JPH10143822A - 薄膜磁気構造及び薄膜磁気ヘッド - Google Patents

薄膜磁気構造及び薄膜磁気ヘッド

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JPH10143822A
JPH10143822A JP9284250A JP28425097A JPH10143822A JP H10143822 A JPH10143822 A JP H10143822A JP 9284250 A JP9284250 A JP 9284250A JP 28425097 A JP28425097 A JP 28425097A JP H10143822 A JPH10143822 A JP H10143822A
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film magnetic
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ダニエル・エイ・ネペラ
Marcos M Lederman
マルコス・エム・レダーマン
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 薄膜磁気ヘッドは、積層構造の反強磁性
層24及び強磁性層21を用いて、磁気交換結合を与え
る。この構造は、強磁性層又は反強磁性層のいずれかと
接するバッファ層を備える。 【効果】 バッファ層の作用により、反強磁性層と強磁
性層間の交換結合磁界が増大し、耐食性が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜磁気記録ヘッ
ドに関し、特に強磁性材料の層と交換結合の関係に配置
された反強磁性材料の層を用いた薄膜磁気記録ヘッドに
関する。
【0002】
【従来の技術】特に磁気抵抗(MR)型及びスピンバル
ブ巨大磁気抵抗(GMR)型の読取り構造を有する薄膜
磁気ヘッドは、強磁性(FM)材料の層と交互に配置さ
れた反強磁性(AFM)材料の層との多層構造を用いて
隣接層間に磁気交換結合を生じさせる。このようなAF
M/FM構造は、MR及びGMRセンサにおいて縦バイ
アスを与える際に、かつスピンバルブデバイスにおいて
FM層を磁気的にピン止めするために使用される。
【0003】このようなAFM/FM交換結合構造の一
例が、ヘンプステッド(Hempstead)他による米国特許
第4,103,315号明細書に示されている。同米国
特許明細書には、最適動作のために、AFM層とFM層
間の接触を原子レベルで起こさせるのが望ましいことが
記載されている。同米国特許明細書には、MnとFe、
Co、Cu、Ge、Ni、Pt及びRhからなる群から
選択した元素を混ぜたMnガンマ相の二元合金、三元合
金及びより高次の合金を含むAFM材料が記載されてい
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、AFM
/FM積層構造は、AFM/FM構造の交換結合磁界H
eを大きくしかつ耐食性を向上させるバッファ層を備え
る。本発明の構造により、保磁力Hcに関して高い交換
結合磁界が得られる。
【0005】
【発明の実施の形態】図1は、スピンバルブ構造に使用
するための本発明による構造の分解斜視図を示してい
る。参照符号10は、バッファ層12を付着した基板1
1からなるスピンバルブ構造を示している。バッファ層
12は、例えばTaであり、かつ、約30Åの厚さを有
すると好都合であるが、必ずしもこれに限られるもので
はない。
【0006】バッファ層12の上には、その磁化の方向
及び大きさが、感知される磁界の関数として変化するN
iFeのような磁気的に「自由」な層13が付着され
る。自由層13の上には、Cuのような導電性・非磁性
層14が付着される。NiFeのようなピン止めされた
磁性層16が非磁性層14の上に付着され、かつ、ピン
止めするAFM層17がピン止め層16上に配置され
る。
【0007】スピンバルブ技術ではよく知られているよ
うに、各層13、16及び17が交換磁気結合を通じて
動作して、ピン止め層16の磁化の方向を固定即ちピン
止めする一方、自由層13の磁化の方向及び大きさが、
感知される磁界の大きさの関数として変化する。これら
の変化は、感知手段(図示せず)により検出されて、感
知磁界の大きさが表示される。スピンバルブ構造の動作
は、以下に示すように本発明によるバッファ層12によ
って強化される。
【0008】図2は、薄膜MR及びGMRセンサにおい
て縦バイアスを生じさせるために用いる本発明の実施例
を示している。図2において、参照符号20はバッファ
層22上に付着させたMRセンサ素子21を有する変換
器を示している。例えば、バッファ層22はTaからな
り、かつNiFeRhからなる軟隣接層(SAL)上に
付着される。SAL層23は、当業者によく理解されて
いるように、MRセンサに縦バイアスを与えて、そのバ
ルクハウゼンノイズを低減させ又は除去するために用い
る。
【0009】AFM層24がMRセンサ素子21の両端
の上に付着され、そのアクティブな中央領域を自由な状
態にしておく。導電リード26をAFM層24に付着さ
せて、センス電流をMR素子21にAFM層24を介し
て供給し、かつ必要な場合には、MR素子21に横バイ
アスを与える。図2の実施例では、Ta層22がバッフ
ァ層として、FM磁気抵抗層21と共働して、AFM層
24の交換結合磁界Heを増大させる。
【0010】両実施例における前記AFM層の好適な組
成はFeMnRhYであり、ここで、YはPt、Pd、
Ti、Zr、Hf、Nb、Cr、Ni、Co及びIrか
ら選択され、かつMnに対するFeの比率を0.8〜
1.8:1として、Rhは3〜8原子%、Yは0〜10
原子%である。
【0011】図3の線図は、バッファ層を有する又は有
しない様々なAFM/FM構造について温度の関数とし
て交換結合磁界He及び磁界Hcの変化を示している。
前記AFM層は、原子%で特定するとFe49Mn46Rh
5であり、膜厚400Åであった。全ての膜はNiFe
のFM層の上に付着させた。本発明では、サンプルを1
75〜250℃の範囲の温度で焼なましするのが好まし
く、図3に示す全てのサンプルは250℃で焼なましし
た。図3の曲線31は、NiFeのFM層及び膜厚40
0ÅのFeMnRhのAFM層を有し、バッファ層の無
い構造のHcの値を示し、かつ、曲線32は、これと同
じAFM/FM構造の交換結合磁界Heの値を示してい
る。
【0012】図3の曲線33は、本発明によるTaバッ
ファ層を有するFeMnRh/NiFeからなるAFM
/FM積層構造についてHc値の変化を示し、曲線34
は、これと同じ構造についてHe磁界を示している。図
3の曲線36は、Cu下地層を有するFeMnRh/N
iFeからなるAFM/FM積層構造についてHcの値
の変化を示している。曲線37は、これと同じ構造につ
いてHeの値の変化を示している。
【0013】図3の線図から、バッファ層を有しない同
じAFM/FM組成についての値と比較して、本発明の
組成により、Taバッファ層及びCuバッファ層の両方
について動作温度の全範囲に亘ってHeの値が大幅に改
善されたことが分かる。図3は、本発明のバッファ層を
有する場合、130〜140℃までの温度についてHe
の値がHcより大きいことを示している。
【0014】この動作特性の改善は、本発明のバッファ
層が格子整合(lattice matching)を通じてFeMnR
hのガンマ相の成長を促進するという事実による結果で
あると思われる。Cu二元合金、CuZn、CuSb、
CuSn、CuGe及びCuMnは、FeMnRh又は
FeMnとの格子整合が可能なCu合金の例である。こ
れにより、所望のガンマ相AFM合金の形成が促進さ
れ、従ってこのような整合なしに得られるよりも大きな
交換磁界が得られ、かつ、それにより発生する交換磁界
が最適化される。これらCuを主成分とする二元合金の
場合には、AFM層をバッファ層の上に直接付着させる
ことができる。
【0015】また、タンタルは、それがその上にAFM
材料を付着させるNiFeの強い fcc 111 テクスチャ
を付与するという事実により、所望のガンマ相AFM合
金の形成を促進する。この fcc 111 テクスチャは、A
FM材料の所望のガンマ相の成長を促進する。
【0016】図4の線図は、本発明による構造の耐食性
の向上を示している。曲線38は、バッファ層を有する
NiFeからなるFM層上のFeMnからなるAFM層
の腐食を示しており、曲線39は、バッファ層を有する
NiFeからなるFM層上のFeMnRhからなるAF
M層の腐食を示している。
【0017】本発明の結果得られる耐食性の向上によ
り、FeMnの二元合金の場合に要求されるのと比較し
て、処理工程の複雑さ又は敏感さが少なくなる。例え
ば、FeMnはpH〜3−0の1%酸性溶液で10秒で
エッチングされるのに対し、FeMnRhのエッチング
には300秒以上を要する。
【0018】図5の線図は、xをRhの原子%とするF
eMnRhx層におけるRh濃度の関数として、NiF
eのFM層上のFeMnRhxからなる膜厚200Åの
AFM層の磁界He及びHcの変化(それぞれ、曲線4
1及び42)を示す。同図から、前記AFM層における
5原子%以下のRh濃度について、交換結合磁界Heの
値が高くかつ一定であることが分かるが、これは所望の
結果である。
【図面の簡単な説明】
【図1】スピンバルブ構造において本発明を具体化した
薄膜磁気ヘッドの部分を示す斜視図である。
【図2】本発明を用いてMRセンサに縦バイアスを与え
る薄膜磁気ヘッドの横断面図である。
【図3】様々なAFM/FMの組成における交換結合磁
界への本発明の効果を示す線図である。
【図4】本発明の薄膜要素におけるAFM膜のエッチン
グレートに対して測定した耐食性の向上を示す線図であ
る。
【図5】本発明の薄膜構造の交換結合磁界の強さの変化
をAFM膜のRh含有量の関数として示す線図である。
【符号の説明】
10 スピンバルブ構造 11 基板 12 バッファ層 13 自由層 14 導電性・非磁性層 16 ピン止め層 17 AFM層 20 参照符号 21 MRセンサ素子 22 バッファ層 23 SAL層 24 AFM層 26 導電リード 31、32、33、34、36、37、38、39、4
1、42 曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルコス・エム・レダーマン アメリカ合衆国・カリフォルニア州・ 94107,サン・フランシスコ,アパートメ ント・321,サード・ストリート・300

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強磁性材料層と、前記強磁性材料層に
    接触する反強磁性材料層と、前記強磁性材料層又は前記
    反強磁性材料層のいずれかに接触するバッファ層とを備
    えることを特徴とする薄膜磁気構造。
  2. 【請求項2】 前記反強磁性材料層がFeMnRhで
    あることを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気構造。
  3. 【請求項3】 前記Rhが3〜8原子%の濃度で前記
    反強磁性材料層中に存在することを特徴とする請求項2
    記載の薄膜磁気構造。
  4. 【請求項4】 前記反強磁性材料層が、YをPt、P
    d、Ti、Zr、Hf、Nb、Cr、Ni、Co及びI
    rからなる群から選択した場合に、FeMnRhYから
    なることを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気構造。
  5. 【請求項5】 前記バッファ層が、Ta、Cu、又
    は、CuZn、CuSb、CuSn、CuGe及びCu
    Mnからなる群から選択した格子整合させた合金からな
    ることを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気構造。
  6. 【請求項6】 前記反強磁性材料層がCu及びCu合
    金からなる前記バッファ層の上に付着されていることを
    特徴とする請求項5記載の薄膜磁気ヘッド。
  7. 【請求項7】 前記バッファ層がTaであり、前記強
    磁性材料層が前記バッファ層の上に付着され、かつ、前
    記反強磁性材料層が前記強磁性材料層の上に付着されて
    いることを特徴とする請求項5記載の薄膜磁気ヘッド。
  8. 【請求項8】 前記構造が175℃から250℃の範
    囲の温度で焼なましされていることを特徴とする請求項
    1記載の薄膜磁気ヘッド。
  9. 【請求項9】 前記バッファ層が約30Åの膜厚を有
    することを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気ヘッド。
JP9284250A 1996-11-01 1997-10-02 薄膜磁気構造及び薄膜磁気ヘッド Pending JPH10143822A (ja)

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US08/742,473 1996-11-01
US08/742,473 US5717550A (en) 1996-11-01 1996-11-01 Antiferromagnetic exchange biasing using buffer layer

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JPH10143822A true JPH10143822A (ja) 1998-05-29

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