JPH11354860A - スピンバルブ磁気変換素子及び磁気ヘッド - Google Patents
スピンバルブ磁気変換素子及び磁気ヘッドInfo
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- JPH11354860A JPH11354860A JP10176534A JP17653498A JPH11354860A JP H11354860 A JPH11354860 A JP H11354860A JP 10176534 A JP10176534 A JP 10176534A JP 17653498 A JP17653498 A JP 17653498A JP H11354860 A JPH11354860 A JP H11354860A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
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- G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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-
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フリー層の磁歪定数を制御してその磁気異方
性をピン層の磁化方向と直交する理想的な方向に向け、
磁気的に安定したスピンバルブ膜を備えた高性能の磁気
変換素子及び磁気ヘッドを提供する。ピン層へのハード
バイアスの影響を少なくし、トラック幅方向に均一な感
度を得る。 【解決手段】 基板１１上に積層した自由側磁性層１４
と、固定側磁性層１５と、両磁性層間に挟まれた非磁性
層１３と、固定側磁性層に隣接する反強磁性層１６とか
らなるスピンバルブ膜１０を備え、自由側磁性層が、好
ましくは０＞λ＞−１×１０-6の範囲内にある負の磁歪
定数を有するスピンバルブ磁気変換素子。
性をピン層の磁化方向と直交する理想的な方向に向け、
磁気的に安定したスピンバルブ膜を備えた高性能の磁気
変換素子及び磁気ヘッドを提供する。ピン層へのハード
バイアスの影響を少なくし、トラック幅方向に均一な感
度を得る。 【解決手段】 基板１１上に積層した自由側磁性層１４
と、固定側磁性層１５と、両磁性層間に挟まれた非磁性
層１３と、固定側磁性層に隣接する反強磁性層１６とか
らなるスピンバルブ膜１０を備え、自由側磁性層が、好
ましくは０＞λ＞−１×１０-6の範囲内にある負の磁歪
定数を有するスピンバルブ磁気変換素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基本的に基板上に
自由側磁性層／非磁性層／固定側磁性層を積層しかつ固
定側磁性層を反強磁性層により磁化固定したスピンバル
ブ磁気変換素子及び、このようなスピンバルブ磁気変換
素子を備える磁気ヘッドに関する。
自由側磁性層／非磁性層／固定側磁性層を積層しかつ固
定側磁性層を反強磁性層により磁化固定したスピンバル
ブ磁気変換素子及び、このようなスピンバルブ磁気変換
素子を備える磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、再生用磁気ヘッドにおいて飽
和磁界を小さくして磁界感度を高めるために、スピンバ
ルブ膜構造の磁気変換素子が提案されている。一般にス
ピンバルブ膜は、基板の上に非磁性層（導電層）を挟ん
で対向する２つの磁性層を積層したサンドイッチ構造か
らなる。一方の磁性層（ピン層）の磁化は、それに隣接
する反強磁性層との交換結合磁界により素子高さ方向に
固定される。他方の磁性層（フリー層）の磁化は、一般
に永久磁石の磁界を利用したハードバイアス法により、
素子のトラック幅方向に単磁区化され、外部磁界により
自由に回転する。
和磁界を小さくして磁界感度を高めるために、スピンバ
ルブ膜構造の磁気変換素子が提案されている。一般にス
ピンバルブ膜は、基板の上に非磁性層（導電層）を挟ん
で対向する２つの磁性層を積層したサンドイッチ構造か
らなる。一方の磁性層（ピン層）の磁化は、それに隣接
する反強磁性層との交換結合磁界により素子高さ方向に
固定される。他方の磁性層（フリー層）の磁化は、一般
に永久磁石の磁界を利用したハードバイアス法により、
素子のトラック幅方向に単磁区化され、外部磁界により
自由に回転する。
【０００３】スピンバルブ膜は、ピン層の磁化方向とフ
リー層の磁化方向とが直交した状態で使用するのが理想
的である。フリー層の磁化が記録媒体などの外部からの
磁場により回転すると、ピン層・フリー層間の磁化方向
の角度差により素子の電気抵抗が変化することにより、
記録媒体に記録された信号が検出される。
リー層の磁化方向とが直交した状態で使用するのが理想
的である。フリー層の磁化が記録媒体などの外部からの
磁場により回転すると、ピン層・フリー層間の磁化方向
の角度差により素子の電気抵抗が変化することにより、
記録媒体に記録された信号が検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】スピンバルブ膜１は、
図２Ａに示されるように、ウエハ上に概ね矩形に成膜さ
れ、かつその左右両側に永久磁石膜及びその上にリード
層２ａ、２ｂが形成される。この状態でスピンバルブ膜
１には、その平面内においてＸＹ両方向から圧縮応力が
作用している。ここで、個々の素子を切り出すために前
記ウエハを想像線２で示す空気ベアリング面（ＡＢＳ）
において切断すると、ＡＢＳ側の応力が開放されるので
応力分布が変化し、図２Ｂに示すように、スピンバルブ
膜１にはＸ方向に圧縮応力、Ｙ方向に引張り応力が作用
することになる。
図２Ａに示されるように、ウエハ上に概ね矩形に成膜さ
れ、かつその左右両側に永久磁石膜及びその上にリード
層２ａ、２ｂが形成される。この状態でスピンバルブ膜
１には、その平面内においてＸＹ両方向から圧縮応力が
作用している。ここで、個々の素子を切り出すために前
記ウエハを想像線２で示す空気ベアリング面（ＡＢＳ）
において切断すると、ＡＢＳ側の応力が開放されるので
応力分布が変化し、図２Ｂに示すように、スピンバルブ
膜１にはＸ方向に圧縮応力、Ｙ方向に引張り応力が作用
することになる。
【０００５】一般に磁性膜は、その磁歪定数が正の場合
には、磁化が引張作用の方向に向き易く、逆に負の場合
には、圧縮作用の方向を向き易いという性質がある。そ
こで従来のスピンバルブ膜構造は、零を目標にフリー層
の磁歪定数を設定して、応力の影響を受けないようにし
ている。ところが、実際上磁性膜材料の組成などの理由
により、フリー層の磁歪定数を正確に零にすることは困
難で、約±３×１０-7程度のばらつきが存在する。この
ため、応力の影響が完全に解消されず、素子の感度にば
らつきが生じて安定し難いという問題があった。
には、磁化が引張作用の方向に向き易く、逆に負の場合
には、圧縮作用の方向を向き易いという性質がある。そ
こで従来のスピンバルブ膜構造は、零を目標にフリー層
の磁歪定数を設定して、応力の影響を受けないようにし
ている。ところが、実際上磁性膜材料の組成などの理由
により、フリー層の磁歪定数を正確に零にすることは困
難で、約±３×１０-7程度のばらつきが存在する。この
ため、応力の影響が完全に解消されず、素子の感度にば
らつきが生じて安定し難いという問題があった。
【０００６】本発明は、この磁性膜の特徴に着目してな
されたものであり、その目的は、フリー層の磁歪定数を
制御することにより、その磁気異方性をピン層の磁化方
向と直交する理想的な方向に向けることができ、磁気的
に安定したスピンバルブ膜を備えた高性能の磁気変換素
子及び磁気ヘッドを提供することにある。
されたものであり、その目的は、フリー層の磁歪定数を
制御することにより、その磁気異方性をピン層の磁化方
向と直交する理想的な方向に向けることができ、磁気的
に安定したスピンバルブ膜を備えた高性能の磁気変換素
子及び磁気ヘッドを提供することにある。
【０００７】また、多くのスピンバルブ膜は、フリー層
がその両側に磁区制御層として永久磁石膜を配置したハ
ードバイアス法により素子のトラック幅方向に単磁区化
されている。この場合、ピン層の両端付近では、前記永
久磁石膜の磁界の影響を受けて、その磁化方向がフリー
層の磁化方向に対して９０°でなくなる虞がある。その
ため、スピンバルブ膜の両端付近では、ＭＲ比が変化し
て感度が低下し、全体としてトラック幅方向に均一な感
度が得られなくなるという問題があった。
がその両側に磁区制御層として永久磁石膜を配置したハ
ードバイアス法により素子のトラック幅方向に単磁区化
されている。この場合、ピン層の両端付近では、前記永
久磁石膜の磁界の影響を受けて、その磁化方向がフリー
層の磁化方向に対して９０°でなくなる虞がある。その
ため、スピンバルブ膜の両端付近では、ＭＲ比が変化し
て感度が低下し、全体としてトラック幅方向に均一な感
度が得られなくなるという問題があった。
【０００８】そこで、本発明の別の目的は、ハードバイ
アスを用いてフリー層を単磁区化するスピンバルブ膜構
造において、ピン層へのハードバイアスの影響を少なく
し、トラック幅方向に均一な感度が得られる高性能の磁
気変換素子及び磁気ヘッドを提供することにある。
アスを用いてフリー層を単磁区化するスピンバルブ膜構
造において、ピン層へのハードバイアスの影響を少なく
し、トラック幅方向に均一な感度が得られる高性能の磁
気変換素子及び磁気ヘッドを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した目的
を達成するためのものであり、以下にその内容を図面に
示した実施例を用いて説明する。本発明のスピンバルブ
磁気変換素子は、基板上に積層した自由側磁性層と、固
定側磁性層と、前記両磁性層間に挟まれた非磁性層と、
前記固定側磁性層に隣接する反強磁性層とからなり、前
記自由側磁性層が負の磁歪定数を有することを特徴とす
る。また本発明によれば、このようなスピンバルブ磁気
変換素子を備える磁気ヘッドが提供される。
を達成するためのものであり、以下にその内容を図面に
示した実施例を用いて説明する。本発明のスピンバルブ
磁気変換素子は、基板上に積層した自由側磁性層と、固
定側磁性層と、前記両磁性層間に挟まれた非磁性層と、
前記固定側磁性層に隣接する反強磁性層とからなり、前
記自由側磁性層が負の磁歪定数を有することを特徴とす
る。また本発明によれば、このようなスピンバルブ磁気
変換素子を備える磁気ヘッドが提供される。
【００１０】このように自由側磁性層の磁歪定数を積極
的に負に設定することにより、ＡＢＳを加工した後に、
スピンバルブ膜の平面内に圧縮力が素子高さ方向に直交
する向きに作用するようになるので、フリー層の磁気異
方性がピン層の磁化方向と直交する方向に向き易くな
る。
的に負に設定することにより、ＡＢＳを加工した後に、
スピンバルブ膜の平面内に圧縮力が素子高さ方向に直交
する向きに作用するようになるので、フリー層の磁気異
方性がピン層の磁化方向と直交する方向に向き易くな
る。
【００１１】このとき、ハードバイアス法によるスピン
バルブ膜では、永久磁石膜の磁界を従来より小さくでき
るので、その両端付近においてピン層の磁気異方性に与
える影響が少なくなり、素子の感度が向上する。特に自
由側磁性層の磁歪定数λが０＞λ＞−１×１０-6の範囲
内にあるとき、素子の感度が安定するので好ましい。
バルブ膜では、永久磁石膜の磁界を従来より小さくでき
るので、その両端付近においてピン層の磁気異方性に与
える影響が少なくなり、素子の感度が向上する。特に自
由側磁性層の磁歪定数λが０＞λ＞−１×１０-6の範囲
内にあるとき、素子の感度が安定するので好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用したスピン
バルブ膜の好適な実施例を示している。スピンバルブ膜
１０は、基板１１上に形成した下地層１２の上に、非磁
性層１３を挟んで対向する２つの磁性層１４、１５を積
層したサンドイッチ構造からなる。一方の磁性層１５の
上には、反強磁性層１６が積層されている。スピンバル
ブ膜１０の左右両側には、磁区制御層としての永久磁石
膜１７ａ、１７ｂが配置され、かつその上にセンス電流
のための電極としてリード層１８ａ、１８ｂが形成され
る。
バルブ膜の好適な実施例を示している。スピンバルブ膜
１０は、基板１１上に形成した下地層１２の上に、非磁
性層１３を挟んで対向する２つの磁性層１４、１５を積
層したサンドイッチ構造からなる。一方の磁性層１５の
上には、反強磁性層１６が積層されている。スピンバル
ブ膜１０の左右両側には、磁区制御層としての永久磁石
膜１７ａ、１７ｂが配置され、かつその上にセンス電流
のための電極としてリード層１８ａ、１８ｂが形成され
る。
【００１３】前記両磁性膜は、従来と同様にパーマロ
イ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどの材料で形成され
る。前記反強磁性層は、従来から提案されているＦｅＭ
ｎ系、ＮｉＭｎ系、ＰｔＭｎ系、ＩｒＭｎ系などの様々
な合金材料で形成することができる。
イ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどの材料で形成され
る。前記反強磁性層は、従来から提案されているＦｅＭ
ｎ系、ＮｉＭｎ系、ＰｔＭｎ系、ＩｒＭｎ系などの様々
な合金材料で形成することができる。
【００１４】反強磁性層１６に隣接する磁性層１５の磁
化は、従来より公知の磁場中熱処理により素子高さ方向
に向けられ、前記反強磁性層との交換結合磁界により固
定される。これに対し、他方の磁性層１４の磁化は、永
久磁石膜１７ａ、１７ｂにより素子のトラック幅方向に
向けられており、外部磁界により自由に回転する。理想
的には、固定側の磁性層１５即ちピン層と自由側の磁性
層１４即ちフリー層の磁化方向が直交した状態で使用す
る。
化は、従来より公知の磁場中熱処理により素子高さ方向
に向けられ、前記反強磁性層との交換結合磁界により固
定される。これに対し、他方の磁性層１４の磁化は、永
久磁石膜１７ａ、１７ｂにより素子のトラック幅方向に
向けられており、外部磁界により自由に回転する。理想
的には、固定側の磁性層１５即ちピン層と自由側の磁性
層１４即ちフリー層の磁化方向が直交した状態で使用す
る。
【００１５】本実施例では、フリー層１４の磁歪定数λ
が、０＞λ＞−１×１０-6の範囲内に設定されている。
図２に関連して上述したように、ＡＢＳ加工後のスピン
バルブ膜１０の平面内には、左右両側を永久磁石膜１７
ａ、１７ｂ及びリード層１８ａ、１８ｂに挟まれてＸ方
向に圧縮応力が作用する。これにより、フリー層１４の
磁気異方性を理想的なＸ方向に向けることができるの
で、磁気変換素子の感度の磁気的安定度が大幅に向上す
る。
が、０＞λ＞−１×１０-6の範囲内に設定されている。
図２に関連して上述したように、ＡＢＳ加工後のスピン
バルブ膜１０の平面内には、左右両側を永久磁石膜１７
ａ、１７ｂ及びリード層１８ａ、１８ｂに挟まれてＸ方
向に圧縮応力が作用する。これにより、フリー層１４の
磁気異方性を理想的なＸ方向に向けることができるの
で、磁気変換素子の感度の磁気的安定度が大幅に向上す
る。
【００１６】このように、フリー層１４の磁気異方性を
Ｘ方向即ちトラック幅方向に向け易くなるので、前記永
久磁石膜の磁界は従来より小さくできる。従って、ピン
層１５の両端付近に作用する前記永久磁石膜の磁界の影
響は少なくなり、その磁気異方性は、トラック幅方向に
沿ってより安定して素子高さ方向に固定される。このた
め、素子の感度がトラック幅方向により均一になる。
Ｘ方向即ちトラック幅方向に向け易くなるので、前記永
久磁石膜の磁界は従来より小さくできる。従って、ピン
層１５の両端付近に作用する前記永久磁石膜の磁界の影
響は少なくなり、その磁気異方性は、トラック幅方向に
沿ってより安定して素子高さ方向に固定される。このた
め、素子の感度がトラック幅方向により均一になる。
【００１７】実際に、本実施例のスピンバルブ膜を備え
た磁気変換素子と、従来と同様に磁歪定数λが実質的に
零のフリー層からなる同様の構造のスピンバルブ膜を用
いた磁気変換素子とについて、その電気抵抗と出力との
関係をそれぞれサンプリングしたところ、本実施例によ
れば、電気抵抗の増大に伴って出力が右上がりに略線形
に安定して増加するのに対し、従来例では、出力が低下
しかつばらつきが大きくなることが分かった。この比較
結果から、本発明によれば素子の感度が大幅に安定する
ことが判明した。
た磁気変換素子と、従来と同様に磁歪定数λが実質的に
零のフリー層からなる同様の構造のスピンバルブ膜を用
いた磁気変換素子とについて、その電気抵抗と出力との
関係をそれぞれサンプリングしたところ、本実施例によ
れば、電気抵抗の増大に伴って出力が右上がりに略線形
に安定して増加するのに対し、従来例では、出力が低下
しかつばらつきが大きくなることが分かった。この比較
結果から、本発明によれば素子の感度が大幅に安定する
ことが判明した。
【００１８】尚、フリー層の磁歪定数は、上記０＞λ＞
−１×１０-6の範囲外であっても、積極的に負の値に設
定されている限り、同様に良好なかつ効果的な結果を得
ることができる。
−１×１０-6の範囲外であっても、積極的に負の値に設
定されている限り、同様に良好なかつ効果的な結果を得
ることができる。
【００１９】また、本発明は、デュアルスピンバルブ構
造についても同様に適用することができる。更に本発明
は、その技術的範囲内において上記実施例に様々な変形
・変更を加えて実施することができる。
造についても同様に適用することができる。更に本発明
は、その技術的範囲内において上記実施例に様々な変形
・変更を加えて実施することができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。本発明の
磁気変換素子によれば、ＡＢＳ加工後に、スピンバルブ
膜のフリー層の磁気異方性が素子のトラック幅方向を向
き易くなるので、素子の感度を従来に比して大幅に安定
させることができ、かつハードバイアスのピン層への影
響を少なくできるので、トラック幅方向により均一な感
度を得ることができ、再生特性がより安定した高性能の
磁気ヘッドを得ることができる。
ので、以下に記載されるような効果を奏する。本発明の
磁気変換素子によれば、ＡＢＳ加工後に、スピンバルブ
膜のフリー層の磁気異方性が素子のトラック幅方向を向
き易くなるので、素子の感度を従来に比して大幅に安定
させることができ、かつハードバイアスのピン層への影
響を少なくできるので、トラック幅方向により均一な感
度を得ることができ、再生特性がより安定した高性能の
磁気ヘッドを得ることができる。
【図１】本発明によるスピンバルブ膜の好適実施例をＡ
ＢＳ側から見た断面図である。
ＢＳ側から見た断面図である。
【図２】Ａ図はウエハ上に成膜したスピンバルブ膜のＡ
ＢＳ加工前の平面図、Ｂ図はＡＢＳ加工後の平面図であ
る。
ＢＳ加工前の平面図、Ｂ図はＡＢＳ加工後の平面図であ
る。
１ スピンバルブ膜 ２ａ、２ｂ リード層 ３ ＡＢＳ １０ スピンバルブ膜 １１ 基板 １２ 下地層 １３ 非磁性層 １４ 磁性層、フリー層 １５ 磁性層、ピン層 １６ 反強磁性層 １７ａ、１７ｂ 永久磁石膜 １８ａ、１８ｂ リード層
───────────────────────────────────────────────────── 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，クラレン ス・プレイス・１・ナンバー１ (72)発明者 上村 裕彦 大阪府三島郡島本町江川２−15−17 リー ドライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 安藤 正彦 大阪府三島郡島本町江川２−15−17 リー ドライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 小巻 賢治 大阪府三島郡島本町江川２−15−17 リー ドライト・エスエムアイ株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に積層した自由側磁性層と、固定
側磁性層と、前記両磁性層間に挟まれた非磁性層と、前
記固定側磁性層に隣接する反強磁性層とからなり、前記
自由側磁性層が負の磁歪定数を有することを特徴とする
スピンバルブ磁気変換素子。 - 【請求項２】 前記自由側磁性層の磁歪定数λが、０＞
λ＞−１×１０-6の範囲内にあることを特徴とする請求
項１に記載のスピンバルブ磁気変換素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載のスピンバルブ磁
気変換素子を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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