DE69617334T2

DE69617334T2 - Spinventil-Magnetkopf mit magnetoresistivem Effekt und System

Info

Publication number: DE69617334T2
Application number: DE69617334T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kanai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: DE69617334D1; EP0758783A1; JP3362818B2; KR100284779B1; EP0758783B1; JPH0954916A; CN1146038A; CN1065062C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt und ein Magnetplattenlaufwerk und insbesondere auf einen Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt, in welchem eine Änderung eines von einem magnetischen Medium gelesenen Signalmagnetfeldes in ein Änderungsverhältnis eines elektrischen Widerstandes gemäß einem Spinventil-Magnetowiderstandseffekt umgewandelt wird, und ein Magnetplattenlaufwerk mit dem Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt.

2. Beschreibung der Standes der Technik:

In einem magnetischen Sensor oder einem Magnetkopf wird als magnetisches Material eine aus NiFe hergestellte Vorrichtung mit Mägnetowiderstandseffekt verwendet. Wegen der Anforderung einer höheren Empfindlichkeit für den magnetischen Sensor und den Magnetkopf hat auch ein Riesen-Magnetowiderstandsfilm (GMR) Aufmerksamkeit auf sich gezogen, um ein Lesesignal mit einer hohen Intensität zu erhalten. Als ein Typ eines GMR-Films hat insbesondere ein Film mit Spinventil- Magnetowiderstandseffekt Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil der Film vergleichsweise leicht hergestellt werden kann und ein Änderungsverhältnis eines elektrischen Widerstandes in dem in einem schwachen Magnetfeld plazierten Film größer ist als das in einer normalen Magnetowiderstandsvorrichtung (MF). Ein gemäß einem Spinventil-Magnetowiderstandseffekt betriebener Magnetkopf mit Magnetowiderstandseffekt ist in USP Nr. 5,206,590 oder USP Nr. 5,159,513 offenbart.
In Fig. 1A ist ein Beispiel eines herkömmlichen Magnetkopfes mit Magnetowiderstandseffekt dargestellt, und in Fig. 1B ist eine Querschnittansicht des herkömmlichen Magnetkopfes mit Magnetowiderstandseffekt dargestellt.
Wie in Fig. 1A und 1B dargestellt ist, sind in Richtung der Filmdicke ein Al&sub2;O&sub3;TiC-Substrat 1, eine Aluminiumoxidschicht 2, eine Unterschicht 3, die aus Tantal besteht, eine aus einer NiFe-Schicht 4a und einer Co-Schicht 4b bestehende freie magnetische Schicht 4, eine aus Cu bestehende nicht magnetische Metallschicht 5, eine festgelegte (pinned) magnetische Schicht 6, die aus Co besteht, und eine antiferromagnetische Schicht 7, die aus FeMn besteht, in dieser Reihenfolge angeordnet, um eine Spinventil-MR-Vorrichtung herzustellen. In diesem Fall wird die Richtung der Dicke durch eine Z- Richtung ausgedrückt.
Die Schichten der Mehrschichtstruktur, die von der Unterschicht 3 bis zur antiferromagnetischen Schicht 7 reichen, sind jeweils in einer planaren rechtwinkligen Form gemustert, und ein Paar aus Au hergestellte Elektrodenanschlüsse 8 sind in einem Paar Bereiche angeordnet, die an beiden Kanten der antiferomagentischen Schicht 7 angeordnet sind, welche in einer oberen Lage der Mehrschichtstruktur plaziert ist. Ein Bereich der Mehrschichtstruktur, der zwischen den Elektrodenanschlüssen 8 angeordnet ist, dient als Signaldetektierbereich (oder Abfühlbereich) S. Eine kürzere Seite des rechtwinklig geformten Musters ist in einer X-Richtung gerichtet, und eine längere Seite des rechtwinkelig geformten Musters ist in einer Y-Richtung gerichtet.
In der festen magnetischen Schicht 6 wird wegen einer Austauschkopplung zwischen der festen magnetischen Schicht 6 und der antiferromagnetischen Schicht 7 in einer mit der X- Richtung übereinstimmenden Magnetisierungsrichtung ein Austauschkopplungs-Magnetfeld Hua erzeugt. Daher ist die feste magnetische Schicht 6 fest in der X-Richtung magnetisiert, und eine Magnetisierungsrichtung der Schicht 6 wird durch ein Signalmagnetfeld Hsig nicht geändert, das in der X-Richtung gerichtet ist.
Eine freie magnetische Schicht bezeichnet eine magnetische Schicht, in der eine Richtung der Magnetisierung M durch das Signalmagnetfeld Hsig leicht geändert werden kann, und eine feste magnetische Schicht bezeichnet eine magnetische Schicht, in der im Vergleich zur Magnetisierung der freien magnetischen Schicht eine Richtung der Magnetisierung M durch das externe Signalmagnetfeld Hsig nicht leicht geändert wird.
Der Grund, daß die freie magnetische Schicht 4 aus zwei Schichten besteht, die durch die NiFe-Schicht 4a und die Co- Schicht 4b repräsentiert werden, ist der folgende:
Zunächst ist eine in der freien magnetischen Schicht 4 erhaltene Abgabe eines Magnetowiderstandseffekts zweimal so groß oder mehr wie diejenige, die in einer nur aus NiFe bestehenden freien magnetischen Schicht erhalten wird. Zweitens dient die Co-Schicht 4b als Pufferschicht, um eine Grenzflächendiffusion von Co und NiFe zwischen der nicht magnetischen Metallschicht 5 und der NiFe-Schicht 4a zu verhindern, welche durch Erhitzen der Schichten 4a und 5 hervorgerufen wird.
Die Co-Schicht 4b selbst ist ein semiharter magnetischer Film. Eine Zweischichtstruktur aus NiFe und Co erweicht die Schicht 4 wegen einer Austauschkopplung zwischen der NiFe- Schicht 4a und Co-Schicht 4b. Daher läßt die Zweischichtstruktur die Schicht 4 als freie magnetische Schicht wirken. Die Magnetisierung M der freien magnetischen Schicht 4 mit der Zweischichtstruktur ist in der Y-Richtung (oder einer Vorzugsachsrichtung der Magnetisierung) gerichtet, die zu der Magnetisierungsrichtung (oder der X-Richtung) der festen magnetischen Schicht 6 in Fällen senkrecht ist, in denen eine Stärke des Signalmagnetfeldes Hsig Null ist. Die Richtung der Magnetisierung M in der freien magnetischen Schicht 4 ändert sich mit dem Signalmagnetfeld Hsig.
Ein elektrischer Gesamtwiderstand der Mehrschichtstruktur, die von der Unterschicht 3 bis zur antiferromagnetischen Schicht 7 reicht, ändert sich proportional zu einem Cosinus (cos θ) eines Winkels θ zwischen der Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schicht 6 und der Magnetisierungsrichtung der freien magnetischen Schicht 4. Ein konstanter Strom fließt durch den in der Mehrschichtstruktur angeordneten Signaldetektierbereich (oder Abfühlbereich) S von einem Elektrodenanschluß 8 zu dem anderen Elektrodenanschluß 8. Wenn sich der gesamte elektrische Widerstand ändert, ändert sich eine Differenzspannung zwischen den Elektrodenanschlüssen 8. Die Änderung des gesamten elektrischen Widerstands wird gemäß dem Ohmschen Gesetz durch Detektieren der Änderung der Differenzspannung berechnet.
Der Grund, daß die Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schicht 6 und die Magnetisierungsrichtung der freien magnetischen Schicht 4 zueinander senkrecht sind, besteht darin, den elektrischen Gesamtwiderstand sich bezüglich des Signalmagnetfeldes Hsig linear ändern zu lassen.
Um die Diffusion von Co und NiFe zwischen der nicht magnetischen Metallschicht 5 und der NiFe-Schicht 4a zu verhindern, die durch Erhitzen der Schichten 4a und 5 hervorgerufen wird, ist es erforderlich, daß die Dicke der Co-Schicht 4b auf 30 Å (1 Å = 10&supmin;¹ nm) oder mehr eingestellt wird.
Die Erfinder untersuchten experimentell die Beziehung zwischen einem externen Magnetfeld und einem elektrischen Widerstand in der Spinventil-MR-Vorrichtung, in der die Filmdicke der aus der freien magnetischen Schicht 4 bestehenden Co-Schicht 4b auf 30 Å oder mehr eingestellt ist.
Ein für ein Experiment verwendetes erstes Muster hat die gleiche Schichtkonfiguration wie die der in Fig. 1A und 1B gezeigten Spinventil-MR-Vorrichtung. Das heißt, eine Filmdicke der aus Ta bestehenden Unterschicht 3 beträgt 50 Å, eine Filmdicke der NiFe-Schicht 4a beträgt 20 Å, eine Filmdicke der Co-Schicht 4b beträgt 55 Å, eine Filmdicke der nicht magnetischen Metallschicht 5, die aus Cu besteht, beträgt 32 Å, eine Filmdicke der aus Co bestehenden festen magnetischen Schicht 6 beträgt 55 Å, und eine Filmdicke der aus FeMn bestehenden antiferromagnetischen Schicht 7 beträgt 150 Å.
Als Ergebnis des Experiments werden in Fig. 2 dargestellte Charakteristiken des Magnetowiderstandeffektes (MR) erhalten. Diese MR-Effekt-Charakteristiken werden erhalten, indem die Stärke eines externen Magnetfeldes in einem Bereich von - 200 Oersted (Oe) (1 Oe = 79,58 A/m) bis 200 Oersted (Oe) erhöht und verringert wird. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird realisiert, daß eine Stärkendifferenz in dem externen Magnetfeld zwischen ansteigenden und abfallenden Flanken einer Charakteristikkurve, die in der Umgebung eines bestimmten Punktes liegt, an welchem die Stärke des externen Magnetfeldes Null ist, etwa 40 Oersted (Oe) beträgt. Da die Stärkendifferenz einem doppelt so hohen Wert wie eine Koerzitivkraft Hc der Spinventil-MR-Vorrichtung äquivalent ist, ist die Koerzitivkraft Hc des ersten Musters nicht geringer als 20 Oersted (Oe), und die Empfindlichkeit der Spinventil-MR-Vorrichtung für das Signalmagnetfeld Hsig ist verschlechtert.
Der Grunds daß die Koerzitivkraft Hc auf 20 Oersted (Oe) erhöht wird, ist, weil die freie magnetische Schicht 4 die Co-Schicht 4b mit einem dicken Film aufweist. Daher versuchten die Erfinder, die Koerzitivkraft Hc der Spinventil-MR- Vorrichtung durch Verdünnen der Co-Schicht 4b zu verringern.
Ein für das Experiment verwendetes zweites Muster hat die gleiche Schichtkonfiguration wie die der in Fig. 1A und 1B gezeigten Spinventil-MR-Vorrichtung. Das heißt, eine Filmdicke der aus Ta bestehenden Unterschicht 3 beträgt 50 Å, eine Filmdicke der NiFe-Schicht 4a beträgt 55 Å, eine Filmdicke der Co-Schicht 4b beträgt 20 k, eine Filmdicke der nicht magnetischen Metallschicht 5, die aus Cu besteht, beträgt 26 A, eine Filmdicke der aus Co bestehenden festen magnetischen Schicht 6 beträgt 55 Å, und eine Filmdicke der aus FeMn bestehenden antiferromagnetischen Schicht 7 beträgt 150 A.
Als Ergebnis des Experiments werden die in Fig. 3 dargestellten MR-Effekt-Charakteristiken erhalten, und die Koerzitivkraft Hc der Spinventil-MR-Vorrichtung wird auf 6 Oersted (Oe) verringert, und ein Änderungsverhältnis ΔMR eines elektrischen Widerstandes in der Spinventil-MR-Vorrichtung wird im Vergleich zu dem in Fig. 2 gezeigten erhöht.
Da die Co-Schicht 4b auf 20 Å verdünnt ist, kann jedoch die durch Erhitzen der Schicht 4a und 5 hervorgerufene Grenzflächendiffusion von Co und NiFe zwischen der nicht magnetischen Metallschicht 5 und der NiFe-Schicht 4a nicht verhindert werden, und es besteht ein Nachteil, daß die Eigenschaft eines Erweichens der freien magnetischen Schicht 4 verringert wird.
Aus US-A-5 408 377 ist ein Magnetkopf mit Spinventil- Magnetowiderstandseffekt nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt, in welchem eine durch Erhitzen der Schichten hervorgerufene Grenzflächendiffusion von Materialien zwischen einer nicht magnetischen Metallschicht und einer freien magnetischen Schicht verhindert und ein Lesesignal mit einer hohen Intensität abgegeben wird, und ein magnetisches Aufzeichnungsgerät mit dem Magnetkopf zu schaffen.
Diese Aufgabe kann durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst werden. Für ein System mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium wurde diese Aufgabe gemäß Anspruch 11 gelöst. Der Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine freie magnetische Schicht auf, die in einer aus einer CoFe-Schicht und einer NiFe-Schicht bestehenden Zweischichtstruktur oder einer anderen Zweischichtstruktur hergestellt ist, die aus einer CoFe- Schicht und einer Legierungsschicht vom NiFe-Typ besteht.
Selbst wenn eine Filmdicke der CoFe-Schicht gleich 30 Å oder mehr beträgt, hat die in der Zweischichtstruktur hergestellte freie magnetische Schicht eine erweichte magnetische Eigenschaft. Außerdem wird experimentell festgestellt, daß die freie magnetische Schicht mit der CoFe-Schicht eine Koerzitivkraft der Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt verringert. Um die Koerzitivkraft zu verringern, wird in diesem Fall bevorzugt, daß eine Filmdicke der NiFe-Schicht auf 10 Å oder mehr eingestellt wird, ein Zusammensetzungsverhältnis von Co in der CoFe-Schicht auf 90 Gew.-% eingestellt ist und ein Zusammensetzungsverhältnis von Fe in der CoFe- Schicht auf 10 Gew.-% eingestellt ist.
Da die Filmdicke der CoFe-Schicht gleich 30 Å oder mehr beträgt, kann eine durch Erhitzen der Schichten hervorgerufene Grenzflächendiffusion von Materialien zwischen einer nicht magnetischen Metallschicht und der freien magnetischen Schicht zuverlässig verhindert werden, und eine erweichte magnetische Eigenschaft der freien magnetischen Schicht kann aufrechterhalten werden.
Es wird ebenfalls experimentell festgestellt, daß ein Änderungsverhältnis eines elektrischen Widerstandes des Magnetkopfes, der sich mit der Stärke eines Magnetfeldes ändert, durch Übernehmen der freien magnetischen Schicht erhöht wird, die in der Zweischichtstruktur mit der CoFe-Schicht hergestellt wird.
In Fällen, in denen die Legierungsschicht vom NiFe-Typ aus NiFeCr, NiFeNb oder NiFeRh hergestellt ist, kann ein gemäß einem anisotropen Magnetowiderstands-(AMR)-Effekt hervorgerufenes Rauschen reduziert werden. Da ein spezifischer Widerstand von NiFeCr, NiFeNb oder NiFeRh höher als derjenige von NiFe ist, kann außerdem eine Stromnutzungseffizienz im Magnetkopf erhöht werden, und ein Lesesignal mit einer hohen Intensität kann abgegeben werden.
In Fällen, in denen eine feste magnetische Schicht aus dem gleichen Aufbaumaterial wie dem der CoFe-Schicht der freien magnetischen Schicht hergestellt ist, kann auch ein Volumen an Zielmaterial, das zum Ausbilden jeder der Schichten in einem Sputterbetrieb verbraucht wird, reduziert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine Diagonalansicht eines Teils eines herkömmlichen Magnetkopfes mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt;
Fig. 1B ist eine Querschnittansicht des in Fig. 1A gezeigten herkömmlichen Magnetkopfes mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt;
Fig. 2 ist eine Charakteristikansicht, die die Beziehung zwischen der Änderung einer Magnetfeldstärke und einem Änderungsverhältnis eines elektrischen Widerstandes in dem herkömmlichen Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt in Fig. 1A zeigt;
Fig. 3 ist eine Charakteristikansicht, die die Beziehung zwischen der Änderung einer Magnetfeldstärke und einem Änderungsverhältnis eines elektrischen Widerstandes in dem herkömmlichen Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt in Fällen zeigt, in denen eine Filmdicke einer Co-Schicht einer freien magnetischen Schicht verdünnt ist;
Fig. 4A ist eine Diagonalansicht eines Teils eines Magnetkopfes mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4B ist eine Querschnittansicht des in Fig. 4A gezeigten Magnetkopfes mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt;
Fig. 5 ist eine Charakteristikansicht, die die Beziehung zwischen der Änderung einer Magnetfeldstärke und einem Änderungsverhältnis eines elektrischen Widerstandes in dem in Fig. 4A gezeigten Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt zeigt; und
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht eines Teils eines magnetischen Aufzeichnungsgerätes mit dem in Fig. 4A gezeigten Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt; und
Fig. 7 ist eine Draufsicht eines Magnetplattenlaufwerks, das hauptsächlich aus einem Gleitstück mit dem MR-Kopf und einer Magnetplatte gemäß der vorliegenden Erfindung besteht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Verweis auf Fig. 4A und 4B werden bevorzugte Ausführungsformen eines Magnetkopfes mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 4A und 4B gezeigt ist, umfaßt eine Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt (oder ein Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt) ein aus Al&sub2;O&sub3;TiC oder dergleichen hergestelltes Substrat 11, eine Aluminiumoxidschicht 12, eine Unterschicht 13, die aus Tantal besteht, eine freie magnetische Schicht 14, die in einer Zweischichtstruktur aus einer NiFe-Schicht 14a und einer Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 14b hergestellt ist, eine aus Cu bestehende nicht magnetische Metallschicht 15, eine aus Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0; bestehende feste magnetische Schicht 16 und eine aus FeMn bestehende antiferromagnetische Schicht 17, die in einer Filmstapelrichtung in dieser Reihenfolge angeordnet sind. In diesem Fall wird die Filmstapelrichtung durch eine Z-Richtung ausgedrückt.
Die Schichten einer Mehrschichtstruktur, die von der Unterschicht 13 bis zur antiferromagnetischen Schicht 17 reicht, sind jeweils in einer planaren rechtwinkeligen Form gemustert, und ein Paar aus Au hergestellte Elektrodenanschlüsse 18 ist in einem Paar Bereiche angeordnet, die an beiden Kanten der antiferromagnetischen Schicht 17 angeordnet sind, welche in einer oberen Lage der Mehrschichtstruktur plaziert ist. Ein zwischen den Elektrodenanschlüssen 18 gelegener Bereich der Mehrschichtstruktur dient als Signaldetektierbereich (oder Abfühlbereich) S. Ein kürzere Seite des rechtwinkelig geformten Musters ist in einer X-Richtung gerichtet, und eine längere Seite des rechtwinklig geformten Musters ist in einer Y-Richtung gerichtet.
In der festen magnetischen Schicht 16 wird in einer mit der X-Richtung übereinstimmenden Magnetisierungsrichtung wegen einer Austauschkopplung zwischen der festen magnetischen Schicht 16 und der antiferromagnetischen Schicht 17 ein Austauschkopplungs-Magnetfeld Hua erzeugt. Daher wird die feste magnetische Schicht 16 in der X-Richtung fest magnetisiert, und eine magnetisierte Richtung der Schicht 16 wird durch ein Signalmagnetfeld Hsig nicht geändert, dessen Intensität sich in der X-Richtung ändert.
In der obigen Konfiguration der Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt besteht die freie magnetische Schicht 14 aus zwei Schichten der NiFe-Schicht 14a und der Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 14b. Die freie magnetische Schicht 14 weist wegen einer Austauschkopplung der NiFe-Schicht 14a und der Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 14b eine erweichte magnetische Eigenschaft auf, und die Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 40b dient dazu, eine durch Erhitzen der Schichten 14a und 15 hervorgerufene Grenzflächendiffusion von NiFe und Cu zwischen der NiFe-Schicht 14a und der nicht magnetischen Metallschicht 15 zu verhindern.
Obgleich eine Koerzitivkraft Hc eines magnetischen CoFe- Körpers in Fällen minimiert wird, in denen ein Zusammensetzungsverhältnis von Co zu Fe in dem magnetischen CoFe-Körper auf ein bestimmtes Zusammensetzungsverhältnis 90/10 eingestellt ist, um den magnetischen CoFe-Körper in einen Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;- Körper auszubilden ist, ist in Fällen, in denen eine Differenz zwischen einem wirklichen Zusammensetzungsverhältnis von Co und Fe in der Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 14b und dem bestimmten Zusammensetzungsverhältnis innerhalb einiger Prozente liegt, die Differenz zulässig.
Eine Magnetisierung M1 der freien magnetischen Schicht 14 mit der Zweischichtstruktur ist in der Y-Richtung (oder einer Vorzugsachsrichtung der Magnetisierung) senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung (oder der X-Richtung) der festen magnetischen Schicht 16 in Fällen gerichtet, in denen eine Stärke des Signalmagnetfeldes Hsig Null ist. Die Richtung der Magnetisierung M1 in der freien magnetischen Schicht 14 ändert sich, wenn eine Magnetisierungskomponente des Signalmagnetfeldes Hsig, das in der X-Richtung gerichtet ist, auf die Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt angewendet wird.
Ein gesamter elektrischer Widerstand der Mehrschichtstruktur, die von der Unterschicht 13 bis zur antiferromagnetischen Schicht 17 reicht, ändert sich proportional zu einem Cosinus (cos θ) eines Winkels θ zwischen der Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schicht 16 und der Magnetisierungsrichtung der freien magnetischen Schicht 14. Ein konstanter Strom fließt durch den in der Mehrschichtstruktur angeordneten Signaldetektierbereich (oder Abfühlbereich) S von einem Elektrodenanschluß 18 zum anderen Elektrodenanschluß 18. Wenn sich der elektrische Gesamtwiderstand ändert, ändert sich eine Differenzspannung zwischen den Elektrodenanschlüssen 18. Die Änderung des gesamten elektrischen Widerstandes wird gemäß dem Ohmschen Gesetz durch Detektieren der Änderung der Differenzspannung berechnet.
Es werden Magnetowiderstands-(MR)-Charakteristiken in der Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt beschrieben.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, werden MR-Charakteristiken (die Beziehung zwischen der Änderung einer Magnetfeldstärke und einem Änderungsverhältnis ΔMR eines elektrischen Widerstandes) in der Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt experimentell erhalten, indem die Stärke eines externen Magnetfeldes in einem Bereich von -200 Oersted (Oe) bis 200 Oersted (Oe) kontinuierlich erhöht und verringert wird. Als Ergebnis des Experiments wird eine Koerzitivkraft Hc der Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt auf 4 Oersted (Oe) beträchtlich verringert und ist nahezu gleich der von NiFe. Im Vergleich zu dem in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Magnetkopf wird außerdem ein Änderungsverhältnis ΔMR eines elektrischen Widerstandes hoch, und eine Empfindlichkeit für das Signalmagnetfeld Hsig wird verbessert.
Der Grund, daß die Koerzitivkraft Hc der Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt verringert wird, ist, weil die Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 14b als eine der Schichten in der in einer Zweischichtstruktur hergestellten freien magnetischen Schicht 14 übernommen ist. Da eine Filmdicke der Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;- Schicht 14b 55 Å beträgt, kann außerdem die durch Erhitzen der Schichten 14a und 15 hervorgerufene Grenzflächendiffusion von NiFe und Cu zwischen der NiFe-Schicht 14a und der nicht magnetischen Metallschicht 15 durch die Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 14b verhindert werden. Im einzelnen liegen in Fällen, in denen eine Festkörperlöslichkeit zwischen Ni und Cu 100 ist, eine Festkörperlöslichkeit zwischen Fe und Cu und eine Festkörperlöslichkeit zwischen Co und Cu jeweils in einem Bereich von 4 bis 5. Daher tritt keine Grenzflächendiffusion von CoFe und Cu zwischen der Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;-Schicht 14b und der nicht magnetischen Metallschicht 15 auf. Folglich kann eine weichmagnetische Eigenschaft der freien magnetischen Schicht 14 vorzugsweise aufrechterhalten werden. In diesem Fall ist es erforderlich, die Filmdicke der NiFe-Schicht 14a auf 10 A oder mehr einzustellen, um die Koerzitivkraft Hc der Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt zu verringern.
In dieser Ausführungsform wird die NiFe-Schicht 14a verwendet. Es ist jedoch möglich, daß eine Legierung von NiFeCr, NiFeNb, NeFeRh oder dergleichen hergestellt wird, die durch Mischen von NiFe mit einem atomaren Element erhalten wird, und anstelle der NiFe-Schicht 14a eine aus der Legierung hergestellte Legierungsschicht vom NiFe-Typ verwendet wird. Da der Rauschen im Spinventil-Magnetowiderstandseffekt hervorrufende anisotrope Magnetowiderstands-(AMR)-Effekt durch Verwenden der Legierungsschicht vom NiFe-Typ im Vergleich zur Reduzierung des AMR-Effekts im Fall der Verwendung der NiFe- Schicht 14a beträchtlich reduziert wird, kann überdies ein Signal-Rausch-(S/N)-Verhältnis erhöht werden. Da ein spezifischer Widerstand der Legierungsschicht vom NiFe-Typ höher als derjenige der NiFe-Schicht 14a ist, kann außerdem auch eine Stromnutzungseffizienz in der Vorrichtung mit Spinventil- Magnetowiderstandseffekt erhöht werden, und eine Ausgangsintensität eines Lesesignals kann überdies erhöht werden.
Als nächstes werden mit Verweis auf Fig. 6 ein Magnetkopf eines magnetischen Aufzeichnungsgerätes, in welchem die Vorrichtung mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt gemäß der vorliegenden Erfindung übernommen ist, und ein magnetisches Aufzeichnungsmedium beschrieben.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, umfaßt ein Magnetkopf eines Magnetplattenlaufwerks ein Substrat (oder Gleitstück) 41, einen Wiedergabekopf 42, der auf dem Substrat 41 angeordnet ist, und einen dem Wiedergabekopf 42 benachbarten Aufzeichnungskopf 43. Der Wiedergabekopf 42 umfaßt eine erste magnetische Abschirmschicht 44, die durch einen (nicht dargestellten) isolierenden Film auf der ersten magnetischen Abschirmschicht 44 angeordnete Vorrichtung 45 mit Spinventil-MR- Effekt, einen Elektrodenanschluß (oder Leitungsanschluß) 46, der von der Vorrichtung 45 mit Spinventil-MR-Effekt geführt ist, einen isolierenden Film 47 zum Bedecken der Vorrichtung 45 mit Spinventil-MR-Effekt und des Elektrodenanschlusses 46 und eine auf dem isolierenden Film 47 angeordnete zweite magnetische Abschirmschicht 48.
Die Konfiguration der Vorrichtung 45 mit Spinventil-MR- Effekt ist in Fig. 4A und 4B dargestellt. Es ist jedoch möglich, daß die Vorrichtung 45 mit Spinventil-MR-Effekt das Substrat 11, die Aluminiumoxidschicht 12, die Unterschicht 13, die antiferromagnetische Schicht 17, die feste magnetische Schicht 16, die nicht magnetische Metallschicht 15 und die freie magnetische Schicht 14 in dieser Reihenfolge angeordnet aufweist.
Der Aufzeichnungskopf 43 umfaßt eine auf der zweiten magnetischen Abschirmschicht 48 angeordnete dritte magnetische Abschirmschicht 49, eine isolierende Schicht 50, die in einen Raum gepackt ist, der von der zweiten und dritten magnetischen Abschirmschicht 48 und 49 umgeben ist, und eine in der isolierenden Schicht 50 vergrabene Spule 51.
Die erste, zweite und dritte magnetische Abschirmschicht 44, 48 und 50 sind jeweils aus einem weichen magnetischen Körper geschaffen, und in einem Raum zwischen einem magnetischen Aufzeichnungsmedium 52 und jeder der ersten, zweiten und dritten magnetischen Abschirmschicht 44, 48 und 50 ist eine Lücke ausgebildet.
Wie oben beschrieben ist, kann, da die Vorrichtung 45 mit Spinventil-MR-Effekt die freie magnetische Schicht 14 aufweist, die in einer aus der NiFe-Schicht 14a und der CoFe- Schicht 14b bestehenden Zweischichtstruktur oder einer anderen, aus der Legierungsschicht vom NiFe-Typ und der CoFe- Schicht 14b bestehenden Zweischichtstruktur hergestellt ist, die Koerzitivkraft Hc des Magnetkopfes mit Spinventil- Magnetowiderstandseffekt klein gemacht werden.
In Fällen, in denen die Filmdicke der NiFe-Schicht 14a auf 10 Å oder mehr eingestellt ist, ein Zusammensetzungsverhältnis von Co in der CoFe-Schicht 14b in einem Bereich von 95 bis 85 Gew.-% eingestellt ist und ein Zusammensetzungsverhältnis von Fe in der CoFe-Schicht 14b wird in einem Bereich von 5 bis 15 Gew.-% eingestellt ist, wird die Koerzitivkraft Hc des Magnetkopfes mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt erheblich reduziert. Insbesondere in Fällen, in denen ein auf 90 Gew.-% eingestelltes Zusammensetzungsverhältnis von Co und ein auf 10 Gew.-% eingestelltes Zusammensetzungsverhältnis von Fe übernommen werden, kann die Koerzitivkraft Hc minimiert werden.
In Fällen, in denen die Filmdicke der NiFe-Schicht 14a auf 30 Å oder mehr eingestellt ist, kann die durch Erhitzen der Schichten 14a und 15 hervorgerufene Grenzflächendiffusion von NiFe und Cu zwischen der NiFe-Schicht 14a und der nicht magnetischen Metallschicht 15 durch die Co&sub9;&sub0;Fe&sub1;&sub0;- Schicht 14b zuverlässig verhindert und die erweichte magnetische Eigenschaft der freien magnetischen Schicht 14 vorzugsweise aufrechterhalten werden.
Ein Änderungsverhältnis eines elektrischen Widerstandes des Magnetkopfes, der sich mit der Stärke eines Magnetfeldes ändert, kann ebenfalls erhöht werden, da die freie magnetische Schicht 14, die in der Zweischichtstruktur mit der CoFe- Schicht 14b hergestellt ist, für den Magnetkopf vorgesehen ist.
In Fällen, in denen die Legierungsschicht eines NiFe-Typs aus NiFeCr, NiFeNb oder NiFeRh hergestellt ist, kann Rauschen im Magnetkopfe das gemäß dem AMR-Effekt hervorgerufen wird, reduziert werden. Da ein spezifischer Widerstand von NiFeCr, NiFeNb oder NiFeRh höher als derjenige von NiFe ist, kann außerdem eine Stromnutzungseffizienz im Magnetkopf erhöht und ein Lesesignal mit einer hohen Intensität abgegeben werden.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, umfaßt ein Magnetplattenlaufwerk 60 die Magnetplatte 51 und das Gleitstück 41 mit dem MR-Kopf und einen Federarm 53, der das Gleitstück 41 trägt.

Claims

1. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt, aufweisend:

eine freie magnetische Schicht (14), die eine NiFe- Schicht (14a) und eine auf der NiFe-Schicht (14a) geschaffene CoFe-Schicht (14b) enthält;

eine auf der freien magnetischen Schicht (14b) geschaffene nicht magnetische Schicht (15);

eine auf der nicht magnetischen Schicht (15) geschaffene feste magnetische Schicht (16);

eine antiferromagnetische Schicht (17) zum Fixieren einer Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schicht (16) und der antiferromagnetischen Schicht (17); und

ein Paar Elektrodenanschlüsse (18) zum Durchleiten eines Stroms durch die freie magnetische Schicht (14), die nicht magnetische Schicht (15), die feste magnetische Schicht (16) und die antiferromagnetische Schicht (17);

dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich eines Zusammensetzungsverhältnisses von Co in der CoFe-Schicht (14b) zwischen 95 und 85 Gew.-% beträgt und ein Bereich eines Zusammensetzungsverhältnisses von Fe in der CoFe-Schicht zwischen 5 bis 15 Gew.-% beträgt,

welche CoFe-Schicht (14b) eine blockierende Schicht ist, um eine thermische Interdiffusion zwischen der NiFe-Schicht (14a) und der nicht magnetischen Schicht (15) zu verhindern.

2. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt, nach Anspruch 1, in welchem eine Filmdicke der NiFe-Schicht (14a) 1 nm (10 Å) oder mehr beträgt.

3. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 1, in welchem die NiFe-Schicht (14a) eine Legierungsschicht ist, die zusätzlich ein aus der aus Cr, Nb und Rh bestehenden Gruppe ausgewähltes atomares Element enthält.

4. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 3, in welchem eine Filmdicke der Legierungsschicht (14a) vom NiFe-Typ 1 nm (10 Å) oder mehr beträgt.

5. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 3, in welchem die Legierungsschicht (14a) vom NiFe-Typ aus einer Legierung hergestellt ist, die erhalten wird, indem ein drittes atomares Element zu dem NiFe addiert wird, um einen anisotropen Magnetowiderstandseffekt im Vergleich zu dem im Fall von NiFe zu reduzieren.

6. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 3, in welchem die Legierungsschicht (14a) vom NiFe-Typ aus einer aus der aus NiFeCr, NiFeNb und NiFeRh bestehenden Gruppe ausgewählten Legierung hergestellt ist.

7. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 1 oder 3, in welchem ein Zusammensetzungsverhältnis von Co in der CoFe-Schicht (14b) 90 Gew.-% beträgt und ein Zusammensetzungsverhältnis von Fe in der CoFe-Schicht (14b) 10 Gew.-% beträgt.

8. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 1 oder 3, in welchem die feste magnetische Schicht (16) aus CoFe hergestellt ist.

9. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 1 oder 3, in welchem die nicht magnetische Schicht (15) aus Cu hergestellt ist.

10. Magnetkopf mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 1 oder 3, in welchem eine Filmdicke der CoFe- Schicht 30 A oder mehr beträgt.

11. System, aufweisend:

ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (52) zum Aufzeichnen einer magnetischen Aufzeichnungsinformation; und

einen Magnetkopf (41) mit Spinventil-Magnetowiderstandseffekt zum Schreiben der magnetischen Aufzeichnungsinformation in dem magnetischen Aufzeichnungsmedium (52) und Auslesen der magnetischen Aufzeichnungsinformation von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium (52), aufweisend:

dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich eines Zusammensetzungsverhältnisses von Co in der CoFe-Schicht (14b) zwischen 95 und 85 Gew.-% beträgt und ein Bereich eines Zusammensetzungsverhältnisses von Fe in der CoFe-Schicht zwischen 5 und 15 Gew.-% beträgt,

welche CoFe-Schicht (14b) eine blockierende Schicht ist, um thermische Interdiffusion zwischen der NiFe-Schicht (14a) und der nicht magnetischen Schicht (15) zu verhindern.