자성층의 핀고정력이 높은 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 얻을 수 있다.Therefore, even if the direction of magnetization of the free magnetic layer and the direction of magnetization of the pinned magnetic layer are different from each other by 90 degrees, a step of applying a longitudinal bias magnetic field to the free magnetic layer without causing disturbance in the magnetization of the magnetized pinned magnetic layer, It is possible to obtain a spin valve type magnetoresistance effect element having a high pinning force of the pinned magnetic layer.

본 발명의 제조방법에 있어서, 종바이어스의 인가수단으로서 하드바이어스를 이용한 구조, 제 2 반강자성체로 이루어진 바이어스층과 강자성층을 이용한 구조, 프리자성층의 트랙폭의 방향 양측에 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층을 배치한 구조 중 어느 구조에 있어서도, 앞에서 기재한 제조방법과 동일하게 고정자성층에 트랙폭과 수직방향인 자장 중에서 실온으로 착자처리, 또는 제 1 온도에 의해 어닐링하여 고정자성층의 보자력을 증대시켜 고정자성층의 자화를 핀고정하는 공정과, 상기 바이어스층에 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하여 바이어스 자계를 생성시키는 공정을 실시함으로써, 먼저 착자한 고정자성층의 자화를 흐트리지 않고 다음의 공정에 있어서 바이어스층을 착자할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, it is preferable that a structure using a hard bias as a longitudinal bias applying means, a structure using a bias layer made of a second antiferromagnetic and a ferromagnetic layer, and a structure made of a second antiferromagnetic In any structure of the structure in which the longitudinal bias layer is disposed, in the same way as the above-described manufacturing method, the fixed magnetic layer is magnetized in the magnetic field in the direction perpendicular to the track width at room temperature or annealed at the first temperature to change the coercive force And a bias magnetic field is generated by applying a magnetic field smaller than the coercive force of the pinned magnetic layer to the bias layer in the direction of the track width to increase the magnetization of the pinned magnetic layer It is possible to magnetize the bias layer in the next step.

Claims (14)

제 1 반강자성체로 이루어진 보자력증대층과, 이 보자력증대층으로 인한 교환결합자계에 의해 보자력이 커져 자화방향이 고정된 고정자성층과, 상기 고정자성층에 비자성 도전층을 사이에 두고 형성되며 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 자화가 정렬된 프리자성층을 구비하고, 상기 고정자성층의 고정된 자화방향과 교차하는 방향으로 센스전류가 흐르며, 고정자성층과 프리자성층의 자화가 이루는 각도관계에 의해 전기저항변화가 검출되고, 상기 고정자성층이 비자성중간층을 개재시켜 보자력증대층에 가까운 측의 제 1 부고정자성층과 비자성 도전층에 가까운 측의 제 2 부고정자성층의 2 층으로 분리되며, 상기 보자력증대층이 α-Fe2O3로 이루어진 스핀밸브형 자기저항 효과소자.A pinned magnetic layer made of a first antiferromagnetic material; a fixed magnetic layer having a coercive force that is increased due to an exchange coupling magnetic field due to the coercive force increasing layer and having a fixed magnetization direction; A free magnetic layer in which magnetizations are aligned in a direction crossing the magnetization direction of the magnetic layer, a sense current flows in a direction crossing the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer, and the magnetization of the free magnetic layer The fixed magnetic layer is divided into two layers of the first sub-pinned magnetic layer on the side closer to the coercive-force-increasing layer and the second sub-pinned magnetic layer on the side closer to the non-magnetic conductive layer via the nonmagnetic intermediate layer, Wherein the coercive force increasing layer is made of? -Fe 2 O 3 . 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 부고정자성층의 자화의 방향과 제 2 부고정자성층의 자화의 방향이 반평행으로 된 페리자성상태로 이루어진 스핀밸브형 자기저항 효과소자.And a ferromagnetic state in which the magnetization direction of the first sub-pinned magnetic layer and the magnetization direction of the second sub-pinned magnetic layer are antiparallel. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 부고정자성층의 포화자화와 두께의 적산치로 나타나는 자기모멘트와, 상기 제 2 부고정자성층의 포화자화와 두께의 적산치로 나타나는 자기모멘트가다른 값으로 되고, 이 상태의 제 1 부고정자성층과 제 2 부고정자성층으로 이루어진 고정자성층에 대해 보자력증대층이 자기적 교환결합을 작용시켜 교환결합자계가 증대되게 되는 스핀밸브형 자기저항 효과소자.The magnetic moment represented by the saturation magnetization of the first sub-pinned magnetic layer and the integrated value of the thickness and the magnetic moment represented by the integrated value of the saturation magnetization and the thickness of the second sub-pinned magnetic layer have different values, Wherein the coercive force increasing layer acts on the stationary magnetic layer composed of the first sub-fixed magnetic layer and the second sub-stationary magnetic layer so that the exchange coupled magnetic field is increased by the magnetic exchange coupling. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 프리자성층의 자화방향을 정렬하기 위한 종바이어스의 인가수단이 프리자성층의 두께방향에 직교하는 방향의 양측에 설치된 경질자성재료로 이루어진 하드바이어스층으로 이루어진 스핀밸브형 자기저항 효과소자.Wherein the longitudinal bias applying means for aligning the magnetization directions of the free magnetic layer comprises a hard bias layer made of a hard magnetic material provided on both sides in a direction orthogonal to the thickness direction of the free magnetic layer. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 프리자성층의 자화방향을 정렬하기 위한 종바이어스의 인가수단이 프리자성층에 인접하여 배치된 제 2 반강자성체로 이루어진 반강자성층으로 이루어지고, 상기 반강자성층에 의해 프리자성층에 일방향성인 교환바이어스 자계가 작용되어 자기이방성이 유기되고, 프리자성층의 자성구획이 안정화되게 되는 스핀밸브형 자기저항 효과소자.Wherein the longitudinal bias applying means for aligning the magnetization directions of the free magnetic layer comprises an antiferromagnetic layer made of a second antiferromagnetic substance disposed adjacent to the free magnetic layer, and the exchange bias magnetic field The magnetic anisotropy is induced and the magnetic section of the free magnetic layer is stabilized. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 프리자성층의 자화방향을 정렬하기 위한 종바이어스의 인가수단이 프리자성층에 인접한 강자성층과 상기 강자성층에 적층된 제 2 반강자성체로 이루어진 반강자성층으로 이루어지고, 상기 반강자성층에 의해 상기 강자성층에 일방향성인 교환바이어스 자계가 작용되어 자기이방성이 유기되고, 프리자성층과 강자성층간의 강자성결합에 의해 프리자성층의 자성구획이 안정화되게 되는 스핀밸브형 자기저항 효과소자.Wherein the longitudinal bias applying means for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer comprises a ferromagnetic layer adjacent to the free magnetic layer and an antiferromagnetic layer made of a second antiferromagnetic layer laminated on the ferromagnetic layer, And a magnetic section of the free magnetic layer is stabilized by the ferromagnetic coupling between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 보자력증대층이 산화물 반강자성체로 이루어지고, 이 보자력증대층에 자화를 핀고정된 고정자성층의 보자력이 상기 반강자성층에 의해 고정자성층에 유기되는 일방향성인 교환바이어스 자계보다도 커지게 되는 스핀밸브형 자기저항 효과소자.Wherein the coercive force increasing layer is made of an oxide antiferromagnetic and the coercive force of the pinned magnetic layer pinned by magnetization in the coercive force increasing layer is larger than the unidirectional exchange bias magnetic field induced in the fixed magnetic layer by the antiferromagnetic layer. Magnetoresistive element. 삭제delete α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층과 이 보자력증대층에 인접하는 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층에 더하여 상기 프리자성층에 종바이어스를 인가하기 위한 바이어스층과 전류리드층을 기판상에 구비하고, 상기 고정자성층을 비자성중간층을 개재시켜 2 층으로 분리시킨 구조를 갖는 스핀밸브형 자기저항 효과소자를 제조할 때에,a bias layer and a current lead layer for applying a longitudinal bias to the free magnetic layer in addition to a free magnetic layer made of? -Fe 2 O 3 , a free magnetic layer adjacent to the free magnetic layer adjacent to the coercive force enhancement layer, a nonmagnetic conductive layer, And the spin valve magnetoresistance effect element having a structure in which the stationary magnetic layer is separated into two layers via a nonmagnetic intermediate layer, 이들 각층을 기판상에 막형성시킨 후, 상기 고정자성층에 트랙폭과 수직방향의 자장 중에서 착자 또는 제 1 온도에 의해 자장 중에서 어닐링하여 고정자성층의 보자력을 증대시켜 고정자성층의 자화를 핀고정하는 공정과,A step of pinning and fixing the magnetization of the pinned magnetic layer by increasing the coercive force of the pinned magnetic layer by annealing the pinned magnetic layer in the magnetic field at a first temperature or in a magnetic field in the direction perpendicular to the track width, and, 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하여 어닐링하여 바이어스 자계를 발생시키는 공정을 구비하는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법.And a step of generating a bias magnetic field by applying a magnetic field smaller than the coercive force of said fixed magnetic layer in a track width direction and annealing the magnetic field to generate a bias magnetic field. α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층과 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층을 갖고, 트랙폭에 근사하는 폭을 갖고, 상기 고정자성층을 비자성중간층을 개재시켜 2 층으로 분리시킨 구조를 갖는 적층체를 기판상에 형성하는 공정과,a structure having a coercive force enhancement layer made of? -Fe 2 O 3 , a fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer and a free magnetic layer, having a width close to the track width, and separating the fixed magnetic layer through two non- A step of forming a laminate on the substrate, 상기 적층체의 트랙폭의 방향 양측에 경질자성재료로 이루어진 하드바이어스층을 형성하는 공정과,Forming a hard bias layer made of a hard magnetic material on both sides in the track width direction of the laminate, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭의 방향과 수직방향으로 실온에서 또는 어닐링을 실시하면서 자계를 작용시키고, 보자력증대층의 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 고정자성층의 자화방향을 고정하는 공정과,A magnetic field is applied to the stationary magnetic layer adjacent to the coercive force increasing layer at room temperature or at a room temperature in a direction perpendicular to the track width direction and the coercive force of the stationary magnetic layer is increased by the exchange coupling magnetic field of the coercive force increasing layer, A step of fixing the direction, 상기 보자력증대층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하고, 하드바이어스층을 착자하여 종바이어스 자계를 프리자성층에 작용시키는 공정을 구비하는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법.Applying a magnetic field smaller than the coercive force of the coercive force increasing layer in the direction of the track width, and magnetizing the hard bias layer to cause a longitudinal bias magnetic field to act on the free magnetic layer. α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층과 이 보자력증대층에 적층되어 비자성중간층을 개재시킨 2 층 분리형으로 된 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층과 제 2 반강자성체로 이루어진 종바이어스층을 기판상에 형성하는 공정과,α-Fe 2 O 3 , and a two-layer separation type fixed magnetic layer stacked on the coercive force enhancement layer and interposed between the nonmagnetic intermediate layers, a longitudinal bias layer made of a nonmagnetic conductive layer, a free magnetic layer and a second antiferromagnetic layer On a substrate, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭의 방향과 수직방향으로 자계를 작용시키면서 실온에서 착자처리 또는 제 1 열처리 온도로 어닐링하여 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 자화방향을 고정하는 공정과,The magnetization direction of the fixed magnetic layer adjacent to the coercive force increasing layer is increased by coercive treatment or annealing at a first heat treatment temperature at room temperature while applying a magnetic field in a direction perpendicular to the track width direction to increase coercive force of the fixed magnetic layer by the exchange coupling magnetic field, ; 상기 종바이어스층을 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하면서 어닐링하여 일방향성인 교화결합자계에 의해 종바이어스 자계를 발생시키는 공정과,A step of annealing the longitudinal bias layer while applying a magnetic field smaller than the coercive force of the pinned magnetic layer in a track width direction to generate a longitudinal bias magnetic field by a unidirectional exciting coupling magnetic field; 트랙폭의 방향에 상당하는 폭의 상기 반강자성층을 제거하는 공정을 구비하는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법.And removing the antiferromagnetic layer having a width corresponding to the direction of the track width. α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층과 이 보자력증대층에 적층되어 비자성중간층을 개재시킨 2 층 분리형으로 된 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층을 기판상에 연속형성하는 공정과,a step of continuously forming a nonmagnetic conductive layer and a free magnetic layer on a substrate, a coercive force enhancement layer made of? -Fe 2 O 3 and a two-layer separation type fixed magnetic layer laminated on the coercive force enhancement layer, 상기 프리자성층상에 트랙폭에 상당하는 간격을 두어 강자성층을 형성하고, 또한 강자성층상에 제 2 반강자성체로 이루어진 반강자성층을 형성하는 공정과,A step of forming a ferromagnetic layer on the free magnetic layer with an interval corresponding to the track width and forming an antiferromagnetic layer made of a second antiferromagnetic material on the ferromagnetic layer, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭과 수직방향으로 자계를 작용시키면서 실온에서 착자처리 또는 제 1 온도로 어닐링하여 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 자화방향을 고정하는 공정과,A step of magnetizing the fixed magnetic layer adjacent to the coercive force increasing layer at a room temperature and annealing at a first temperature while applying a magnetic field in a direction perpendicular to the track width to increase the coercive force of the fixed magnetic layer by an exchange coupling magnetic field, , 상기 반강자성층을 상기 고정자성층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하면서 어닐링하여 일방향성인 교화결합자계에 의해 종바이어스 자계를 발생시키는 공정을 구비하는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법.And a step of annealing the antiferromagnetic layer while applying a magnetic field smaller than the coercive force of the pinned magnetic layer in a track width direction to generate a longitudinal bias magnetic field by a unidirectional exciting combined magnetic field . α-Fe2O3로 이루어진 보자력증대층과 이 보자력증대층에 적층되어 비자성중간층을 개재시킨 2 층 분리형으로 된 고정자성층과 비자성 도전층과 프리자성층을 갖고, 트랙폭에 상당하는 폭을 갖는 적층체를 기판상에 형성하는 공정과,α-Fe 2 O 3 and a nonmagnetic conductive layer and a free magnetic layer which are laminated on the coercive force enhancement layer and are separated into two layers separated by a nonmagnetic intermediate layer and have a width corresponding to the track width A step of forming a laminate on the substrate, 상기 적층체의 트랙폭의 방향 양측에 강자성층을 형성하여 그 강자성층상에 제 2 반강자성체로 이루어진 반강자성층을 형성하는 공정과,A step of forming a ferromagnetic layer on both sides in the track width direction of the laminate and forming an antiferromagnetic layer made of a second antiferromagnetic on the ferromagnetic layer, 상기 보자력증대층에 인접하는 고정자성층에 트랙폭의 방향과 수직방향으로 자계를 작용시키면서 실온에서 착자처리 또는 제 1 온도로 어닐링하여 교환결합자계에 의해 고정자성층의 보자력을 크게 하여 자화방향을 고정하는 공정과,The magnetization direction of the pinned magnetic layer adjacent to the coercive force increasing layer is fixed by magnetizing at room temperature or by annealing at a first temperature while applying a magnetic field in a direction perpendicular to the track width direction and increasing the coercive force of the pinned magnetic layer by an exchange coupling magnetic field The process, 상기 반강자성층과 강자성층에 상기 보자력증대층의 보자력보다도 작은 자계를 트랙폭의 방향으로 인가하면서 어닐링하여 일방향성인 교화결합자계에 의해 종바이어스 자계를 발생시키는 공정을 구비하는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법.And a step of annealing the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer while applying a magnetic field smaller than the coercive force of the coercive force increasing layer in the track width direction to generate a longitudinal bias magnetic field by a unidirectional exciting coupling magnetic field, / RTI > 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 트랙폭의 방향의 어닐링은 제 1 열처리 온도보다도 높은 제 2 열처리 온도로 실시하는 스핀밸브형 자기저항 효과소자의 제조방법.Wherein the annealing in the track width direction is performed at a second annealing temperature higher than the first annealing temperature.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6538859B1 (en) * 2000-07-31 2003-03-25 International Business Machines Corporation Giant magnetoresistive sensor with an AP-coupled low Hk free layer
JP2002111095A (en) 2000-09-26 2002-04-12 Alps Electric Co Ltd Magnetoresistive effect type element
JP3576111B2 (en) 2001-03-12 2004-10-13 株式会社東芝 Magnetoresistance effect element
KR20030073600A (en) * 2002-03-12 2003-09-19 학교법인고려중앙학원 Spin valve type magnetoresistive element
JP2004296000A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Hitachi Ltd Magneto-resistance effect type head and manufacturing method therefor
KR100733782B1 (en) * 2005-01-19 2007-07-02 고려대학교 산학협력단 Manufacturing method for Giant magneto-resistance device using CoFeZr

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0687917A2 (en) * 1994-06-15 1995-12-20 International Business Machines Corporation Spin valve magnetoresistive sensor with self-pinned laminated layer and magnetic recording system using the sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0687917A2 (en) * 1994-06-15 1995-12-20 International Business Machines Corporation Spin valve magnetoresistive sensor with self-pinned laminated layer and magnetic recording system using the sensor

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