JP3198265B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッド、位置
センサ、回転センサ等に適用される磁気抵抗効果素子を
構成する磁気抵抗効果素子に関する。
センサ、回転センサ等に適用される磁気抵抗効果素子を
構成する磁気抵抗効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気抵抗効果型読み取りヘッド
（ＭＲヘッド）として、異方性磁気抵抗効果現象を用い
たＡＭＲ（Anisotropic Magnetoresistance）ヘッド
と、伝導電子のスピン依存散乱現象を用いたＧＭＲ（Gi
ant Magnetoresistance：巨大磁気抵抗効果）ヘッドと
が知られており、ＧＭＲヘッドの１つの具体例として、
低外部磁界で高磁気抵抗効果を示すスピンバルブ（Spin
-Valve）ヘッドが米国特許第５１５９５１３号明細書に
示されている。
（ＭＲヘッド）として、異方性磁気抵抗効果現象を用い
たＡＭＲ（Anisotropic Magnetoresistance）ヘッド
と、伝導電子のスピン依存散乱現象を用いたＧＭＲ（Gi
ant Magnetoresistance：巨大磁気抵抗効果）ヘッドと
が知られており、ＧＭＲヘッドの１つの具体例として、
低外部磁界で高磁気抵抗効果を示すスピンバルブ（Spin
-Valve）ヘッドが米国特許第５１５９５１３号明細書に
示されている。
【０００３】図８は従来知られているスピンバルブ構造
の一例を示すもので、この例の構造は、フリー強磁性層
１と非磁性中間層２とピン止め強磁性層３と反強磁性層
４を基板上に積層し、この積層体の両側に積層体を挟む
ようにＣｏ-Ｐｔ等からなる磁石層５、５を設け、その
上に電極層６、６を設けて構成されている。また、図８
に示す従来構造においてピン止め強磁性層３の磁化方向
を図８のＺ方向に固定させるためには、比較的大きなバ
イアス磁界が必要であり、このバイアス磁界は大きけれ
ば大きいほど良いことになる。図８のＺ方向の反磁界に
打ち勝ち、磁気媒体からの磁束により磁化方向が揺れな
いためには、少なくとも１００ Ｏｅのバイアス磁界が
必要である。このバイアス磁界を得るために図８に示す
従来構造にあっては、ピン止め強磁性層３に交換結合層
４を接触させて設けることにより生じる交換異方性磁界
を利用している。
の一例を示すもので、この例の構造は、フリー強磁性層
１と非磁性中間層２とピン止め強磁性層３と反強磁性層
４を基板上に積層し、この積層体の両側に積層体を挟む
ようにＣｏ-Ｐｔ等からなる磁石層５、５を設け、その
上に電極層６、６を設けて構成されている。また、図８
に示す従来構造においてピン止め強磁性層３の磁化方向
を図８のＺ方向に固定させるためには、比較的大きなバ
イアス磁界が必要であり、このバイアス磁界は大きけれ
ば大きいほど良いことになる。図８のＺ方向の反磁界に
打ち勝ち、磁気媒体からの磁束により磁化方向が揺れな
いためには、少なくとも１００ Ｏｅのバイアス磁界が
必要である。このバイアス磁界を得るために図８に示す
従来構造にあっては、ピン止め強磁性層３に交換結合層
４を接触させて設けることにより生じる交換異方性磁界
を利用している。
【０００４】図８に示す構造であると、フリー強磁性層
１には磁石層５、５によって膜面に対して平行（図４の
Ｘ方向：トラック方向）の縦バイアスを印加し単磁区化
した状態でトラック方向に磁化を向けさせるとともに、
ピン止め強磁性層３の磁化方向を図８中のＺ方向、即
ち、フリー強磁性層１の磁化方向と直交する方向にバイ
アスを印加して単磁区化した状態で図中Ｚ方向に向けさ
せておく必要がある。前記の縦バイアス印加の目的はフ
リー強磁性層１が多数の磁区を形成することによって生
じるバルクハウゼンノイズを抑制すること、即ち、磁気
媒体からこの磁束に対してノイズの少ないスムーズな抵
抗変化にするためである。また、磁気媒体からの磁束
（図８のＺ方向）により、前記ピン止め強磁性層３の磁
化方向は変化してはならず、フリー強磁性層１の方向が
ピン止め強磁性層３の磁化方向に対して９０±θ゜の範
囲で変化することにより磁気抵抗効果の線形応答性が得
られる。以上のように、スピンバルブヘッドの際のピン
止め強磁性層のバイアス、フリー強磁性層の縦バイアス
に反強磁性層との接触界面で生じる交換異方性磁界を利
用することにより、線形応答性が良く、バルクハウゼン
ノイズを抑制した磁気抵抗効果型ヘッドが実現される。
１には磁石層５、５によって膜面に対して平行（図４の
Ｘ方向：トラック方向）の縦バイアスを印加し単磁区化
した状態でトラック方向に磁化を向けさせるとともに、
ピン止め強磁性層３の磁化方向を図８中のＺ方向、即
ち、フリー強磁性層１の磁化方向と直交する方向にバイ
アスを印加して単磁区化した状態で図中Ｚ方向に向けさ
せておく必要がある。前記の縦バイアス印加の目的はフ
リー強磁性層１が多数の磁区を形成することによって生
じるバルクハウゼンノイズを抑制すること、即ち、磁気
媒体からこの磁束に対してノイズの少ないスムーズな抵
抗変化にするためである。また、磁気媒体からの磁束
（図８のＺ方向）により、前記ピン止め強磁性層３の磁
化方向は変化してはならず、フリー強磁性層１の方向が
ピン止め強磁性層３の磁化方向に対して９０±θ゜の範
囲で変化することにより磁気抵抗効果の線形応答性が得
られる。以上のように、スピンバルブヘッドの際のピン
止め強磁性層のバイアス、フリー強磁性層の縦バイアス
に反強磁性層との接触界面で生じる交換異方性磁界を利
用することにより、線形応答性が良く、バルクハウゼン
ノイズを抑制した磁気抵抗効果型ヘッドが実現される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記交換異
方性磁界は、強磁性層と交換結合層の接触界面における
双方の磁気モーメント間の交換相互作用に起因する現象
であり、強磁性層、例えば、ＮｉＦｅ層との交換異方性
磁界を生じる反強磁性層としては、ＦｅＭｎ層が良く知
られている。しかしながら、ＦｅＭｎ層は、耐食性が著
しく悪く、磁気ヘッドの製造工程および磁気ヘッド作動
中に腐食が進行し、交換異方性磁界が大きく劣化してし
まう問題がある。また、磁気ヘッド作動中のＦｅＭｎ層
近傍の温度は、定常検出電流による発熱で１２０℃程度
まで容易に上昇することが知られているが、ＦｅＭｎ層
による交換異方性磁界は温度変化に対して極めて敏感で
あって、約１５０℃の温度で消失（ブロッキング温度：
Ｔｂ）するまで、温度に対してほぼ直線的に交換異方性
磁界が減少してしまうために、安定した交換異方性磁界
が得られない問題がある。
方性磁界は、強磁性層と交換結合層の接触界面における
双方の磁気モーメント間の交換相互作用に起因する現象
であり、強磁性層、例えば、ＮｉＦｅ層との交換異方性
磁界を生じる反強磁性層としては、ＦｅＭｎ層が良く知
られている。しかしながら、ＦｅＭｎ層は、耐食性が著
しく悪く、磁気ヘッドの製造工程および磁気ヘッド作動
中に腐食が進行し、交換異方性磁界が大きく劣化してし
まう問題がある。また、磁気ヘッド作動中のＦｅＭｎ層
近傍の温度は、定常検出電流による発熱で１２０℃程度
まで容易に上昇することが知られているが、ＦｅＭｎ層
による交換異方性磁界は温度変化に対して極めて敏感で
あって、約１５０℃の温度で消失（ブロッキング温度：
Ｔｂ）するまで、温度に対してほぼ直線的に交換異方性
磁界が減少してしまうために、安定した交換異方性磁界
が得られない問題がある。
【０００６】そこで本願発明者らは先に、平成７年４月
３日付けで特許出願を行った特願平７―７８０２２号明
細書において、巨大磁気抵抗効果を得ることができる上
に、前述のＦｅＭｎよりも耐食性と温度特性に優れたも
のであり、隣接する強磁性層の保磁力を増大させること
で磁化の回転のピン止めを行うことができる機構を利用
した磁気抵抗効果素子として、α-Ｆｅ2Ｏ3の保磁力増
大層を設けた構造の磁気抵抗効果素子を特許出願してい
る。この特許出願によれば、非磁性層を介して積層され
る２つの強磁性層の一方にα-Ｆｅ2Ｏ3の保磁力増大層
を隣接配置してその強磁性層の磁化の回転をピン止めし
てピン止め強磁性層とし、他方の強磁性層の磁化の回転
を自由にしてフリー磁性層として構成し、外部磁界の印
加によりフリー強磁性層の磁化の回転を行わせるように
して抵抗変化が起こるようにした構造である。なお、α
-Ｆｅ2Ｏ3のブロッキング温度はＦｅＭｎに比べて遥か
に高い温度であるので、前記構造の磁気抵抗効果素子は
温度変化によって磁気特性が劣化し難い利点を有し、α
-Ｆｅ2Ｏ3はそれ自体が酸化物であるので耐食性の面で
は全く問題がないという特徴を有している。
３日付けで特許出願を行った特願平７―７８０２２号明
細書において、巨大磁気抵抗効果を得ることができる上
に、前述のＦｅＭｎよりも耐食性と温度特性に優れたも
のであり、隣接する強磁性層の保磁力を増大させること
で磁化の回転のピン止めを行うことができる機構を利用
した磁気抵抗効果素子として、α-Ｆｅ2Ｏ3の保磁力増
大層を設けた構造の磁気抵抗効果素子を特許出願してい
る。この特許出願によれば、非磁性層を介して積層され
る２つの強磁性層の一方にα-Ｆｅ2Ｏ3の保磁力増大層
を隣接配置してその強磁性層の磁化の回転をピン止めし
てピン止め強磁性層とし、他方の強磁性層の磁化の回転
を自由にしてフリー磁性層として構成し、外部磁界の印
加によりフリー強磁性層の磁化の回転を行わせるように
して抵抗変化が起こるようにした構造である。なお、α
-Ｆｅ2Ｏ3のブロッキング温度はＦｅＭｎに比べて遥か
に高い温度であるので、前記構造の磁気抵抗効果素子は
温度変化によって磁気特性が劣化し難い利点を有し、α
-Ｆｅ2Ｏ3はそれ自体が酸化物であるので耐食性の面で
は全く問題がないという特徴を有している。
【０００７】ところで、前述のＦｅＭｎを用いたスピン
バルブ構造の磁気抵抗効果素子、あるいは、α-Ｆｅ2Ｏ
3の保磁力増大層を設けた磁気抵抗効果素子にあって
は、非磁性層２を挟んで設けられるフリー強磁性層１と
ピン止め強磁性層３のうち、フリー強磁性層１の磁化の
向きは、外部磁場に応じて敏感に反応して回転する必要
があるので、フリー強磁性層１の保磁力は小さい方が好
ましく、逆に、ピン止め強磁性層３の磁化の向きは外部
磁場によって動いてはならない。ところが、フリー強磁
性層１とピン止め強磁性層３を非磁性層２を介して積層
した構造であると、ピン止め強磁性層３の生成させる磁
場の影響によってフリー強磁性層１の保磁力が材料本来
の値よりも上昇してしまい、フリー強磁性層１の磁化の
円滑な回転がなされにくくなり、磁気抵抗効果素子とし
てのＲ-Ｈカーブの特性が劣化するおそれがあった。
バルブ構造の磁気抵抗効果素子、あるいは、α-Ｆｅ2Ｏ
3の保磁力増大層を設けた磁気抵抗効果素子にあって
は、非磁性層２を挟んで設けられるフリー強磁性層１と
ピン止め強磁性層３のうち、フリー強磁性層１の磁化の
向きは、外部磁場に応じて敏感に反応して回転する必要
があるので、フリー強磁性層１の保磁力は小さい方が好
ましく、逆に、ピン止め強磁性層３の磁化の向きは外部
磁場によって動いてはならない。ところが、フリー強磁
性層１とピン止め強磁性層３を非磁性層２を介して積層
した構造であると、ピン止め強磁性層３の生成させる磁
場の影響によってフリー強磁性層１の保磁力が材料本来
の値よりも上昇してしまい、フリー強磁性層１の磁化の
円滑な回転がなされにくくなり、磁気抵抗効果素子とし
てのＲ-Ｈカーブの特性が劣化するおそれがあった。
【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、補助磁化反転層を設けることでフリー強磁性層の保
磁力を低くして磁化反転を容易にすることができ、外部
磁場に敏感に反応して磁気抵抗効果を示すとともに、補
助磁化反転層を高比抵抗な材料から構成することで補助
磁化反転層に分流しようとする電流を抑えて磁気抵抗効
果の減少を防止できる磁気抵抗効果素子を提供すること
を目的とする。
で、補助磁化反転層を設けることでフリー強磁性層の保
磁力を低くして磁化反転を容易にすることができ、外部
磁場に敏感に反応して磁気抵抗効果を示すとともに、補
助磁化反転層を高比抵抗な材料から構成することで補助
磁化反転層に分流しようとする電流を抑えて磁気抵抗効
果の減少を防止できる磁気抵抗効果素子を提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、磁化反転がピン止めされた少なくとも一層
のピン止め強磁性層と、磁化が外部の磁界に対して自在
に反転する少なくとも一層のフリー強磁性層と、フリー
強磁性層に隣接もしくは近傍に位置してフリー強磁性層
の磁化反転を補助し、軟磁気特性を有する補助磁化反転
層とを有することを特徴とする。本発明において前記補
助磁化反転層として、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細結
晶相と、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｗ、希土類元素のうちから選択される１種又は２種以上
の元素からなる元素ＭとＯ（酸素）を含んだ非晶質相と
を主体としてなるものが好ましい。本発明において前記
補助磁化反転層として、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細
結晶相と、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｗ、希土類元素のうちから選択される１種又は２種以上
の元素からなる元素Ｍ'の炭化物、窒化物を含む結晶相
とを主体としてなるものが好ましい。
するために、磁化反転がピン止めされた少なくとも一層
のピン止め強磁性層と、磁化が外部の磁界に対して自在
に反転する少なくとも一層のフリー強磁性層と、フリー
強磁性層に隣接もしくは近傍に位置してフリー強磁性層
の磁化反転を補助し、軟磁気特性を有する補助磁化反転
層とを有することを特徴とする。本発明において前記補
助磁化反転層として、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細結
晶相と、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｗ、希土類元素のうちから選択される１種又は２種以上
の元素からなる元素ＭとＯ（酸素）を含んだ非晶質相と
を主体としてなるものが好ましい。本発明において前記
補助磁化反転層として、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細
結晶相と、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｗ、希土類元素のうちから選択される１種又は２種以上
の元素からなる元素Ｍ'の炭化物、窒化物を含む結晶相
とを主体としてなるものが好ましい。
【００１０】更に本発明において、前記ピン止め強磁性
層を交換結合層に隣接して設け、ピン止め強磁性層の磁
化反転を前記交換結合層による磁気的交換結合を受けて
ピン止めしてなる構造とすることができる。更に、前記
交換結合層をα-Ｆｅ2Ｏ3を主体として構成しても良
く、前記交換結合層をＸ-Ｍｎ合金を主体として構成し
ても良い。ただし、組成式Ｘ-ＭｎにおいてＸは白金族
元素から選択される１種又は２種以上の元素を示す。
層を交換結合層に隣接して設け、ピン止め強磁性層の磁
化反転を前記交換結合層による磁気的交換結合を受けて
ピン止めしてなる構造とすることができる。更に、前記
交換結合層をα-Ｆｅ2Ｏ3を主体として構成しても良
く、前記交換結合層をＸ-Ｍｎ合金を主体として構成し
ても良い。ただし、組成式Ｘ-ＭｎにおいてＸは白金族
元素から選択される１種又は２種以上の元素を示す。
【００１１】次に、前記の各構造の補助磁化反転層の層
厚は５０〜３００Åの範囲、前記各構造の補助磁化反転
層の比抵抗は２００〜２×１０5μΩｃｍの範囲とする
ことが好ましい。
厚は５０〜３００Åの範囲、前記各構造の補助磁化反転
層の比抵抗は２００〜２×１０5μΩｃｍの範囲とする
ことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の一形
態について説明する。図１は本発明に係る磁気抵抗効果
素子に設けられる磁気抵抗効果多層膜の一形態を示すも
のであり、この形態の磁気抵抗効果多層膜Ａは、非磁性
体の基板１０とその上に順次積層されたピン止め用薄膜
層１１とピン止め強磁性層１２と非磁性層１３とフリー
強磁性層１４と補助磁化反転層１５と保護層１６とを主
体として構成されている。なお、図１においては、図８
に示すような構造で使用される電極層と磁石層は省略し
て記載したが、縦バイアスを印加することでバルクハウ
ゼンノイズを無くしてスムーズな抵抗変化にするために
は、図１の構造を図８の構造に適用することが好ましい
のは勿論である。
態について説明する。図１は本発明に係る磁気抵抗効果
素子に設けられる磁気抵抗効果多層膜の一形態を示すも
のであり、この形態の磁気抵抗効果多層膜Ａは、非磁性
体の基板１０とその上に順次積層されたピン止め用薄膜
層１１とピン止め強磁性層１２と非磁性層１３とフリー
強磁性層１４と補助磁化反転層１５と保護層１６とを主
体として構成されている。なお、図１においては、図８
に示すような構造で使用される電極層と磁石層は省略し
て記載したが、縦バイアスを印加することでバルクハウ
ゼンノイズを無くしてスムーズな抵抗変化にするために
は、図１の構造を図８の構造に適用することが好ましい
のは勿論である。
【００１３】前記基板１０は、ガラス、Ｓｉ、Ａｌ
2Ｏ3、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3とＴｉＣとの燒結体、
フェライトなどに代表される非磁性材料から構成されて
いる。なお、基板１０の上面には、基板上面の凹凸やう
ねりを除去する目的であるいはその上に積層される層の
結晶整合性を良好にするなどの目的で被覆層やバッファ
層が適宜設けられていても良い。交換結合層１１は、そ
の上に形成されるピン止め強磁性層１２に磁気的交換結
合力を作用させてピン止め強磁性層１２の保磁力を増大
させるものであり、この交換結合層１１は、反強磁性
体、特に酸化物反強磁性体から構成されることが好まし
く、１つの具体例としては、α-Ｆｅ2Ｏ3から形成され
る。なお、この交換結合層１１ として、硬質磁性材料
を用いることもでき、具体的にはＣｏ-Ｐｔ合金等から
構成することもできる。
2Ｏ3、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3とＴｉＣとの燒結体、
フェライトなどに代表される非磁性材料から構成されて
いる。なお、基板１０の上面には、基板上面の凹凸やう
ねりを除去する目的であるいはその上に積層される層の
結晶整合性を良好にするなどの目的で被覆層やバッファ
層が適宜設けられていても良い。交換結合層１１は、そ
の上に形成されるピン止め強磁性層１２に磁気的交換結
合力を作用させてピン止め強磁性層１２の保磁力を増大
させるものであり、この交換結合層１１は、反強磁性
体、特に酸化物反強磁性体から構成されることが好まし
く、１つの具体例としては、α-Ｆｅ2Ｏ3から形成され
る。なお、この交換結合層１１ として、硬質磁性材料
を用いることもでき、具体的にはＣｏ-Ｐｔ合金等から
構成することもできる。
【００１４】なお、α-Ｆｅ2Ｏ3からなる交換結合層１
１であるならば、α-Ｆｅ2Ｏ3自体のモーリン点が高
く、ブロッキング温度が高いので、線形応答性に優れた
上で温度変化に強く、バルクハウゼンノイズを確実に抑
制できる磁気抵抗効果多層膜を提供できる。また、交換
結合層１１をＸ-Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ,Ｐｄ,Ｉｒ,Ｒ
ｕ,Ｒｈ等の白金族元素のうちの１種または２種以上を
示す。）系合金薄膜から構成することもできる。
１であるならば、α-Ｆｅ2Ｏ3自体のモーリン点が高
く、ブロッキング温度が高いので、線形応答性に優れた
上で温度変化に強く、バルクハウゼンノイズを確実に抑
制できる磁気抵抗効果多層膜を提供できる。また、交換
結合層１１をＸ-Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ,Ｐｄ,Ｉｒ,Ｒ
ｕ,Ｒｈ等の白金族元素のうちの１種または２種以上を
示す。）系合金薄膜から構成することもできる。
【００１５】前記ピン止め強磁性層１２、フリー強磁性
層１４は、いずれも強磁性体の薄膜からなるが、具体的
にはＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｏ合金、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ
合金などからなる。また、フリー強磁性層１４をＮｉＦ
ｅ合金層から、ピン止め強磁性層１２をＮｉＦｅ合金層
から、あるいは、フリー強磁性層１４をＣｏ層とＮｉＦ
ｅ合金層の積層構造、ＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層
の積層構造から構成することもできる。なお、フリー強
磁性層１４を積層構造とする場合、図２に示す構造の如
く非磁性層１３側に薄いＣｏ層あるいはＣｏＦｅ合金
（Ｃｏ90Ｆｅ10）層などの金属層１７を配置した磁気抵
抗効果多層膜Ｂとすることが好ましい。
層１４は、いずれも強磁性体の薄膜からなるが、具体的
にはＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｏ合金、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ
合金などからなる。また、フリー強磁性層１４をＮｉＦ
ｅ合金層から、ピン止め強磁性層１２をＮｉＦｅ合金層
から、あるいは、フリー強磁性層１４をＣｏ層とＮｉＦ
ｅ合金層の積層構造、ＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層
の積層構造から構成することもできる。なお、フリー強
磁性層１４を積層構造とする場合、図２に示す構造の如
く非磁性層１３側に薄いＣｏ層あるいはＣｏＦｅ合金
（Ｃｏ90Ｆｅ10）層などの金属層１７を配置した磁気抵
抗効果多層膜Ｂとすることが好ましい。
【００１６】これは、非磁性層１３を強磁性層１２、１
４で挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構にあっては、
強磁性層１２、１４を同種の材料から構成する方が、異
種の材料から構成するよりも、伝導電子のスピン依存錯
乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い磁気抵抗
効果を得られることに起因している。このようなことか
ら、ピン止め強磁性層１２をＣｏから構成した場合は、
強磁性層１４の非磁性層１３側を所定の厚さでＣｏ層に
置換した図２に示す構造が好ましい。また、Ｃｏ層を特
に区別して設けなくとも、フリー強磁性層１４の非磁性
層１３側にＣｏを多く含ませた合金状態とし、補助磁化
反転層１５側に向かうにつれて徐々にＣｏ濃度が薄くな
るような濃度勾配層としても良い。
４で挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構にあっては、
強磁性層１２、１４を同種の材料から構成する方が、異
種の材料から構成するよりも、伝導電子のスピン依存錯
乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い磁気抵抗
効果を得られることに起因している。このようなことか
ら、ピン止め強磁性層１２をＣｏから構成した場合は、
強磁性層１４の非磁性層１３側を所定の厚さでＣｏ層に
置換した図２に示す構造が好ましい。また、Ｃｏ層を特
に区別して設けなくとも、フリー強磁性層１４の非磁性
層１３側にＣｏを多く含ませた合金状態とし、補助磁化
反転層１５側に向かうにつれて徐々にＣｏ濃度が薄くな
るような濃度勾配層としても良い。
【００１７】前記非磁性層１３は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、
Ａｇなどに代表される非磁性体からなり、２０〜４０Å
の厚さに形成されている。ここで非磁性膜１３の厚さが
２０Åより薄いと、ピン止め強磁性層１２とフリー強磁
性層１４との間で磁気的結合が起こりやすくなる。ま
た、非磁性材料膜１３が４０Åより厚いと磁気抵抗効果
を生じる要因である非磁性層１３と強磁性層１２、１４
の界面を通過する伝導電子の効率が低下し、即ち、電流
の分流効果により磁気抵抗効果が低減されてしまうので
好ましくない。
Ａｇなどに代表される非磁性体からなり、２０〜４０Å
の厚さに形成されている。ここで非磁性膜１３の厚さが
２０Åより薄いと、ピン止め強磁性層１２とフリー強磁
性層１４との間で磁気的結合が起こりやすくなる。ま
た、非磁性材料膜１３が４０Åより厚いと磁気抵抗効果
を生じる要因である非磁性層１３と強磁性層１２、１４
の界面を通過する伝導電子の効率が低下し、即ち、電流
の分流効果により磁気抵抗効果が低減されてしまうので
好ましくない。
【００１８】前記補助磁化反転層１５は、保磁力が小さ
く、飽和磁化が大きく、透磁率が大きく、比抵抗も大き
な軟磁性材料からなり、厚さ１００〜３００Å程度のも
のが好ましく、より具体的には以下の各組成例に示すも
のが用いられる。本発明において補助磁化反転層として
は、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細結晶相と、更に、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、希土類元素のう
ちから選択される１種又は２種以上の元素からなる元素
ＭとＯ（酸素）を含んだ非晶質相とを主体としてなるも
のを用いることが好ましい。また、前記補助磁化反転層
として、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細結晶相と、更
に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、希土類元
素のうちから選択される１種又は２種以上の元素からな
る元素Ｍ'の炭化物、窒化物を含む結晶相とを主体とし
てなるものを用いることが好ましい。次に、これらの補
助磁化反転層１５の具体的な組成例は以下の通りであ
る。
く、飽和磁化が大きく、透磁率が大きく、比抵抗も大き
な軟磁性材料からなり、厚さ１００〜３００Å程度のも
のが好ましく、より具体的には以下の各組成例に示すも
のが用いられる。本発明において補助磁化反転層として
は、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細結晶相と、更に、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、希土類元素のう
ちから選択される１種又は２種以上の元素からなる元素
ＭとＯ（酸素）を含んだ非晶質相とを主体としてなるも
のを用いることが好ましい。また、前記補助磁化反転層
として、ｂｃｃＦｅを主成分とする微細結晶相と、更
に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、希土類元
素のうちから選択される１種又は２種以上の元素からな
る元素Ｍ'の炭化物、窒化物を含む結晶相とを主体とし
てなるものを用いることが好ましい。次に、これらの補
助磁化反転層１５の具体的な組成例は以下の通りであ
る。
【００１９】組成例１ 組成式としてＦｅaＭbＯcで示され、Ｍは希土類元素
（周期表の３Ａ族に属するＳｃ、Ｙ、あるいはＬａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどのランタノイ
ド）のうち少なくとも一種の元素またはそれらの混合物
を表し、組成比ａ、ｂ、ｃは、好ましくは原子％で、５
０≦ａ≦７０、５≦ｂ≦３０、１０≦ｃ≦３０、ａ＋ｂ
＋ｃ＝１００なる関係を満足することを特徴とする軟磁
性合金を適用することができる。なお、この組成の軟磁
性合金ならば、先に本発明者らが特開平０６−３１６７
４８号明細書で開示した如く比抵抗として４００〜１０
００μΩ・cm程度の高比抵抗を示すので本願発明の目的
達成のために使用することができる。
（周期表の３Ａ族に属するＳｃ、Ｙ、あるいはＬａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどのランタノイ
ド）のうち少なくとも一種の元素またはそれらの混合物
を表し、組成比ａ、ｂ、ｃは、好ましくは原子％で、５
０≦ａ≦７０、５≦ｂ≦３０、１０≦ｃ≦３０、ａ＋ｂ
＋ｃ＝１００なる関係を満足することを特徴とする軟磁
性合金を適用することができる。なお、この組成の軟磁
性合金ならば、先に本発明者らが特開平０６−３１６７
４８号明細書で開示した如く比抵抗として４００〜１０
００μΩ・cm程度の高比抵抗を示すので本願発明の目的
達成のために使用することができる。
【００２０】組成例２ 組成式としてＦｅdＭ’eＯfで示され、Ｍ’は、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの群から選ばれた少な
くとも一種の元素またはそれらの混合物を表し、組成比
ｄ、ｅ、ｆは好ましくは原子％で、４５≦ｄ≦７０、５
≦ｅ≦３０、１０≦ｆ≦４０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる
関係を満足することを特徴とする軟磁性合金を適用する
ことができる。なお、この組成の軟磁性合金ならば、先
に本発明者らが特開平０６−３１６７４８号明細書で開
示した如く比抵抗として、４００〜２.０×１０5μΩ・
cm程度の高比抵抗を示すので本願発明の目的達成のため
に使用することができる。
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの群から選ばれた少な
くとも一種の元素またはそれらの混合物を表し、組成比
ｄ、ｅ、ｆは好ましくは原子％で、４５≦ｄ≦７０、５
≦ｅ≦３０、１０≦ｆ≦４０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる
関係を満足することを特徴とする軟磁性合金を適用する
ことができる。なお、この組成の軟磁性合金ならば、先
に本発明者らが特開平０６−３１６７４８号明細書で開
示した如く比抵抗として、４００〜２.０×１０5μΩ・
cm程度の高比抵抗を示すので本願発明の目的達成のため
に使用することができる。
【００２１】組成例３ 組成式として、Ｔ100-a'-b'-c'-d'−Ｘa'−Ｍ'b'−Ｚc'
−Ｑd'で示され、ＴはＦｅとＣｏのいずれか又は両方、
ＸはＳｉとＡｌのいずれか又は両方、Ｍ’は、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの金属元素群から
選ばれる少なくとも１種の元素、ＺはＣとＮのいずれか
又は両方、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ａｕの金属元素群から選ばれる少なくとも１種の
元素を表わす。また、前記の組成において、下記の組成
比（原子％）を満足することが好ましい。０≦ａ'≦２
５、１≦ｂ'≦７、０.５≦ｃ'≦１０、０≦ｄ'≦１０こ
の例の組成であるならば、１Ｔを越える高い飽和磁束密
度を示すので本願発明の目的達成のために使用すること
ができる。
−Ｑd'で示され、ＴはＦｅとＣｏのいずれか又は両方、
ＸはＳｉとＡｌのいずれか又は両方、Ｍ’は、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの金属元素群から
選ばれる少なくとも１種の元素、ＺはＣとＮのいずれか
又は両方、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ａｕの金属元素群から選ばれる少なくとも１種の
元素を表わす。また、前記の組成において、下記の組成
比（原子％）を満足することが好ましい。０≦ａ'≦２
５、１≦ｂ'≦７、０.５≦ｃ'≦１０、０≦ｄ'≦１０こ
の例の組成であるならば、１Ｔを越える高い飽和磁束密
度を示すので本願発明の目的達成のために使用すること
ができる。
【００２２】組成例４ 組成式として、Ｔ100-e'-f'-b'-c'-d'−Ｓｉe'−Ａｌf'
−Ｍ'b'−Ｚc'−Ｑd'で示され、但し、ＴはＦｅとＣｏ
のいずれか又は両方、Ｍ'はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの金属元素群から選ばれる少なくと
も１種の元素、ＺはＣとＮのいずれか又は両方、ＱはＣ
ｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの金属
元素群から選ばれる少なくとも１種の元素を表わす。ま
た、下記の組成比（原子％）を満足することが好まし
い。８≦ｅ'≦１５、０.５≦ｆ'≦１０、１≦ｂ'≦７、
０.５≦ｃ'≦１０、０≦ｄ'≦１０。この例の組成であ
るならば、１Ｔを越える高い飽和磁束密度を示すので本
願発明の目的達成のために使用することができる。
−Ｍ'b'−Ｚc'−Ｑd'で示され、但し、ＴはＦｅとＣｏ
のいずれか又は両方、Ｍ'はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの金属元素群から選ばれる少なくと
も１種の元素、ＺはＣとＮのいずれか又は両方、ＱはＣ
ｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの金属
元素群から選ばれる少なくとも１種の元素を表わす。ま
た、下記の組成比（原子％）を満足することが好まし
い。８≦ｅ'≦１５、０.５≦ｆ'≦１０、１≦ｂ'≦７、
０.５≦ｃ'≦１０、０≦ｄ'≦１０。この例の組成であ
るならば、１Ｔを越える高い飽和磁束密度を示すので本
願発明の目的達成のために使用することができる。
【００２３】組成例５ 組成式として、（Ｃｏ1-gＴg）xＭyＱzＸwＹsで示さ
れ、但し、Ｔは、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｍｎ，Ａｌから選
ばれた１種または２種以上の元素であり、Ｍは、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｙと希土類元素か
ら選ばれた１種または２種以上の元素であり、ＱはＯ，
Ｎ，Ｃ，Ｂから選ばれた１種または２種以上の元素であ
り、ＸはＳｉもしくはＣｒのうちの１種または２種の元
素、ＹはＡｕ，Ａｇと白金族の元素のうちの１種または
２種以上の元素であり、組成比を示すｇは、０.０５≦
ｇ≦０.５、y，z，w，aはａｔ％で、３≦y≦３０、７≦
z≦４０、０≦w≦２０、０≦s≦２０の関係を満足し、
残部は不可避不純物である。
れ、但し、Ｔは、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｍｎ，Ａｌから選
ばれた１種または２種以上の元素であり、Ｍは、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｙと希土類元素か
ら選ばれた１種または２種以上の元素であり、ＱはＯ，
Ｎ，Ｃ，Ｂから選ばれた１種または２種以上の元素であ
り、ＸはＳｉもしくはＣｒのうちの１種または２種の元
素、ＹはＡｕ，Ａｇと白金族の元素のうちの１種または
２種以上の元素であり、組成比を示すｇは、０.０５≦
ｇ≦０.５、y，z，w，aはａｔ％で、３≦y≦３０、７≦
z≦４０、０≦w≦２０、０≦s≦２０の関係を満足し、
残部は不可避不純物である。
【００２４】前記保護層１６は、補助磁化反転層１５を
保護するために設ける層であるが、省略することもでき
る。また、この保護層１６の上に更に絶縁性のオーバー
コート層を設けることもできる。この場合に設けるオー
バーコート層は、Ａｌ2Ｏ3、石英などの絶縁材料から構
成することが好ましい。
保護するために設ける層であるが、省略することもでき
る。また、この保護層１６の上に更に絶縁性のオーバー
コート層を設けることもできる。この場合に設けるオー
バーコート層は、Ａｌ2Ｏ3、石英などの絶縁材料から構
成することが好ましい。
【００２５】図１に示す構造において定常電流は、磁気
抵抗効果多層膜Ａに与えられる。図１に示す構造である
ならば、ピン止め強磁性層１２の磁化の向きがピン止め
され、フリー強磁性層１４の磁化の方向がトラック幅に
相当する領域において自由にされる結果、強磁性層１２
と１４の間に保磁力差が生じ、これに起因して巨大磁気
抵抗効果が得られる。即ち、磁化の回転が自由にされた
フリー強磁性層１４に、磁気記録媒体からの漏れ磁界な
どのような外部磁界が作用すると、フリー強磁性層１４
の磁化の向きが容易に回転するので、回転に伴って磁気
抵抗効果多層膜に抵抗変化が生じ、この抵抗変化を測定
することで磁気記録媒体の磁気情報を読み取ることがで
きる。
抵抗効果多層膜Ａに与えられる。図１に示す構造である
ならば、ピン止め強磁性層１２の磁化の向きがピン止め
され、フリー強磁性層１４の磁化の方向がトラック幅に
相当する領域において自由にされる結果、強磁性層１２
と１４の間に保磁力差が生じ、これに起因して巨大磁気
抵抗効果が得られる。即ち、磁化の回転が自由にされた
フリー強磁性層１４に、磁気記録媒体からの漏れ磁界な
どのような外部磁界が作用すると、フリー強磁性層１４
の磁化の向きが容易に回転するので、回転に伴って磁気
抵抗効果多層膜に抵抗変化が生じ、この抵抗変化を測定
することで磁気記録媒体の磁気情報を読み取ることがで
きる。
【００２６】更に前記の構造においては、フリー強磁性
層１４上に飽和磁化と比抵抗の大きな保磁力の小さな補
助磁化反転層１５を設けているので、フリー強磁性層１
４と補助磁化反転層１５を強磁性結合させることがで
き、これによりフリー強磁性層１４の保磁力を下げるこ
とができる。また、補助磁化反転層１５は、保磁力が小
さいので外部磁場に対して感度良く反応し、また、飽和
磁化が大きいために補助磁化反転層１５に接するフリー
強磁性層１４の磁化も容易に回転する結果、高い線形性
で磁気抵抗効果が発揮される。また、補助磁化反転層１
５はそれ自身高比抵抗であるので、補助磁化反転層１５
に流れようとする電流の分流分を少なくできるので、磁
気抵抗効果を発揮する非磁性層１３と強磁性層１２、１
４の界面部分に流れる電流分を大きくすることができ、
磁気抵抗効果の減少分を少なくすることができる。
層１４上に飽和磁化と比抵抗の大きな保磁力の小さな補
助磁化反転層１５を設けているので、フリー強磁性層１
４と補助磁化反転層１５を強磁性結合させることがで
き、これによりフリー強磁性層１４の保磁力を下げるこ
とができる。また、補助磁化反転層１５は、保磁力が小
さいので外部磁場に対して感度良く反応し、また、飽和
磁化が大きいために補助磁化反転層１５に接するフリー
強磁性層１４の磁化も容易に回転する結果、高い線形性
で磁気抵抗効果が発揮される。また、補助磁化反転層１
５はそれ自身高比抵抗であるので、補助磁化反転層１５
に流れようとする電流の分流分を少なくできるので、磁
気抵抗効果を発揮する非磁性層１３と強磁性層１２、１
４の界面部分に流れる電流分を大きくすることができ、
磁気抵抗効果の減少分を少なくすることができる。
【００２７】なお、Ｃｕの非磁性層１３上にＮｉ-Ｆｅ
合金（パーマロイ）のフリー強磁性層１４を直に積層し
た構造においては、熱処理などにより界面においてＣｕ
とＮｉ-Ｆｅ合金が元素拡散し易いので、図２に示すよ
うにＣｏあるいはＣｏＦｅの金属層１７を設けること
で、耐熱性を向上できる。また、Ｃｕの非磁性層を強磁
性層でサンドイッチする磁気抵抗効果発生機構において
Ｃｏを非磁性層に接した構造が大きな磁気抵抗効果を奏
するので、図２に示す構造が好ましいが、図２に示す構
造では金属層１７がフリー強磁性層１４の保磁力を増加
させようとするので、フリー強磁性層１４上に設けた補
助磁化反転層１５がフリー強磁性層１４の保磁力上昇を
抑制するので有効である。従って図２に示す構造なら
ば、耐熱性に優れ、磁気抵抗効果が大きく、外部磁界に
敏感に反応して抵抗が変化する磁気抵抗効果多層膜を得
ることができる。
合金（パーマロイ）のフリー強磁性層１４を直に積層し
た構造においては、熱処理などにより界面においてＣｕ
とＮｉ-Ｆｅ合金が元素拡散し易いので、図２に示すよ
うにＣｏあるいはＣｏＦｅの金属層１７を設けること
で、耐熱性を向上できる。また、Ｃｕの非磁性層を強磁
性層でサンドイッチする磁気抵抗効果発生機構において
Ｃｏを非磁性層に接した構造が大きな磁気抵抗効果を奏
するので、図２に示す構造が好ましいが、図２に示す構
造では金属層１７がフリー強磁性層１４の保磁力を増加
させようとするので、フリー強磁性層１４上に設けた補
助磁化反転層１５がフリー強磁性層１４の保磁力上昇を
抑制するので有効である。従って図２に示す構造なら
ば、耐熱性に優れ、磁気抵抗効果が大きく、外部磁界に
敏感に反応して抵抗が変化する磁気抵抗効果多層膜を得
ることができる。
【００２８】また、図１に示す構造において交換結合層
１１をα-Ｆｅ2Ｏ3から構成すると、α-Ｆｅ2Ｏ3は元々
酸化物であり、従来のスピンバルブ構造において用いら
れているＦｅＭｎに比べて耐食性に優れ、しかもネール
温度が高いので、温度変動に強い特徴がある。
１１をα-Ｆｅ2Ｏ3から構成すると、α-Ｆｅ2Ｏ3は元々
酸化物であり、従来のスピンバルブ構造において用いら
れているＦｅＭｎに比べて耐食性に優れ、しかもネール
温度が高いので、温度変動に強い特徴がある。
【００２９】次に、図１に示す磁気抵抗効果多層膜Ａに
おいて基板上に、厚さ１０００Åのα-Ｆｅ2Ｏ3の保磁
力増大層と厚さ５８ÅのＮｉＦｅ合金のピン止め強磁性
層と厚さ２２ÅのＣｕの非磁性層と厚さ８７ÅのＮｉＦ
ｅ合金のフリー強磁性層を積層し、その上に厚さ５０Å
と１００Åと２００Åのそれぞれの膜厚のＦｅＨｆＯ膜
を形成した構造を想定し、この磁気抵抗効果多層膜の補
助磁化反転層に流れる電流の分流分、即ち、センス電流
を計算した結果を以下に示す。磁気抵抗効果多層膜全体
に電流ｉを流す場合に、ピン止め強磁性層と非磁性層と
フリー強磁性層からなるスピンバルブ構造部分の抵抗を
Ｒsv、そこに流れる電流をｉsv、補助磁化反転層の抵抗
をＲOL、そこに流れる電流をｉOLと仮定し、補助磁化反
転層をＦｅ Ｈｆ Ｏ なる組成の膜（飽和磁化Ｉｓ＝
１.４Ｔ、比抵抗ρ＝３８０μΩｃｍ、保磁力Ｈｃ＝０.
４ Ｏｅ、１００ＭＨｚの透磁率μ'＝１５００）を用い
ると、補助磁化反転層の層厚が５０Åの場合、ｉOL＝
０.００８９ｉ、補助磁化反転層の層厚が１００Åの場
合、ｉOL＝０.０１７７ｉ、補助磁化反転層の層厚が２
００Åの場合、ｉOL＝０.０３４８ｉ、補助磁化反転層
の層厚が３００Åの場合、ｉOL＝０.０５１４ｉと計算
することができる。
おいて基板上に、厚さ１０００Åのα-Ｆｅ2Ｏ3の保磁
力増大層と厚さ５８ÅのＮｉＦｅ合金のピン止め強磁性
層と厚さ２２ÅのＣｕの非磁性層と厚さ８７ÅのＮｉＦ
ｅ合金のフリー強磁性層を積層し、その上に厚さ５０Å
と１００Åと２００Åのそれぞれの膜厚のＦｅＨｆＯ膜
を形成した構造を想定し、この磁気抵抗効果多層膜の補
助磁化反転層に流れる電流の分流分、即ち、センス電流
を計算した結果を以下に示す。磁気抵抗効果多層膜全体
に電流ｉを流す場合に、ピン止め強磁性層と非磁性層と
フリー強磁性層からなるスピンバルブ構造部分の抵抗を
Ｒsv、そこに流れる電流をｉsv、補助磁化反転層の抵抗
をＲOL、そこに流れる電流をｉOLと仮定し、補助磁化反
転層をＦｅ Ｈｆ Ｏ なる組成の膜（飽和磁化Ｉｓ＝
１.４Ｔ、比抵抗ρ＝３８０μΩｃｍ、保磁力Ｈｃ＝０.
４ Ｏｅ、１００ＭＨｚの透磁率μ'＝１５００）を用い
ると、補助磁化反転層の層厚が５０Åの場合、ｉOL＝
０.００８９ｉ、補助磁化反転層の層厚が１００Åの場
合、ｉOL＝０.０１７７ｉ、補助磁化反転層の層厚が２
００Åの場合、ｉOL＝０.０３４８ｉ、補助磁化反転層
の層厚が３００Åの場合、ｉOL＝０.０５１４ｉと計算
することができる。
【００３０】図３は、図示略の磁気ヘッド等を構成する
基板の上に形成されたピン止め用薄膜層３１上に、ピン
止め強磁性層３２と非磁性層３３とフリー強磁性層３４
と補助磁化反転層３５と保護層３６とが順次積層されて
例えば断面台形状の磁気抵抗効果多層膜Ｃが形成され、
磁気抵抗効果多層膜Ｃの両端部側に、トラック幅ＴWに
相当する間隔を相互の間にあけて磁気抵抗効果多層膜Ｃ
をその両側から挟む電極層３９、３９とフリー強磁性層
の磁化（図３の矢印方向）をＸ方向に単磁区化する磁石
層４０、４０が設けられている。前記の構造において
は、フリー強磁性層３４の磁化の向きを図３の矢印ａ方
向に向け、ピン止め強磁性層３２の磁化の向きをＺ方向
に向けることで両者をほぼ９０゜で直交させて揃えるこ
とができる。
基板の上に形成されたピン止め用薄膜層３１上に、ピン
止め強磁性層３２と非磁性層３３とフリー強磁性層３４
と補助磁化反転層３５と保護層３６とが順次積層されて
例えば断面台形状の磁気抵抗効果多層膜Ｃが形成され、
磁気抵抗効果多層膜Ｃの両端部側に、トラック幅ＴWに
相当する間隔を相互の間にあけて磁気抵抗効果多層膜Ｃ
をその両側から挟む電極層３９、３９とフリー強磁性層
の磁化（図３の矢印方向）をＸ方向に単磁区化する磁石
層４０、４０が設けられている。前記の構造において
は、フリー強磁性層３４の磁化の向きを図３の矢印ａ方
向に向け、ピン止め強磁性層３２の磁化の向きをＺ方向
に向けることで両者をほぼ９０゜で直交させて揃えるこ
とができる。
【００３１】次に、図３に示す構造の磁気抵抗効果多層
膜Ｃを得るには、例えばＡｌ2Ｏ3-ＴｉＣ（アルチッ
ク）などの非磁性のセラミックス基板を高周波マグネト
ロンスパッタ装置あるいはイオンビームスパッタ装置の
チャンバ内に設置し、チャンバ内をＡｒガスなどの不活
性ガス雰囲気としてから順次必要な層を成膜することに
より作成することができる。成膜に必要なターゲット
は、例えばα-Ｆｅ2Ｏ3ターゲット、Ｎｉ-Ｆｅ合金ター
ゲット、Ｃｕターゲットなどである。
膜Ｃを得るには、例えばＡｌ2Ｏ3-ＴｉＣ（アルチッ
ク）などの非磁性のセラミックス基板を高周波マグネト
ロンスパッタ装置あるいはイオンビームスパッタ装置の
チャンバ内に設置し、チャンバ内をＡｒガスなどの不活
性ガス雰囲気としてから順次必要な層を成膜することに
より作成することができる。成膜に必要なターゲット
は、例えばα-Ｆｅ2Ｏ3ターゲット、Ｎｉ-Ｆｅ合金ター
ゲット、Ｃｕターゲットなどである。
【００３２】図３に示す磁気抵抗効果多層膜Ａを製造す
るには、Ａｒガス圧３ｍTorr以下などの減圧雰囲気中に
おいて図１のＺ方向に磁界を印加しながら、スパッタに
より基板上にα-Ｆｅ2Ｏ3からなるピン止め用薄膜層３
１を形成し、このピン止め用薄膜層３１上に、非磁性層
３３を挟んで２層の強磁性層３２、３４を形成し、続い
て補助磁化反転層３５と保護層３６とを順次積層する。
続いて、フォトリソグラフィプロセスとイオンミリング
によりトラック幅に相当する部分を残して他の部分を除
去して磁気抵抗効果多層膜Ｃとする。磁気抵抗効果多層
膜Ｃを形成したならば積層体の両側を挟むように磁石層
４０、４０と電極層３９、３９とを形成する。
るには、Ａｒガス圧３ｍTorr以下などの減圧雰囲気中に
おいて図１のＺ方向に磁界を印加しながら、スパッタに
より基板上にα-Ｆｅ2Ｏ3からなるピン止め用薄膜層３
１を形成し、このピン止め用薄膜層３１上に、非磁性層
３３を挟んで２層の強磁性層３２、３４を形成し、続い
て補助磁化反転層３５と保護層３６とを順次積層する。
続いて、フォトリソグラフィプロセスとイオンミリング
によりトラック幅に相当する部分を残して他の部分を除
去して磁気抵抗効果多層膜Ｃとする。磁気抵抗効果多層
膜Ｃを形成したならば積層体の両側を挟むように磁石層
４０、４０と電極層３９、３９とを形成する。
【００３３】次いで、図３の紙面垂直方向に磁界を印加
してピン止め用薄膜層３１を着磁して磁化の向きを固定
することでピン止め強磁性層３２の磁化の向きをピン止
めする。以上の処理によってピン止め強磁性層３２の磁
化の向きとフリー強磁性層３４の磁化の向きが９０゜直
交した図３に示す構造の磁気抵抗効果型センサを得るこ
とができる。なお、ピン止め用薄膜層３１をＦｅ-Ｍ
ｎ、Ｐｔ-Ｍｎ、Ｉｒ-Ｍｎなどの反強磁性体で製造する
際には上述のような着磁は不要であり、この場合は交換
結合によりピン止め強磁性層３２の磁化方向をピン止め
する。
してピン止め用薄膜層３１を着磁して磁化の向きを固定
することでピン止め強磁性層３２の磁化の向きをピン止
めする。以上の処理によってピン止め強磁性層３２の磁
化の向きとフリー強磁性層３４の磁化の向きが９０゜直
交した図３に示す構造の磁気抵抗効果型センサを得るこ
とができる。なお、ピン止め用薄膜層３１をＦｅ-Ｍ
ｎ、Ｐｔ-Ｍｎ、Ｉｒ-Ｍｎなどの反強磁性体で製造する
際には上述のような着磁は不要であり、この場合は交換
結合によりピン止め強磁性層３２の磁化方向をピン止め
する。
【００３４】図４（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す構造の補
助磁化反転層としてＦｅ60Ｈｆ10Ｏ 30なる組成の軟磁性
膜を用いたＭ-Ｈカーブを示す。この補助磁化反転層は
Ｓｉ基板上にＡｌ2Ｏ3の保護膜を形成した基板上に厚さ
３００Åの膜厚に形成したものについて測定した結果を
示す。図４（Ａ）は、磁化困難軸方向におけるＭ-Ｈカ
ーブを示し、図４（Ｂ）は磁化容易軸方向におけるＭ-
Ｈカーブを示す。この組成の軟磁性膜は、軟磁性膜とし
て優れたＭ-Ｈカーブを示している。
助磁化反転層としてＦｅ60Ｈｆ10Ｏ 30なる組成の軟磁性
膜を用いたＭ-Ｈカーブを示す。この補助磁化反転層は
Ｓｉ基板上にＡｌ2Ｏ3の保護膜を形成した基板上に厚さ
３００Åの膜厚に形成したものについて測定した結果を
示す。図４（Ａ）は、磁化困難軸方向におけるＭ-Ｈカ
ーブを示し、図４（Ｂ）は磁化容易軸方向におけるＭ-
Ｈカーブを示す。この組成の軟磁性膜は、軟磁性膜とし
て優れたＭ-Ｈカーブを示している。
【００３５】図５（Ａ）は、Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層の基
板上に、α-Ｆｅ2Ｏ3層（保磁力増大層、厚さ１０００
Å）／ＮｉＦｅ層（ピン止め強磁性層、厚さ５８Å）／
Ｃｕ層（非磁性層、厚さ２２Å）／ＮｉＦｅ層（フリー
強磁性層、厚さ８７Å）／Ｆｅ60Ｈｆ10Ｏ30（補助磁化
反転層、厚さ３００Å）の積層構造とした試料のフリー
強磁性層のＲ-Ｈカーブを示し、図５（Ｂ）は前記の積
層構造において補助磁化反転層を省略した構造のフリー
強磁性層のＲ-Ｈカーブを示す。
板上に、α-Ｆｅ2Ｏ3層（保磁力増大層、厚さ１０００
Å）／ＮｉＦｅ層（ピン止め強磁性層、厚さ５８Å）／
Ｃｕ層（非磁性層、厚さ２２Å）／ＮｉＦｅ層（フリー
強磁性層、厚さ８７Å）／Ｆｅ60Ｈｆ10Ｏ30（補助磁化
反転層、厚さ３００Å）の積層構造とした試料のフリー
強磁性層のＲ-Ｈカーブを示し、図５（Ｂ）は前記の積
層構造において補助磁化反転層を省略した構造のフリー
強磁性層のＲ-Ｈカーブを示す。
【００３６】図６（Ａ）は、Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層の基
板上に、α-Ｆｅ2Ｏ3層（１０００Å）／ＮｉＦｅ層
（４８Å）／Ｃｏ層（１０Å）／Ｃｕ層（２２Å）／Ｃ
ｏ層（１０Å）／ＮｉＦｅ層（７７Å）／Ｆｅ60Ｈｆ10
Ｏ30層（３００Å）の積層構造とした試料のフリー強磁
性層のＲ-Ｈカーブを示し、図６（Ｂ）は前記の積層構
造において補助磁化反転層を省略した構造のフリー強磁
性層のＲ-Ｈカーブを示す。
板上に、α-Ｆｅ2Ｏ3層（１０００Å）／ＮｉＦｅ層
（４８Å）／Ｃｏ層（１０Å）／Ｃｕ層（２２Å）／Ｃ
ｏ層（１０Å）／ＮｉＦｅ層（７７Å）／Ｆｅ60Ｈｆ10
Ｏ30層（３００Å）の積層構造とした試料のフリー強磁
性層のＲ-Ｈカーブを示し、図６（Ｂ）は前記の積層構
造において補助磁化反転層を省略した構造のフリー強磁
性層のＲ-Ｈカーブを示す。
【００３７】図７（Ａ）は、Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層の基
板上に、α-Ｆｅ2Ｏ3層（１０００Å）／ＮｉＦｅ層
（４８Å）／ＣｏＦｅ層（１０Å）／Ｃｕ層（２２Å）
／ＣｏＦｅ層（１０Å）／ＮｉＦｅ層（７７Å）／Ｆｅ
60Ｈｆ10Ｏ30層（３００Å）の積層構造とした試料のフ
リー強磁性層のＲ-Ｈカーブを示し、図７（Ｂ）は前記
の積層構造において補助磁化反転層を省略した構造のフ
リー強磁性層のＲ-Ｈカーブを示す。図５と図６と図７
に示す結果から、いずれの積層構造の試料であっても補
助磁化反転層を設けた試料の方がフリー強磁性層の保磁
力が小さいことが明らかである。従って、補助磁化反転
層を設けた磁気抵抗効果多層膜においては小さな外部磁
場で磁化反転を容易にすることができ、外部磁場に敏感
に反応できる。
板上に、α-Ｆｅ2Ｏ3層（１０００Å）／ＮｉＦｅ層
（４８Å）／ＣｏＦｅ層（１０Å）／Ｃｕ層（２２Å）
／ＣｏＦｅ層（１０Å）／ＮｉＦｅ層（７７Å）／Ｆｅ
60Ｈｆ10Ｏ30層（３００Å）の積層構造とした試料のフ
リー強磁性層のＲ-Ｈカーブを示し、図７（Ｂ）は前記
の積層構造において補助磁化反転層を省略した構造のフ
リー強磁性層のＲ-Ｈカーブを示す。図５と図６と図７
に示す結果から、いずれの積層構造の試料であっても補
助磁化反転層を設けた試料の方がフリー強磁性層の保磁
力が小さいことが明らかである。従って、補助磁化反転
層を設けた磁気抵抗効果多層膜においては小さな外部磁
場で磁化反転を容易にすることができ、外部磁場に敏感
に反応できる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、フリー強
磁性層に補助磁化反転層を近接させて設け、補助磁化反
転層からフリー強磁性層に磁気的交換結合を作用させて
フリー強磁性層の保磁力を低くすることで、感度の良い
抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を得ることができる。
従って前記構造の磁気抵抗効果多層膜を磁気ヘッドに用
いるならば、磁気記録媒体からの微小な磁界に線形応答
して抵抗変化を起こし、これにより検出感度良く磁気情
報の読出を行い得る磁気ヘッドを提供することができ
る。
磁性層に補助磁化反転層を近接させて設け、補助磁化反
転層からフリー強磁性層に磁気的交換結合を作用させて
フリー強磁性層の保磁力を低くすることで、感度の良い
抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を得ることができる。
従って前記構造の磁気抵抗効果多層膜を磁気ヘッドに用
いるならば、磁気記録媒体からの微小な磁界に線形応答
して抵抗変化を起こし、これにより検出感度良く磁気情
報の読出を行い得る磁気ヘッドを提供することができ
る。
【００３９】また、補助磁化反転層として高比抵抗のも
のを用いるならば、補助磁化反転層への電流の分流を抑
えることができ、非磁性層とピン止め強磁性層の界面あ
るいは非磁性層とフリー強磁性層との界面に流れる電流
を確保でき、これらの界面に流れる伝導電子の減少を抑
制できるので、磁気抵抗効果の減少を防ぐことができ
る。更に、交換結合層としてα-Ｆｅ2Ｏ3を用いるなら
ば、α-Ｆｅ2Ｏ3は元々酸化物であり、従来のスピンバ
ルブ構造において用いられているＦｅＭｎに比べて耐食
性に優れ、しかもネール温度が高いので、温度変動に強
い特徴がある。
のを用いるならば、補助磁化反転層への電流の分流を抑
えることができ、非磁性層とピン止め強磁性層の界面あ
るいは非磁性層とフリー強磁性層との界面に流れる電流
を確保でき、これらの界面に流れる伝導電子の減少を抑
制できるので、磁気抵抗効果の減少を防ぐことができ
る。更に、交換結合層としてα-Ｆｅ2Ｏ3を用いるなら
ば、α-Ｆｅ2Ｏ3は元々酸化物であり、従来のスピンバ
ルブ構造において用いられているＦｅＭｎに比べて耐食
性に優れ、しかもネール温度が高いので、温度変動に強
い特徴がある。
【図１】 本発明に係る磁気抵抗効果多層膜の第１の形
態を示す断面図。
態を示す断面図。
【図２】 本発明に係る磁気抵抗効果多層膜の第２の形
態を示す断面図。
態を示す断面図。
【図３】 本発明に係る磁気抵抗効果多層膜の第３の形
態を示す断面図。
態を示す断面図。
【図４】 Ａｌ2Ｏ3層を被覆したＳｉ基板上に設けたＦ
ｅ60Ｈｆ10Ｏ30層なる軟磁性層試料のＭ-Ｈカーブを示
す図。
ｅ60Ｈｆ10Ｏ30層なる軟磁性層試料のＭ-Ｈカーブを示
す図。
【図５】 Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層／α-Ｆｅ2Ｏ3層／Ｎ
ｉＦｅ層／Ｃｕ層／ＮｉＦｅ層／Ｆｅ60Ｈｆ10Ｏ30層な
る積層構造と、該積層構造からＦｅ60Ｈｆ10Ｏ30層を省
略した構造のそれぞれの磁気抵抗効果多層膜のフリー強
磁性層のＭ-Ｈカーブを示す図。
ｉＦｅ層／Ｃｕ層／ＮｉＦｅ層／Ｆｅ60Ｈｆ10Ｏ30層な
る積層構造と、該積層構造からＦｅ60Ｈｆ10Ｏ30層を省
略した構造のそれぞれの磁気抵抗効果多層膜のフリー強
磁性層のＭ-Ｈカーブを示す図。
【図６】 Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層／α-Ｆｅ2Ｏ3層／Ｎ
ｉＦｅ層／Ｃｏ層／Ｃｕ層／Ｃｏ層／ＮｉＦｅ層／Ｆｅ
60Ｈｆ10Ｏ30層なる積層構造と、該積層構造からＦｅ60
Ｈｆ10Ｏ30層を省略した構造のそれぞれの磁気抵抗効果
多層膜のフリー強磁性層のＭ-Ｈカーブを示す図。
ｉＦｅ層／Ｃｏ層／Ｃｕ層／Ｃｏ層／ＮｉＦｅ層／Ｆｅ
60Ｈｆ10Ｏ30層なる積層構造と、該積層構造からＦｅ60
Ｈｆ10Ｏ30層を省略した構造のそれぞれの磁気抵抗効果
多層膜のフリー強磁性層のＭ-Ｈカーブを示す図。
【図７】 Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層／α-Ｆｅ2Ｏ3層／Ｎ
ｉＦｅ層／ＣｏＦｅ層／Ｃｕ層／ＣｏＦｅ層／ＮｉＦｅ
層／Ｆｅ60Ｈｆ10Ｏ30層なる積層構造と、該積層構造か
らＦｅ60Ｈｆ10Ｏ30層を省略した構造のそれぞれの磁気
抵抗効果多層膜のフリー強磁性層のＭ-Ｈカーブを示す
図。
ｉＦｅ層／ＣｏＦｅ層／Ｃｕ層／ＣｏＦｅ層／ＮｉＦｅ
層／Ｆｅ60Ｈｆ10Ｏ30層なる積層構造と、該積層構造か
らＦｅ60Ｈｆ10Ｏ30層を省略した構造のそれぞれの磁気
抵抗効果多層膜のフリー強磁性層のＭ-Ｈカーブを示す
図。
【図８】 従来の磁気抵抗効果型センサの第１の例を示
す断面図。
す断面図。
Ａ、Ｂ、Ｃ 磁気抵抗効果多層膜 １０ 基板 １１、３１ ピン止め用薄膜層 １２、３２ ピン止め強磁性層 １３、３３ 非磁性層 １４、３４ フリー強磁性層 １５、３５ 補助磁化反転層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−92904（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−73611（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−279117（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−316748（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−268610（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−244813（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−270246（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−55514（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39 H01F 10/32 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (8)
- 【請求項１】 磁化反転がピン止めされた少なくとも一
層のピン止め強磁性層と、磁化が外部の磁界に対して自
在に反転する少なくとも一層のフリー強磁性層と、フリ
ー強磁性層に隣接もしくは近傍に位置してフリー強磁性
層の磁化反転を補助し、軟磁気特性を有する補助磁化反
転層とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 前記補助磁化反転層が、ｂｃｃＦｅを主
成分とする微細結晶相と、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、希土類元素のうちから選択される
１種又は２種以上の元素からなる元素ＭとＯ（酸素）を
含んだ非晶質相とを主体としてなることを特徴とする請
求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 前記補助磁化反転層が、ｂｃｃＦｅを主
成分とする微細結晶相と、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、希土類元素のうちから選択される
１種又は２種以上の元素からなる元素Ｍ'の炭化物、窒
化物を含む結晶相とを主体としてなることを特徴とする
請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 前記ピン止め強磁性層が交換結合層に隣
接して設けられ、ピン止め強磁性層の磁化反転が前記交
換結合層による磁気的交換結合を受けてピン止めされて
なることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 前記交換結合層が、α-Ｆｅ2Ｏ3を主体
として構成されてなることを特徴とする請求項４に記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 前記交換結合層が、Ｘ-Ｍｎ合金を主体
として構成されてなることを特徴とする請求項４に記載
の磁気抵抗効果素子。ただし、組成式Ｘ-Ｍｎにおいて
Ｘは白金族元素から選択される１種又は２種以上の元素
を示す。 - 【請求項７】 前記補助磁化反転層の層厚が５０〜３０
０Åの範囲とされてなることを特徴とする請求項１〜６
のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 前記補助磁化反転層の比抵抗が２００〜
２×１０5μΩｃｍの範囲であることを特徴とする請求
項１〜６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09256597A JP3198265B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 磁気抵抗効果素子 |
| EP98302429A EP0871231A3 (en) | 1997-04-10 | 1998-03-30 | Magnetoresistive element |
| KR1019980012614A KR100306312B1 (ko) | 1997-04-10 | 1998-04-09 | 자기저항효과소자 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09256597A Expired - Fee Related JP3198265B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (3)
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|---|---|
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| DE19949714A1 (de) * | 1999-10-15 | 2001-04-26 | Bosch Gmbh Robert | Magnetisch sensitives Bauteil, insbesondere Sensorelement, mit magnetoresistiven Schichtsystemen in Brückenschaltung |
| US6407890B1 (en) | 2000-02-08 | 2002-06-18 | International Business Machines Corporation | Dual spin valve sensor read head with a specular reflector film embedded in each antiparallel (AP) pinned layer next to a spacer layer |
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| US6767655B2 (en) * | 2000-08-21 | 2004-07-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magneto-resistive element |
| TWI222630B (en) | 2001-04-24 | 2004-10-21 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Magnetoresistive element and magnetoresistive memory device using the same |
| JP2002367124A (ja) | 2001-06-13 | 2002-12-20 | Hitachi Ltd | スピンバルブ型磁気ヘッド |
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| WO2003092084A1 (en) | 2002-04-23 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, magnetic head, magnetic memory, and magnetic recording device using the same |
| KR100465600B1 (ko) * | 2002-05-20 | 2005-01-13 | 주식회사 하이닉스반도체 | 엠.티.제이. 셀 및 그 제조방법 |
| KR100513722B1 (ko) * | 2002-11-15 | 2005-09-08 | 삼성전자주식회사 | 자기터널접합소자 및 그 제조방법 |
| JP2006128410A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子及びその製造方法 |
| US7333304B2 (en) | 2004-11-04 | 2008-02-19 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | CPP sensor having hard bias stabilization placed at back edge of the stripe |
| KR100706806B1 (ko) | 2006-01-27 | 2007-04-12 | 삼성전자주식회사 | 자기 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
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| JP2785678B2 (ja) * | 1994-03-24 | 1998-08-13 | 日本電気株式会社 | スピンバルブ膜およびこれを用いた再生ヘッド |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP09256597A patent/JP3198265B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-30 EP EP98302429A patent/EP0871231A3/en not_active Withdrawn
- 1998-04-09 KR KR1019980012614A patent/KR100306312B1/ko not_active Expired - Fee Related
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