JPH0426227B2

JPH0426227B2 -

Info

Publication number: JPH0426227B2
Application number: JP58171232A
Authority: JP
Inventors: Shinji Narushige; Akira Kumagai; Katsuya Mitsuoka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1992-05-06
Also published as: JPS6064484A

Description

【発明の詳細な説明】（利用分野）本発明は強磁性磁気抵抗効果合金膜に関するも
のであり、特に、磁気センサ素子、磁気ヘッド素
子および磁気バブル検出素子等のように薄膜スト
リツプ形状で実用に供される強磁性磁気抵抗効果
合金膜に係る。さらに具体的にいえば、本発明
は、薄膜ストリツプ形状において高い磁界感度を
有する強磁性磁気抵抗効果合金膜に関する。

（背景）近年、強磁性磁気抵抗効果合金膜を用いて、被
検体の回転角および回転速度などを検出する磁気
センサや磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド、および
前記強磁性磁気抵抗効果合金膜を用いた磁気バブ
ル検出素子などの開発が急速に進展している。

第１図に、回転角および回転速度を検出する磁
気センサの概略構造を示す。

被検体である回転体（図示せず）の回転軸、す
なわち、シヤフト２１には、磁気記録媒体２０を
その周面に有する検出部２２が固定してある。磁
気記録媒体２０は、本図では図示を省略している
磁気ヘツドにより、所定の記録波長で円周方向に
着磁２５されている。

一方、前記磁気記録媒体２０の面に隣接するよ
うに、基板３０が配置され、その上の前記磁気記
録媒体２０に対向する面上には、ストリツプ状の
強磁性磁気抵抗効果合金膜１が蒸着、スパツタリ
ングなどの手法によつて形成される。

このように、基板３０上に形成された強磁性磁
気抵抗効果合金膜１は、磁気記録媒体２０の着磁
されたパターンによる磁界を受けるので、前記シ
ヤフト２１の回転にともなつて電気抵抗が変化す
る。これに基づいて、周知の演算を施すことによ
り、回転体の回転角と回転速度を検出することが
できる。

第２図は、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘツドの一
例を示す概略斜視図である。

基板３０の上にバイアス磁界印加用の永久磁石
膜３１が形成され、その上面に、非磁性絶縁膜３
２を介して、ストリツプ状の強磁性磁気抵抗効果
合金膜１が形成される。強磁性磁気抵抗効果合金
膜１の両端部にはリード線３３が接続されてい
る。

第２図では図示を省略している記録媒体から発
生する磁界２の影響により、強磁性磁気抵抗効果
合金膜１の電気抵抗が変化する。それ故に、前記
合金膜１に流れる電流またはリード線３３，３３
間の電位差に基づいて情報の再生を行うことがで
きる。

なお、この場合、永久磁石膜３１は、記録媒体
から発生される磁界２と同じ方向に着磁４０され
ており、強磁性磁気抵抗効果合金膜１にバイアス
磁界を印加する働らきをする。

前述したような、強磁性磁気抵抗効果を利用し
た素子の強磁性磁気抵抗効果合金膜としては、82
重量％Ni−18重量％Fe合金であるパーマロイが、
従来から広範に用いられている。

また、前記のような磁気センサ、磁気抵抗効果
型薄膜磁気ヘツドおよび磁気バブル検出素子等に
おいては、膜厚が25〜400nｍで、幅が20〜30μｍ
程度の、ストリツプ状強磁性磁気抵抗効果膜が用
いられるのが一般的である。

そして、膜厚が30〜40nｍのパーマロイ膜の強
磁性磁気抵抗効果ΔR／Ｒは約2.5％であり、膜厚
が300〜400nｍのパーマロイ膜のΔR／Ｒは約3.5
％である。

「IEEE Transactions on Magnetics」
（MAG−11、No.４、1975年７月号第1018〜1038
頁）には、パーマロイ膜よりも強磁性磁気抵抗効
果の大きい合金材料として、92％Ni−８％Fe、
（70〜90）％Ni−（30〜10）％Co、67％Ni−30％
Co−３％Crがあることが記載されている。

「Thin Solid Films」（48巻、1978年、第247
−255頁）には、三元合金である72重量％Ni−18
重量％Fe−10重量％Co、64重量％Ni−17重量％
Fe−19重量％Coおよび60重量％Ni−11重量％Fe
−29重量％Coが開示されており、これらはパー
マロイ膜より強磁性磁気抵抗効果が大きいことが
記載されている。

更に、「IEEE Transactions on Magnetics」
（MAG−19、No.２、1983年３月号第104〜110頁）
にも、65％Ni−15％Fe−20％Coおよび60％Ni−
10％Fe−30％Coが開示されており、これらの三
元合金もパーマロイ膜より強磁性磁気抵抗効果が
大きいことが記載されている。

パーマロイ膜よりも強磁性磁気抵抗効果の大き
い、これら公知の磁性合金膜の、Ni−Fe−Co系
三成分図における位置は、第５図に、○印で示さ
れている。しかし、これらの磁性三元合金膜には
以下のような欠点がある。

一般に、磁気センサ素子および磁気抵抗効果型
薄膜磁気ヘツド素子の磁気抵抗効果合金膜は、第
１図および第２図ならびにその説明から容易に理
解されるように、薄膜ストリツプ形状で使用され
る。その際、磁界２は第２図中にも示したよう
に、薄膜面内で、その幅方向に−すなわち、長さ
方向に直角に印加される。

第３図は、この状態を模式的に示す斜視図であ
る。この場合の、各部寸法は、典型的には膜厚ｄ
が20〜50nｍ、幅Ｗが５〜40μｍ、長さＬが100〜
3000μｍである。すなわち、この磁気抵抗効果型
合金薄膜においては、長さＬはその幅Ｗに比べて
十分に大きく、かつ幅Ｗは膜厚ｄに比べて十分に
大きい。

ところで第１図ないし第３図に示される磁気抵
抗効果合金膜に於ては、強磁性磁気抵抗効果が大
きいだけでなく、下記の２点が必要である。

第一は磁界感度が良いこと−すなわち、印加さ
れる磁界２が小さくても十分な強磁性磁気抵抗効
果を示すことが必要である。

また、その第二は、磁界２に対するヒステリシ
ス現象が少ないこと−すなわち、長さＬの方向が
磁化容易軸となる一軸磁気異方性の磁性膜である
ことが必要である。

第一の磁界感度について、さらに説明する。磁
界感度を表わすパラメータとしては、一般に、見
掛けの異方性磁界H′kを用いるのが良いとされて
いる。

見掛けの異方性磁界H′kとは、第３図に示す薄
膜ストリツプ形状の磁気抵抗効果合金膜１に、そ
の幅方向に磁界２を印加したとき、第４図に示す
如く、磁気抵抗効果が事実上飽和した（印加磁界
Ｈが変化しても、その抵抗値Ｒが変化しなくなつ
た）と見なせる磁界である。

磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘツドの磁気抵抗効果
合金膜は、長さＬの方向に対して、約45度の角度
をなす方向にバイアス磁界を印加して使用される
のが普通である。そして、この場合、磁気抵抗効
果合金膜単体の磁界感度としては、前述の見掛け
の異方性磁界H′kで磁性膜の特性を評価すること
が一般的である。

磁気バブル検出素子に於ても、「IEEE
Transactions on Magnetics」（MAG−19、No.
２、March 1983 第104〜110頁に記載されてい
るように、見掛けの異方性磁界H′kでその特性を
評価する。

第３図の形状での磁気抵抗効果合金膜の見掛け
の異方性磁界H′kは、次の(1)式で与えられる。

H′k＝aHk＋bd／ＷBs ……(1) (1)式において、Hkは真の異方性磁界、Bsは飽
和磁束密度、ａとｂは磁性膜の特性には関係しな
い定数である。それ故に前記(1)式の中で磁性膜自
体に関係するものは真の異方性磁界Hkと飽和磁
束密度Bsである。

ところで、磁界感度の良い磁性膜とは、見掛け
の異方性磁界H′kが小さいことである。このこと
は、前記(1)式を参照すれば明らかなように、真の
異方性磁界Hkが小さく、かつ飽和磁束密度Bsが
小さいことを意味する。

前記の各刊行物に開示された公知材料である
Ni−Fe−Co合金膜は、いずれも飽和磁束密度Bs
が大きく、従つて、見掛けの異方性磁界H′kが大
きいという欠点がある。

更に、92％Ni−８％Fe、（70〜90）％Ni−（30
〜10）％Coおよび67％Ni−30％Co−３％Cr等は
一軸磁気異方性の膜を得ることが困難であるとい
う欠点がある。

（発明の目的）本発明は前述の欠点を除去するためになされた
ものであり、その目的は、82重量％Ni−18重量
％Fe合金であるパーマロイ膜や公知のNi−Fe−
Co三元合金膜に比べて、薄膜ストリツプ形状に
おいて、強磁性磁気抵抗効果が大きく、飽和磁束
密度Bsが公知の材料よりも小さく（すなわち、
見掛けの異方性磁界が小さく）、かつ、一軸磁気
異方性を示す良好な強磁性磁気抵抗効果合金膜を
提供することにある。

（発明の概要）本発明は、Ni−Fe−Co三元合金膜において、
その重量組成をNi_l-x-y−Fe_x−Co_yと表わしたと
き、つぎの２つの不等式 0.05≦ｘ 0.15≦ｙ≦0.5−2.5x を、前記ｘ，ｙが満足するような組成範囲とする
ことにより、パーマロイ膜よりも強磁性磁気抵抗
効果が大きく、飽和磁束密度が公知のNi−Fe−
Co三元合金膜よりも小さく、かつ一軸磁気異方
性を示す、良好な薄膜ストリツプ状の強磁性磁気
抵抗効果合金膜を実現できるようにした点に特徴
がある。

（発明の実施例）本発明者らは、前述のように優れた特性を有す
る薄膜ストリツプ状の強磁性磁気抵抗効果合金膜
を得るための、Ni−Fe−Co三元合金の組成範囲
を確定するために、種種の組成を有する前記三元
合金膜を実験的に作成した。

そして、これらについて、それぞれ、強磁性磁
気抵抗効果ΔR／Ｒ（％）、飽和磁束密度Ｔ（パー
マロイを１とした場合の相対値）、および一軸磁
気異方性を呈するか否かを測定した。その結果を
第１表（末尾頁）に示す。

なお、これらの実験において、それぞれの試料
No.に相当するNi−Fe−Co合金膜は、所定の配合
組成を有する一つの蒸着源から蒸着して得たもの
である。蒸着用加熱源としては抵抗加熱を用いた
が、電子ビーム加熱を用いても全く同じである。

また、蒸着時の真空圧力は５×10^-6Torr以下
が良く、さらに、バラツキが少なく、かつ強磁性
磁気抵抗効果の大きい合金膜を得るには１×
10^-6Torr以下が望ましいことが分つた。

蒸着時の基板温度は、一般には200〜400℃の範
囲に保持するのが普通であり、バラツキが少な
く、かつ強磁性磁気抵抗効果の大きい合金膜を得
るには約350℃が望ましいことが分つた。

この場合の基板としては、十分に平旦な面を有
するガラス、セラミツクス等を用いることができ
る。蒸着速度は１〜3nｍ／Ｓの範囲であれば良
く、蒸着速度は強磁性磁気抵抗効果に大きな影響
を及ぼさないことが確認された。

一軸磁気異方性を付与する方法としては、一定
方向の直流または交流磁界中で蒸着す方法、蒸着
粒子を基板面の法線方向から傾ける斜方蒸着法、
斜方蒸着でかつ基板を回転する方法、あるいは回
転磁界中で蒸着する方法等を用いることができ
る。最も簡単に一軸磁気異方性を付与する方法
は、直流磁界中で蒸着する方法である。

膜厚は、その用途によつて異なるが、20〜
400nｍの範囲で変化させることは容易である。

第１表は、蒸着法で形成した膜厚45〜50nｍ
の、種々の組成のNi_l-x-y−Fe_x−Co_y三元合金に
ついて、それぞれの強磁性磁気抵抗効果、飽和磁
束密度および一軸磁気異方性を測定したものであ
る。

Ni_l-x-y−Fe_x−Co_y合金膜において、一般的に、
Coの含有量をふやせば強磁性磁気抵抗効果が大
きくなることは知られているが、第１表の実験結
果から、実質的にパーマロイ膜よりも大きな強磁
性磁気抵抗効果を示すためには、Coの組成比を
15重量％以上とすることが必要であることが分か
る。

すなわち、前記ｙは0.15以上であることが必要
である。これを第５図に示すNi−Fe−Co3成分
図でいえば、図中の直線１１よりもCo側の斜線
領域である。

つぎに、同じく第１表から、Ni_l-x-y−Fe_x−
Co_y合金膜において、一軸磁気異方性膜を得るに
は、Feの組成比を５重量％以上とすることが必
要であることが分かる。すなわち、ｘは0.05以上
であることが必要であり、これは第５図中の直線
１２よりもFe側の斜線領域である。

また、Ni_l-x-y−Fe_x−Co_y合金膜において、前
記公知のNi−Fe−Co合金膜よりも飽和磁束密度
が小となる組成範囲は、ｙが0.15以上で、かつｘ
が0.05以上であるという２条件を満す組成範囲に
おいて、ｙが（0.5−2.5x）以下の範囲であるこ
とが、第１表から判定される。この領域は、第５
図中の直線１３よりもNi側の斜線領域である。

以上を綜合すれば、明らかなように、本発明の
目的に適合する強磁性磁気抵抗効果特性−換言す
れば、 (1) パーマロイ膜よりも強磁性磁気抵抗効果が大
きく、 (2) 一軸磁気異方性を示し、かつ (3) 公知のNi−Fe−Co合金膜よりも飽和磁束密
度が大きいという特性を示すNi_l-x-y−Fe_x−Co_y合金膜の組
成範囲は、第５図において、３本の直線１１，１
２，１３で囲まれた領域であらわされる。

更に、本発明者らの実験によれば、前記組成範
囲内に囲まれるNi_0.71−Fe_0.09−Co_0.20の、膜厚
350nｍの試料の強磁性磁気抵抗効果は48％であ
り、同じ厚さのパーマロイの強磁性磁気抵抗効果
の値3.5％よりも大きな値であることが確認され
た。

なお、本発明の合金膜を形成する方法として
は、真空蒸着法に限定されるものではなく、スパ
ツタリング法も有効であることは勿論である。

（発明の効果）以上の説明から明らかな如く、本発明によつて
限定された組成範囲にある強磁性磁気抵抗効果合
金膜は、通常実用に供される薄膜ストリツプ状の
形状において、従来から同じ目的に使用されてい
るパーマロイヤ公知の同種合金に比較して、強磁
性磁気抵抗効果が大きく、飽和磁束密度が実質的
に問題とならない程度に小さく、かつ一軸磁気異
方性を有するという効果があり、磁気センサ、磁
気抵抗効果型薄膜磁気ヘツドおよ磁気バブル検出
素子等に用いるのに極めて好適である。

本発明のNi−Fe−Co系合金膜は、また、その
構成元素がNi、Fe、Coという蒸気圧が比較的似
かよつた元素から成り、工業的に再現性良く得る
ことが出来るという利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転角および回転速度検出用の抵抗効
果型薄膜磁気センサの概略構造を示す斜視図、第
２図は磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘツドの概略構造
を示す斜視図、第３図は強磁性磁気抵抗効果膜を
薄膜ストリツプ形状で用いる場合における電流方
向と磁界印加方向を説明する斜視図、第４図は強
磁性磁気抵抗効果膜に磁界が印加された時の抵抗
変化と磁界との関係を示す図、第５図はNi−Fe
−Co系３成分図と本発明の限定された組成範囲
を説明する図である。１……強磁性磁気抵抗効果合金膜、２……印加
される磁界。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１ Ni−Fe−Co三元合金からなる強磁性磁気抵
抗効果合金膜において、その重量組成をNi_l-x-y
−Fe_x−Co_yと表わしたとき、ｘが0.05≦ｘで、かつｙが0.15≦ｙ≦0.5−2.5x の２条件を満足する組成範囲であることを特徴と
する強磁性磁気抵抗効果合金膜。２前記強磁性磁気抵抗効果合金膜は、その形状
が、その幅に比べて長さが十分に長い薄膜ストツ
プ状であることを特徴とする前記特許請求の範囲
第１項記載の強磁性磁気抵抗効果合金膜。３膜厚が20〜400nｍであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項記載の強磁性
磁気抵抗効果合金膜。