JP2002374017A - スピンバルブ型薄膜磁気素子及びこれを用いた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定磁性層の磁化状態を熱的に安定させた状
態で、出力電圧の対称性を保持して、デジタル信号処理
のし易い出力電圧波形を得ることができるスンバルブ型
薄膜磁気素子及びこれを用いた薄膜磁気ヘッドを提供す
る。 【解決手段】 固定磁性層Ｐを、反強磁性層１１側から
第１の固定磁性層１２、非磁性層１３、第２の固定磁性
層１４が順次積層された３層構造として、第１、第２の
固定磁性層１２、１４が非磁性層１３を介して磁気的に
結合したフェリ磁性状態を形成しており、第１の固定磁
性層１２の比抵抗を、第２の固定磁性層１４よりも高く
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部磁界により磁
化の向きが回転するフリー磁性層と、磁化の向きが固定
された固定磁性層を有し、フリー磁性層の磁化の向きに
より電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子及
びこれを用いた薄膜磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁
気素子は、下地層７０と、反強磁性層７１と、固定磁性
層Ｐ７と、非磁性導電層７５と、フリー磁性層Ｆ７と、
保護層７９が順次積層された積層体Ｃ７を有し、固定磁
性層Ｐ７は、Ｃｏ、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ
ＦｅＮｉ合金等の強磁性材料からなり、反強磁性層７１
との界面に発生する交換異方性磁界によって磁化の向き
が固定されている。

【０００３】積層体Ｃ７の両側には、ハードバイアス層
８１と、ハードバイアス層８１上に形成された電極層８
０が設けられている。電極層８０からは、積層体Ｃ７に
センス電流が印加されて、センス電流の中心は、最も導
電性の高い非磁性導電層７５の中心にほぼ一致してい
る。

【０００４】フリー磁性層Ｆ７が外部磁界（Ｈ）を検知
すると、フリー磁性層Ｆ７の磁化の向きは、外部磁界
（Ｈ）の向きと平行に近くなるように回転する。そし
て、フリー磁性層Ｆ７の磁化の向きにより、センス電流
の伝導電子の平均自由行程が変化するＧＭＲ（Giant Ma
gnetoresistive)効果が生じ、電極層８０間のＧＭＲ効
果による抵抗変化（ΔＲ）から電極層８０間の出力電圧
（Ｖ）を生じ、外部磁界（Ｈ）の検出を行うことができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】固定層Ｐ７の磁化状態
を、熱的により安定させるためには、固定磁性層Ｐ７
を、反強磁性層７１側から、強磁性材料からなる第１の
固定磁性層、非磁性材料からなる非磁性層、強磁性材料
からなる第２の固定磁性層が順次積層された３層構造と
して、第１、第２の固定磁性層が、非磁性層を介して磁
気的に結合した人工的なフェリ磁性状態とすることが提
案されている。

【０００６】しかし、このような３層構造の固定磁性層
Ｐ７では、全体の膜厚が増加して電気抵抗が低下するの
で、センス電流の中心が非磁性導電層７５の中心から固
定層Ｐ７側にズレる傾向があった。センス電流中心が固
定層Ｐ７側にズレると、フリー磁性層Ｆ７からセンス電
流中心が遠ざかり、フリー磁性層Ｆ７には、センス電流
磁界により生じる磁界（センス電流磁界）の影響がより
大きく及ぶことになる。

【０００７】センス電流磁界の影響が大きい場合では、
図１０に示すように、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（セ
ンス電流磁界の向き）に印加されたとき、電気抵抗
（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線形
的に減少し、外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈs２）以上に
なると、電気抵抗（Ｒ）は一定の値（Ｒ４）となる。ま
た、外部磁界（Ｈ）が＋ｚの向き（センス電流磁界の向
きに反平行）に印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、外
部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線形的に増加し、
外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈs１）以上になると、電気
抵抗（Ｒ）は、一定の値（Ｒ３）となる。

【０００８】このとき、センス電流磁界の向きに平行な
外部磁界の一定値（Ｈｓ２）は、センス電流磁界の影響
によって、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の
一定値（Ｈｓ１）よりも小さく、センス電流磁界の向き
に平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ２）に対応する電気抵
抗（Ｒ４）は、外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の電気抵
抗（Ｒ０）からの変化が、センス電流磁界の向きに反平
行な外部磁界の一定値（Ｈｓ１）に対応する電気抵抗
（Ｒ３）よりも小さい。

【０００９】よって、等しい大きさ（絶対値）の外部磁
界（Ｈ）が、それぞれ−ｚの向き（センス電流磁界の向
き）と＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に
印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、＋ｚの向き（セン
ス電流磁界の向きに反平行）に印加された外部磁界
（Ｈ）に対して、より大きく変化する。

【００１０】このような外部磁界（Ｈ）と電気抵抗
（Ｒ）の関係では、出力電圧波形に非対称性（Asymmetr
y−Plus）を生じて、デジタル信号処理上好ましくな
い。また、センス電流磁界が＋ｚの向きである場合に
も、外部磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係は、図１１
に示すようになり、出力電圧波形に非対称性（Asymmetr
y−Minus）を生じる。このような非対称の出力電圧波形
では、デジタル信号処理がし難い問題があった。本発明
は、固定磁性層の磁化状態を熱的に安定させた状態で、
出力電圧の対称性を保持して、デジタル信号処理のし易
い出力電圧波形を得ることができるスピンバルブ型薄膜
磁気素子及びこれを用いた薄膜磁気ヘッドを提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のスピンバルブ型
薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強磁性層に接触し
て積層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電
層を介して対向するフリー磁性層とを有する積層体と、
該積層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前
記固定磁性層は、強磁性材料からなる第１の固定磁性層
が前記反強磁性層と接触して、前記第１の固定磁性層、
非磁性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第２
の固定磁性層が順次積層して形成され、前記第１の固定
磁性層は、前記第２の固定磁性層よりも比抵抗が高く、
前記固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層との磁気
的結合により磁化の向きが揃えられると共に固定され
て、前記第１、第２の固定磁性層が、前記非磁性層を挟
んで、人工的なフェリ磁性状態を形成している。このよ
うなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フェリ磁性状態
である固定磁性層の磁化状態が熱的に安定しており、且
つ、比抵抗の高い第１の固定磁性層には、センス電流が
分流し難いので、センス電流中心は、第１の固定磁性層
側にズレることがない。よって、センス電流中心は、非
磁性導電層の中心にほぼ一致して、フリー磁性層には、
センス電流により生じる磁界の影響が比較的少なく、Ｇ
ＭＲ効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きが
フリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であ
るときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極層
間の出力電圧が対称になり、出力電圧波形のデジタル信
号処理がし易くなる。

【００１２】また、第１の固定磁性層にセンス電流が分
流し難いので、センス電流は、ＧＭＲ効果に寄与するフ
リー磁性層、非磁性導電層、第２の固定磁性層により多
く流れて、ＧＭＲ効果による抵抗変化率が向上するの
で、ＧＭＲ効果による電極間の抵抗変化率が向上して信
頼性の高い外部磁界の検出を行うことができる。

【００１３】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記第１の固定磁性層が、Ｃｏ系アモルファス合金であ
り、前記第２の固定磁性層が、結晶質のＣｏ、或いはＣ
ｏ系合金からなる。このようなスピンバルブ型薄膜磁気
素子では、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層が、両
方ともＣｏ系材料であるから、磁気的に結合し易く、固
定磁性層をより安定したフェリ磁性状態とすることがで
き、また、第１の固定磁性層をアモルファス状態とした
ので、比抵抗を高くすることができる。

【００１４】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積層された固定
磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を介して対向す
るフリー磁性層とを有する積層体と、該積層体の両側に
設けられた一対の電極層とを有し、前記固定磁性層は、
強磁性材料からなる第１の固定磁性層が前記反強磁性層
と接触して、前記第１の固定磁性層、非磁性材料からな
る非磁性層、強磁性材料からなる第２の固定磁性層が順
次積層して形成され、前記第１の固定磁性層は、前記第
２の固定磁性層よりも比抵抗が高い第１層と、前記第２
の固定磁性層と同じ材料からなる第２層とを備えて、前
記第１層が前記反強磁性層に接触して形成されると共
に、前記第２層が前記非磁性層に接触して形成されて、
前記第１の固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層と
の磁気的結合により磁化の向きが揃えられると共に固定
されて、前記第１、第２の固定磁性層が、前記非磁性層
を挟んで反平行に結合し、人工的なフェリ磁性状態を形
成している。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、第１の固定磁性層の非磁性層との界面である第２層
が第２の固定磁性層と同じ材料であるので、第１の固定
磁性層と第２の固定磁性層は、磁気的に反平行状態に結
合しやすく、人工的なフェリ磁性状態である固定磁性層
の磁化状態は熱的に安定しており、且つ、第１の固定磁
性層が比抵抗の高い第１層を有するので、第１の固定磁
性層には、センス電流が分流し難く、センス電流中心
は、第１の固定磁性層側にズレることなく、非磁性導電
層のほぼ中心に一致する。よって、フリー磁性層には、
センス電流により生じる磁界の影響が比較的少なく、Ｇ
ＭＲ効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きが
フリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であ
るときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極層
間の出力電圧は対称になるので、出力電圧波形のデジタ
ル信号処理がし易くなる。

【００１５】また、センス電流が第１の固定磁性層に分
流し難いことにより、ＧＭＲ効果に寄与するフリー磁性
層、非磁性導電層、第２の固定磁性層へのセンス電流を
確保できるので、ＧＭＲ効果による抵抗変化率が向上し
て、信頼性の高い外部磁界の検出を行うことができる。

【００１６】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記第１の固定磁性層の前記第１層が、Ｃｏ系アモルフ
ァス合金であり、前記第１の固定磁性層の前記第２層と
前記第２の固定磁性層が、結晶質のＣｏ、或いはＣｏ系
合金である。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、第１の固定磁性層の第２層と第２の固定磁性層が、
両方ともＣｏ系材料であるから、固定磁性層をより安定
した人工的なフェリ磁性状態とすることができ、また、
第１の固定磁性層の第１層はアモルファス状態なので、
比抵抗を高くすることができる。

【００１７】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記Ｃｏ系アモルファス合金の比抵抗が１００μΩ・ｃ
ｍ以上である。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子
では、センス電流の第１の固定磁性層への分流を確実に
抑えることができる。

【００１８】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記Ｃｏ系アモルファス合金が、Ｃｏ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｈ
ｆ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｔ−
Ｚ、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ−Ｂのいずれかで、Ｔは、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉから選ばれる１
種または２種以上の元素であり、前記Ｃｏ系合金は、Ｃ
ｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金のいずれ
かである。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、第１、第２の固定磁性層の反平行な磁気的結合が強
いので、固定磁性層の磁化状態をより安定して形成する
ことができる。

【００１９】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記Ｃｏ系アモルファス合金が、Ｃｏを７０原子％以上
含有しており、前記Ｃｏ系合金が、Ｃｏを５０原子％以
上含有している。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素
子では、第１、第２の固定磁性層の反平行な磁気的結合
が強いので、固定磁性層の磁化状態をより安定して形成
することができる。

【００２０】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記非磁性層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ
のいずれかである。このようなスピンバルブ型薄膜磁気
素子では、前記非磁性層を介した第１、第２の固定磁性
層の反平行な磁気的結合が強いので、固定磁性層の磁化
状態をより安定して形成することができる。

【００２１】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記積層体に、一対の前記電極層からセンス電流が印加
されており、該センス電流により生じる磁界の向きは、
前記第１の固定磁性層の位置で、前記第１の固定磁性層
の磁化の向きに一致している。このようなスピンバルブ
型薄膜磁気素子では、センス電流により生じる磁界によ
り、固定磁性層の磁化状態をより安定させることができ
る。

【００２２】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層が、元素ＸとＭｎを含有する合金からな
り、元素Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓの
うちいずれか１種または２種以上の元素であることを特
徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスピンバル
ブ型薄膜素子。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子
では、反強磁性層と固定磁性層の磁気的な結合（交換異
方性磁界）が大きく、且つ、耐食性に優れ、ブロッキン
グ温度が高いので、外部磁界や環境温度の上昇によって
も、固定磁性層の磁化方向が変動することがなく、信頼
性の高いスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができ
る。

【００２３】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層と固定磁性層の界面構造は、結晶学的な
非整合状態である。このようなスピンバルブ型薄膜磁気
素子では、反強磁性層と固定磁性層の磁気的な結合（交
換異方性磁界）がさらに大きくなり、固定磁性層の磁化
が変動することなく、信頼性をさらに高めたスピンバル
ブ型薄膜磁気素子とすることができる。

【００２４】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’合金からなり、Ｘ
は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちいずれ
か１種または２種以上の元素であり、Ｘ’は、Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃ
ｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｂ、及び希
土類のうち１種または２種以上の元素であり、Ｘ−Ｍｎ
空間格子の隙間に元素Ｘ’が侵入しているか、Ｘ−Ｍｎ
結晶格子の一部が元素Ｘ’に置換されている。このよう
なスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層と固定
磁性層の界面構造を、確実に非整合状態とすることがで
きる。

【００２５】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層の比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以上であ
り、且つ、前記反強磁性層の膜厚が８乃至１５ｎｍであ
る。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、セン
ス電流の反強磁性層への分流も抑えることができる。

【００２６】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層が、絶縁層上に直接形成されている。こ
のようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層
と絶縁層の間に導電性の層がないので、センス電流が反
強磁性層より更に外側の層に分流することがない。

【００２７】本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記いずれか
に記載のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からな
る一対のシールド層間に設けられている。このような薄
膜磁気ヘッドでは、シールド層間以外の磁界がシールド
層に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子は、シー
ルド層間に現れた媒体からの磁界のみを検知することが
できる。また、磁界の向きが媒体から薄膜磁気ヘッドに
向かう向きとその反対とで、スピンバルブ型薄膜磁気素
子の出力電圧は、磁界がないときの出力電圧に関して対
称になる。出力電圧波形が対称であればデジタル信号処
理しやすいので、読みとりエラーが発生することが少な
く、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の薄膜磁気ヘッド
が形成されたスライダを示す説明図、図２は、本発明の
薄膜磁気ヘッドの一例の概略図、図３は、本発明の薄膜
磁気ヘッドの一例の要部断面図、図４は、本発明のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の第１の実施の形態の説明図、
図５は、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第２の
実施の形態の説明図、図６、図７は、ＧＭＲ効果の説明
図、図８は、本発明のスピンバルブ型素子の電気抵抗の
外部磁界依存性を模式的に示すグラフである。

【００２９】図４は、本発明の第１の実施の形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を示し、このスピンバルブ型薄
膜磁気素子は、アルミナやＳｉＯ２等からなる絶縁層４
上に、Ｔａ等の導電材料からなる下地層２２、反強磁性
層１１、固定磁性層Ｐ、非磁性導電層１５、フリー磁性
層Ｆ、保護層１９が順次積層された積層体Ｃと、積層体
Ｃの両側に、ハードバイアス層２１と、ハードバイアス
層２１上に形成された電極層２０とを備えている。

【００３０】反強磁性層１１は、固定磁性層Ｐとの界面
に生じる交換異方性磁界により、固定磁性層Ｐの磁化の
向きを固定する役割を果たしており、Ｘ−Ｍｎ合金（た
だし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ち１種または２種以上の元素）からなり、膜厚は８〜２
０ｎｍ程度、元素Ｘの組成は、３７〜６３原子％、より
好ましくは４４〜５７原子％である。

【００３１】このような反強磁性層１１は、耐食性に優
れており、また、固定磁性層Ｐとの界面に生じる交換異
方性磁界が強いので、固定磁性層Ｐの磁化の向きをより
確実に固定することができる。さらに、ブロッキング温
度が高く、高温まで交換異方性磁界が消失することがな
い。

【００３２】Ｘ−Ｍｎ合金のなかでも、Ｐｔ−Ｍｎ合金
は、特に耐食性に優れ、ブロッキング温度が３８０℃と
特に高く、交換異方性磁界が６．４×１０⁴（Ａ／ｍ）
を越える。反強磁性層１１をＰｔ−Ｍｎ合金としたとき
には、反強磁性層１１と固定磁性層Ｐとの界面に熱拡散
層を形成する必要がある。

【００３３】このような反強磁性層１１と固定磁性層Ｐ
との界面の熱拡散層は、スピンバルブ型薄膜素子の製造
工程において、下地層２２、反強磁性層１１、固定磁性
層Ｐ、非磁性導電層１５、フリー磁性層Ｆ、保護層１９
をスパッタ成膜した後の、磁場中熱処理工程により形成
される。

【００３４】なお、反強磁性層１１は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’
合金（ただし、Ｘ’は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂ
ｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、
Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｄ、及び希土類元素のうち１種または２
種以上の元素である）としてもよい。

【００３５】Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’合金は、元素Ｘ’が侵入し
た侵入型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構
成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ’に置換さ
れた置換型固溶体であることが好ましい。これによっ
て、反強磁性層１１の格子定数を大きくすることがで
き、反強磁性層１１と固定磁性層Ｐとの界面において、
反強磁性層１１と固定磁性層Ｐの原子配列が１対１に対
応しない原子配列（非整合状態）を形成することができ
る。

【００３６】このように、反強磁性層１１を、Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ’として、反強磁性層１１の大きな格子定数とする
手法等により、反強磁性層１１と第１の固定磁性層１４
との界面における原子配列を非整合状態とすれば、反強
磁性層１１と固定磁性層Ｐの交換結合磁界を、さらに強
固なものとできる。

【００３７】固定磁性層Ｐは、反強磁性層１１と接触し
て形成された第１の固定磁性層１２から順に、非磁性層
１３、第２の固定磁性層１４が積層された三層構造であ
る。

【００３８】第１の固定磁性層１２は、Ｃｏ系アモルフ
ァスの強磁性材料からなり、比抵抗が１００μΩ・ｃｍ
以上である。第１の固定磁性層１２は、Ｃｏの含有率が
７０原子％以上であり、２元系のものとして、Ｃｏ−Ｚ
ｒ、Ｃｏ−Ｈｆ、Ｃｏ−ＴｉＣｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔａ、
３元系のものとして、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ、４元系のものとし
て、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ−Ｂ（ただし、Ｔは、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ｔａのうち１種または２種以上の元素、Ｚは、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｔｉのうち１種または２種以上の元素であ
る）等を用いることができる。このような第１の固定磁
性層１２の膜厚は、１〜５ｎｍであることが好ましい。

【００３９】非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等の非磁性導電材料からなり、膜厚が
０．７〜１．０ｎｍであることが好ましい。

【００４０】第２の固定磁性層１４は、結晶質であるＣ
ｏ系の強磁性材料からなり、Ｃｏの含有率が５０原子％
以上である。結晶質であるＣｏ系の強磁性材料は、Ｃ
ｏ、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等
を用いることができる。このような第２の固定磁性層１
４の比抵抗は、１５〜３０μΩ・ｃｍ程度である。第２
の固定磁性層１４の膜厚は、第１の固定磁性層１２の膜
厚よりも厚く、３〜７ｎｍであることが好ましい。第１
の固定磁性層１２の膜厚の第２の固定磁性層１４の膜厚
に対する比は、０．３３〜０．９５、より好ましくは、
０．５３〜０．９５である。

【００４１】第１の固定磁性層１２は、反強磁性層１１
との界面に生じる交換磁気異方性磁界により、磁化の向
きが固定されている。第２の固定磁性層１４は、第１の
固定磁性層１２と非磁性層１３を介して磁気的に結合し
ており、第２の固定磁性層１４の磁化の向きは、第１の
固定磁性層１２の磁化の向きと反平行に固定されてい
る。

【００４２】このように、第１、第２の固定磁性層１
２、１４は、磁化の向きが互いに反平行であり、第２の
固定磁性層１４の単位面積あたりの磁気モーメントが、
第１の固定磁性層１２よりも大きい人工的なフェリ磁性
状態を形成している。図４中に示すように、第１の固定
磁性層１２の磁化の向きを＋ｚ方向、第２の固定磁性層
１４の磁化の向きを−ｚ方向とする。

【００４３】固定磁性層Ｐの磁化の向きは、反強磁性層
１１との強い交換異方性磁界により固定されており、外
部磁界や高い環境温度によっても変動することがない。
さらに、固定磁性層Ｐが人工的なフェリ磁性状態である
から、固定磁性層Ｐの磁化状態は、熱的により安定し
て、磁化の向きが変動することがない。固定磁性層Ｐの
フェリ磁性状態は、第１、第２の固定磁性層１２、１４
が、両方ともＣｏ系材料であり、第１の固定磁性層１２
がＣｏを７０原子％以上含有すると共に、第２の固定磁
性層１４がＣｏを５０原子％以上含有するので、安定し
たフェリ磁性状態を形成することができる。

【００４４】なお、第１、第２の固定磁性層１２、１４
がフェリ磁性状態を形成するとき、第２の固定磁性層１
４の膜厚は、第１の固定磁性層１２の膜厚よりも薄くて
も良い。このとき、第１の固定磁性層１２の膜厚は、３
〜７ｎｍであることが好ましく、一方、第２の固定磁性
層１４の膜厚は、第１の固定磁性層よりも薄く、１〜５
ｎｍであることが好ましく、第１の固定磁性層１２の膜
厚の第２の固定磁性層１４の膜厚に対する比が１．０５
〜３、より好ましくは、１．０５〜１．８である。

【００４５】このような固定磁性層Ｐの磁化状態は、反
強磁性層１１と固定磁性層Ｐの界面に熱拡散層を形成す
る磁場中熱処理工程において、印加磁界の大きさ、方向
により決められる。

【００４６】磁場中熱処理工程において、第１の固定磁
性層１２は、印加磁界方向に磁化されて、磁化の向きが
反強磁性層１１との交換異方性磁界により固定される。
このとき、第２の固定磁性層１４は、非磁性層１３を介
して第１の固定磁性層１２と磁気的に結合して、第１の
固定磁性層１２と反平行状態に磁化され、第２の固定磁
性層１４の磁化の向きは、第１の固定磁性層１２の磁化
の向きと反平行に固定される。

【００４７】非磁性導電層１５は、Ｃｕ等の良導電材料
からなり、固定磁性層Ｐとフリー磁性層Ｆの間に挟まれ
て、固定磁性層Ｐとフリー磁性層Ｆを磁気的に分離する
役割と、固定磁性層Ｐとの界面、及びフリー磁性層Ｆと
の界面において、伝導電子のスピンに依存した散乱を起
こしてＧＭＲ効果を発現させる役割と、センス電流の主
な経路としての役割を果たしており、膜厚は、１．５〜
４ｎｍに形成されている。

【００４８】フリー磁性層Ｆは、非磁性導電層１５上に
拡散防止層１７、軟磁性層１８が順次積層された二層構
造であり、３〜８ｎｍの膜厚に形成されている。

【００４９】軟磁性層１８は、ＮｉＦｅ合金からなり、
Ｆｅの含有率が０．１原子％から０．３原子％の間にお
いて、特に、低飽和磁化、低保磁力である優れた軟磁気
特性と、最適な磁歪特性が得られる。

【００５０】拡散防止層１７は、ＣｏやＣｏＦｅ合金か
らなり、軟磁性層１８のＮｉ原子が非磁性導電層１５に
相互拡散することを防いでおり、０．５ｎｍ以上の膜厚
が必要である。

【００５１】フリー磁性層Ｆの磁化は外部磁界（Ｈ）に
より回転する。フリー磁性層Ｆの磁化の回転は、軟磁性
層１８が主導的であり、拡散防止層１７の磁化は、軟磁
性層１８の磁化に追従して回転し、拡散防止層１７の磁
化の向きと軟磁性層１８の磁化の向きは一致する。拡散
防止層１７は、Ｃｏの保磁力が大きく、厚くしすぎると
フリー磁性層Ｆの磁化回転を阻害することになるので、
１ｎｍ程度とすることが好ましい。

【００５２】フリー磁性層Ｆの上には、Ｔａ、Ｃｒ等か
らなる保護層１９が形成されている。下地層２２、反強
磁性層１１、固定磁性層Ｐ、非磁性導電層１５、フリー
磁性層Ｆ、保護層１９が順次積層された積層体Ｃの両側
には、ハードバイアス層２１が積層体Ｃと接触して形成
されており、ハードバイアス層２１は、高保磁力である
永久磁石材料、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−
Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金等より成る。

【００５３】ハードバイアス層２１は、フリー磁性層Ｆ
に固定磁性層Ｐの磁化方向（ｚ方向）と垂直な方向（図
４に示すｘ方向）にバイアス磁界を印加する役割を果た
している。フリー磁性層Ｆは、磁気異方性分散が抑制さ
れているので、外部磁界がないとき、ｘ方向に印加され
たバイアス磁界によって、ｘ方向に揃えられている。ハ
ードバイアス層２１は、フリー磁性層Ｆの両側に設けら
れているので、フリー磁性層Ｆにバイアス磁界を効率良
く印加することができる。

【００５４】電極層２０は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｒ
ｈ、Ｉｒから選ばれる１種またはそれ以上からなる単層
膜、もしくは多層膜に形成されており、積層体Ｃの両側
で、ハードバイアス層２１上に形成されている。

【００５５】積層体Ｃには、両側の電極層２０から、固
定磁性層Ｐの磁化方向と直交する方向（ｘ方向）に、セ
ンス電流が印加される。また、センス電流が印加される
向き（図４に示す＋ｘ方向）は、センス電流により生じ
る磁界（センス電流磁界）の向きが、第１の固定磁性層
１２の位置で、第１の固定磁性層１２の磁化の向きと一
致するようになっている。このようなセンス電流磁界に
よって、固定磁性層Ｐの磁化状態は、熱的により安定し
たものになっている。

【００５６】センス電流は、第１の固定磁性層１２の比
抵抗が１００μΩ・ｃｍ以上であるから、第１の固定磁
性層１２には殆ど流入することなく、主に、積層体Ｃの
うち最も電気抵抗の低い非磁性導電層１５、及び固定磁
性層Ｐのうち第２の固定磁性層１４、フリー磁性層Ｆを
流れる。このようなセンス電流中心は、非磁性導電層１
５の中心にほぼ一致している。

【００５７】フリー磁性層Ｆの位置では、センス電流磁
界が−ｚ方向に印加されるが、センス電流中心は、固定
磁性層Ｐ側にズレることなく非磁性導電層１５のほぼ中
心に一致しておりフリー磁性層Ｆに近接しているので、
フリー磁性層Ｆには、ｚ方向のセンス電流磁界の影響が
比較的少ない。

【００５８】次に、第１の実施の形態のスピンバルブ型
薄膜磁気素子が、外部磁界を検出するときを説明する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子に外部磁界が印加される
と、フリー磁性層Ｆの磁化の向きは、外部磁界の向きと
平行に近づくように回転する。

【００５９】このとき、フリー磁性層Ｆには、センス電
流磁界は外部磁界に比べて小さいので、フリー磁性層Ｆ
は、外部磁界のみを検知することができる。

【００６０】フリー磁性層Ｆは、磁化の向きがバイアス
磁界により揃えられており、磁化の向きが回転するとき
に、磁区の乱れを伴わないので、バルクハウゼンノイズ
を生じることがない。

【００６１】また、フリー磁性層Ｆの軟磁性層１８は、
ＮｉＦｅ合金が軟磁気特性に優れ低保磁力であるから、
フリー磁性層Ｆの磁化は、外部磁界の変化に速やかに対
応して、回転することができる。

【００６２】フリー磁性層Ｆの磁化が回転すると、ＧＭ
Ｒ（Giant Magnetoresistive)効果によって、積層体Ｃ
を挟む電極層２０間の電気抵抗値（Ｒ）が変化する。以
下、ＧＭＲ効果について説明する。

【００６３】ＧＭＲ効果は、センス電流の伝導電子が、
非磁性導電層１５とフリー磁性層Ｆの界面、及び非磁性
導電層１５と固定磁性層Ｐの界面において、スピンの向
きによって散乱される確率が異なるスピン依存性散乱に
よるものである。

【００６４】図６に示すように、外部磁界の向きが−ｚ
方向であり、フリー磁性層Ｆの磁化と、第２の固定磁性
層１４の磁化（以下、固定磁化）の向きが平行である場
合において、センス電流の伝導電子が、非磁性導電層１
５側からフリー磁性層Ｆとの界面に入射したとき、down
スピンでは散乱される確率が高く、upスピンでは散乱さ
れる確率が低くなる。（スピン依存性散乱）

【００６５】即ち、センス電流の伝導電子は、upスピン
に関して、非磁性導電層１５とフリー磁性層Ｆの界面で
散乱されることなくフリー磁性層Ｆに入射する確率が高
い。

【００６６】一方、図７に示すように、外部磁界の向き
が＋ｚ方向であり、フリー磁性層Ｆの磁化と、固定磁化
の向きが反平行である場合において、センス電流の伝導
電子は、非磁性導電層１５側からフリー磁性層Ｆとの界
面に入射したとき、downスピン、upスピンともに、散乱
される確率が高く、フリー磁性層Ｆに入射することがで
きない。

【００６７】このように、センス電流の伝導電子は、フ
リー磁性層Ｆの磁化と固定磁化の向きが平行であると
き、upスピンがフリー磁性層Ｆを通り抜けて、フリー磁
性層Ｆと保護層１９の界面に至るので、平均自由行程が
長く、一方、フリー磁性層Ｆの磁化と固定磁化の向きが
反平行であるとき、upスピンもdownスピンも非磁性導電
層１５とフリー磁性層Ｆの界面を通り抜けることが出来
ないので、平均自由行程が短い。

【００６８】よって、外部磁界の向きが−ｚ方向である
とき、ｕｐスピン電子の平均自由行程が長いので、電極
層２０間の電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界がないときの電
気抵抗（Ｒ０）に比べて低くなり、一方、外部磁界の向
きが＋ｚ方向であるとき、ｕｐスピン、downスピン電子
両方の平均自由行程が短いので、電極層２０間の電気抵
抗（Ｒ）は、外部磁界がないときの電気抵抗（Ｒ０）に
比べて高くなる。（ＧＭＲ効果）

【００６９】図８のグラフは、外部磁界（Ｈ）と、電極
層２０間の電気抵抗（Ｒ）との関係を示している。図６
に示すように、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電
流磁界の向き）に印加されたとき、電極層２０間の電気
抵抗（Ｒ）は、外部磁界がないときの電気抵抗（Ｒ０）
から減少する。電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大
きさの増加に従って線形的に減少し、外部磁界（Ｈ）の
大きさがバイアス磁界の大きさとフリー磁性層Ｆの特性
により定まる値（Ｈs）以上になると、電気抵抗（Ｒ）
は、一定の値（Ｒ２）となる。

【００７０】一方、図７に示すように、外部磁界（Ｈ）
が＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加
されたとき、電極層２０間の電気抵抗（Ｒ）は、外部磁
界がないときの電気抵抗（Ｒ０）から増加する。電気抵
抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って、
線形的に増加して、外部磁界（Ｈ）の大きさがバイアス
磁界の大きさとフリー磁性層Ｆの特性により定まる値
（Ｈs）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は、一定の値
（Ｒ１）となる。

【００７１】外部磁界（Ｈ）の大きさ（絶対値）が同じ
であれば、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電流磁
界の向き）と＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平
行）に印加されたとき、それぞれの電気抵抗（Ｒ）は、
外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の電気抵抗（Ｒ０）から
の変化量（ΔＲ）の大きさが等しくなっている。

【００７２】このようなＧＭＲ効果による電気抵抗
（Ｒ）の変化は、電極層２０間の出力電圧（Ｖ）として
取り出される。外部磁界（Ｈ）の大きさ（絶対値）が等
しいとき、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電流磁
界の向き）に印加されたときの出力電圧（Ｖ１）と、外
部磁界（Ｈ）が＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反
平行）に印加されたときの出力電圧（Ｖ２）は、それぞ
れ外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の出力電圧（Ｖ０）か
らの変化量（ΔＶ）の大きさが等しく、出力電圧（Ｖ
１、Ｖ２）は、外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の出力電
圧（Ｖ０）に関して対称になっている。対称な出力電圧
波形では、デジタル信号処理がし易い。

【００７３】一方、従来のようにセンス電流磁界の影響
が大きい場合、図１０に示すように、外部磁界（Ｈ）が
−ｚの向き（センス電流磁界の向き）に印加されたと
き、電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加
に従って線形的に減少し、外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈ
s２）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は一定の値（Ｒ
４）となる。また、外部磁界（Ｈ）が＋ｚの向き（セン
ス電流磁界の向きに反平行）に印加されたとき、電気抵
抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線
形的に増加し、外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈs１）以上
になると、電気抵抗（Ｒ）は、一定の値（Ｒ３）とな
る。

【００７４】このとき、センス電流磁界の向きに平行な
外部磁界の一定値（Ｈｓ２）は、センス電流磁界の影響
によって、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の
一定値（Ｈｓ１）よりも小さく、センス電流磁界の向き
に平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ２）に対応する電気抵
抗（Ｒ４）は、外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の電気抵
抗（Ｒ０）からの変化が、センス電流磁界の向きに反平
行な外部磁界の一定値（Ｈｓ１）に対応する電気抵抗
（Ｒ３）よりも小さい。

【００７５】よって、等しい大きさ（絶対値）の外部磁
界（Ｈ）が、それぞれ−ｚの向き（センス電流磁界の向
き）と＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に
印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、＋ｚの向き（セン
ス電流磁界の向きに反平行）に印加された外部磁界
（Ｈ）に対して、より大きく変化する。

【００７６】このような外部磁界（Ｈ）と電気抵抗
（Ｒ）の関係では、出力電圧波形に非対称性（Asymmetr
y−Plus）を生じて、デジタル信号処理上好ましくな
い。また、センス電流磁界が＋ｚの向きである場合に
も、外部磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係は、図１１
に示すようになり、出力電圧波形に非対称性（Asymmetr
y−Minus）を生じる。

【００７７】また、ＧＭＲ効果に寄与しない第１の固定
磁性層１２の比抵抗が高いと、第１の固定磁性層１２へ
のセンス電流の分流が少なく、より多くのセンス電流
を、ＧＭＲ効果に寄与する第２の固定磁性層１４、非磁
性導電層１５、フリー磁性層Ｆに流すことができる。Ｇ
ＭＲ効果に寄与しない層へのセンス電流の分流（シャン
トロス）が少ないと、ＧＭＲ効果による抵抗変化（Δ
Ｒ）が向上し、ＧＭＲ効果による抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）が向上して、信頼性の高い外部磁界の検出を行うこ
とができる。

【００７８】さらに、反強磁性層１１の比抵抗を２００
μΩ・ｃｍ以上として、且つ、反強磁性層１１の膜厚を
１５ｎｍ以下にすると、反強磁性層１１へのシャントロ
スも抑制することができる。比抵抗が２００μΩ・ｃｍ
以上である反強磁性層１１の製造方法は、反強磁性層１
１を成膜後アニールして、反強磁性層１１の結晶構造を
変化させる。

【００７９】さらに、絶縁層４と反強磁性層１１の界面
状態が良好であり、密着性の確保ができれば、下地層２
２をなくすことにより、下地層２２へのシャントロスも
なくすことができる。

【００８０】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。本発明の第２の実施の形態は、図５に示すように、
固定磁性層Ｐの第１の固定磁性層１２は、反強磁性層１
１側の部分がＣｏ系アモルファスからなる第１層１２ａ
であり、非磁性層１３との界面部分が、第２の固定磁性
層１４と同じ結晶質のＣｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉＦ
ｅ合金、ＣｏＮｉ合金からなる第２層１２ｂとなってい
る。このような第２の実施の形態は、固定磁性層Ｐ以外
は、第１の実施の形態と同様である。

【００８１】第１、第２の固定磁性層１２、１４の非磁
性層１３を介した磁気的な結合は、第１、第２の固定磁
性層１２、１４の非磁性層１３との界面部分に生じるの
で、第１の固定磁性層１２の非磁性層１３との界面部分
である第２層１２ｂを第２の固定磁性層１４と同じ結晶
質のＣｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ
合金等の材料とすることにより、第１の固定磁性層１２
全体をＣｏ系アモルファス合金とするよりも第１、第２
の固定磁性層１２、１４の磁気的な結合が強くなり、固
定磁性層Ｐの磁化方向が安定する。このとき、第２層１
２ｂは、膜厚が厚いと第１の固定磁性層１２の電気抵抗
が低下する。第１、第２の固定磁性層１２、１４の磁気
結合の向上を得るためには、第２層１２ｂの膜厚は、
０．３ｎｍ以上あれば十分である。

【００８２】次に、このような本発明のスピンバルブ型
薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドを説明する。本発明の
薄膜磁気ヘッドは、図１のように、セラミックスからな
る矩形状のスライダ６１のヘッド形成面６１ａ上に形成
されている。スライダ６１は、ヘッド形成面６１ａと略
垂直な磁気ディスク対向面６１ｂを有している。

【００８３】本発明の薄膜磁気ヘッドは、複合磁気ヘッ
ドである場合、図２、３に示すように、スライダ６１の
ヘッド形成面６１ａ上に、再生部ｈ１と記録部ｈ２とが
積層して形成されている。再生部ｈ１において、本発明
のスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、パーマロイ等の軟
磁性材料からなる上部、下部シールド層２、３間に、絶
縁層４を介して挟持されている。

【００８４】再生部ｈ１上に積層された記録部ｈ２は、
上部シールド層２と兼用される下部コア層と、上部シー
ルド層２上に形成された無機絶縁材料からなる磁気ギャ
ップ層８と、磁気ギャップ層８上に無機絶縁層５を介し
て形成され、スパイラル状であるコイル層９と、コイル
層９を覆う有機絶縁層７と、有機絶縁層７上からコイル
層９を覆うパーマロイ等の軟磁性材料からなる上部コア
層１０とを有し、上部コア層１０は、スライダ６１の磁
気ディスク対向面６１ｂ側において、磁気ギャップ層８
表面に接触して形成され、上部シールド層２と、磁気ギ
ャップ層８を挟持している。また、上部コア層１０は、
コイル層９の巻き中心部近傍において、上部シールド層
２と接続されている。

【００８５】なお、上記薄膜磁気ヘッドでは、再生部ｈ
１と記録部ｈ２を備えた複合型ヘッドを説明したが、記
録部ｈ２を形成せず、再生部ｈ１のみの再生専用ヘッド
でも良い。

【００８６】次に、このような薄膜磁気ヘッドがハード
磁気ディスク装置に搭載されて、記録磁界の検出を行う
場合を説明する。ハード磁気ディスク装置には、記録磁
化パターンが付与された記録媒体である磁気ディスク
（図示せず）が内蔵されており、スライダ６１は、磁気
ディスクの記録磁化パターンが付与された面に、磁気デ
ィスク対向面６１ｂが対向するように取り付けられてい
る。

【００８７】再生ヘッド部ｈ１には、磁気ディスクから
の漏れ磁界が、磁気ディスク対向面６１ｂと直交する方
向（図３に示すハイト方向）に印加される。

【００８８】このとき、上部シールド層３と下部シール
ド層２間以外の漏れ磁界は、下部、上部シールド層２、
３に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子１に検出
されることがなく、スピンバルブ型薄膜磁気素子１は、
上部シールド層３と下部シールド層２間の漏れ磁界のみ
を検出することができる。

【００８９】磁気ディスクから漏れる磁界の向きは、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子１が、図４に示す本発明の第
１の実施の形態である場合、固定磁性層Ｐの第２の固定
磁性層１４の磁化の向き（図４に示す−ｚ方向）と、平
行、或いは反平行になっている。

【００９０】磁気ディスクが回転すると、上部シールド
層３と下部シールド層２間に現れる磁気ディスクの漏れ
磁界は変化して、漏れ磁界の変化は、スピンバルブ型薄
膜磁気素子１のＧＭＲ効果による抵抗変化（ΔＲ）とし
て検出される。

【００９１】ハード磁気ディスク装置の高密度記録化に
伴って、検出感度を上げるために、センス電流密度が増
大する傾向があるが、スピンバルブ型薄膜磁気素子１
は、固定磁性層Ｐの磁化状態は、センス電流の発熱によ
って変動することがなく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッド
とすることができる。

【００９２】また、漏れ磁界の向きが磁気ディスクから
薄膜磁気ヘッドに向かう向きとその反対とで、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子１の出力電圧（Ｖ）は、漏れ磁界が
ないときの出力電圧（Ｖ０）に関して対称になる。出力
電圧（Ｖ）が対称であればデジタル信号処理しやすいの
で、読みとりエラーが発生することがなく、信頼性の高
い薄膜磁気ヘッドとすることができる。

【００９３】さらに、スピンバルブ型薄膜磁気素子１
は、センス電流のシャントロスが抑制されているので、
ＧＭＲ効果による抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が高く、信頼
性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。

【００９４】

【発明の効果】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、固定磁性層が、反強磁性層側から第１の固定磁性
層、非磁性層、第２の固定磁性層が順次積層された３層
構造で、第１、第２の固定磁性層が非磁性層を介して磁
気的に結合した人工的フェリ磁性状態を形成しており、
前記第１の固定磁性層は、前記第２の固定磁性層よりも
比抵抗が高い。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子
では、固定磁性層の磁化状態が熱的に安定しており、且
つ、比抵抗の高い第１の固定磁性層には、センス電流が
分流し難く、センス電流中心は、第１の固定磁性層側に
ズレることがない。よって、センス電流中心は、非磁性
導電層のほぼ中心に一致するので、フリー磁性層には、
センス電流により生じる磁界の影響が比較的小さく、Ｇ
ＭＲ効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きが
フリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であ
るときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極層
間の出力電圧が対称となり、出力電圧波形のデジタル信
号処理がし易くなる。

【００９５】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
固定磁性層が、反強磁性層側から第１の固定磁性層、非
磁性層、第２の固定磁性層が順次積層された３層構造
で、第１、第２の固定磁性層が非磁性層を介して磁気的
に反平行に結合した人工的フェリ磁性状態を形成してお
り、第１の固定磁性層は、反強磁性層と接触する第１層
と、前記非磁性層と接触して、前記第２の固定磁性層と
同じ材料からなる第２層とを有し、前記第１層は、前記
第２層や第２の固定磁性層よりも比抵抗が高い。このよ
うなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、固定磁性層の磁
化状態が熱的に安定しており、且つ、比抵抗の高い第１
の固定磁性層には、センス電流が分流し難く、センス電
流中心は、第１の固定磁性層側にズレることがない。よ
って、センス電流中心は、非磁性導電層のほぼ中心に一
致するので、フリー磁性層には、センス電流により生じ
る磁界の影響が比較的少なく、ＧＭＲ効果による抵抗変
化の大きさは、外部磁界の向きがフリー磁性層における
センス電流磁界の向きと平行であるときと反平行である
ときで、ほぼ等しくなり、電極層間の出力電圧は対称に
なるので、出力電圧波形のデジタル信号処理がし易くな
る。さらに、第１の固定磁性層は、非磁性層を介して第
２の固定磁性層と磁気的に結合する第２層が、第２の固
定磁性層と同じ材料であるので、第１の固定磁性層と第
２の固定磁性層は、磁気的に反平行に結合しやすく、固
定磁性層の磁化状態を、より安定した人工的フェリ磁性
状態とすることができる。

【００９６】本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記いずれか
に記載のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からな
る一対のシールド層間に設けられている。このような薄
膜磁気ヘッドでは、シールド層間以外の磁界がシールド
層に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子は、シー
ルド層間に現れた磁界のみを検知することができる。ま
た、磁界の向きが媒体から薄膜磁気ヘッドに向かう向き
とその反対とで、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力電
圧は、漏れ磁界がないときの出力電圧に関して対称にな
る。出力電圧が対称であればデジタル信号処理しやすい
ので、読みとりエラーが発生することがなく、信頼性の
高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜磁気ヘッドが形成されたスライダ
を示す説明図。

【図２】本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の概略図。

【図３】本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の断面図。

【図４】本発明のスピンバルブ型素子の第１の実施の形
態の説明図。

【図５】本発明のスピンバルブ型素子の第２の実施の形
態の説明図。

【図６】ＧＭＲ効果の説明図。

【図７】ＧＭＲ効果の説明図。

【図８】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵
抗と外部磁界の関係を示すグラフ。

【図９】従来のスピンバルブ型素子の説明図。

【図１０】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵
抗と外部磁界の関係を示すグラフ。

【図１１】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵
抗と外部磁界の関係を示すグラフ。

【符号の説明】 Ｐ 固定磁性層 Ｆ フリー磁性層 １ スピンバルブ型薄膜磁気素子 ２ 上部シールド層 ３ 下部シールド層 １１ 反強磁性層 １２ 第１の固定磁性層 １２ａ 第１層 １２ｂ 第２層 １３ 非磁性層 １４ 第２の固定磁性層 １５ 非磁性導電層 １７ 拡散防止層 １８ 軟磁性層

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積
   層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を
   介して対向するフリー磁性層とを有する積層体と、該積
   層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前記固
   定磁性層は、強磁性材料からなる第１の固定磁性層が前
   記反強磁性層と接触して、前記第１の固定磁性層、非磁
   性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第２の固
   定磁性層が順次積層して形成され、前記第１の固定磁性
   層は、前記第２の固定磁性層よりも比抵抗が高く、前記
   固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層との磁気的結
   合により磁化の向きが揃えられると共に固定されて、前
   記第１、第２の固定磁性層が、前記非磁性層を挟んで、
   人工的なフェリ磁性状態を形成していることを特徴とす
   るスピンバルブ型薄膜磁気素子。
2. 【請求項２】前記第１の固定磁性層は、Ｃｏ系アモルフ
   ァス合金であり、前記第２の固定磁性層は、Ｃｏ、或い
   はＣｏ系合金からなることを特徴とする請求項１記載の
   スピンバルブ型薄膜磁気素子。
3. 【請求項３】反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積
   層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を
   介して対向するフリー磁性層とを有する積層体と、該積
   層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前記固
   定磁性層は、強磁性材料からなる第１の固定磁性層が前
   記反強磁性層と接触して、前記第１の固定磁性層、非磁
   性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第２の固
   定磁性層が順次積層して形成され、前記第１の固定磁性
   層は、前記第２の固定磁性層よりも比抵抗が高い第１層
   と、前記第２の固定磁性層と同じ材料からなる第２層と
   を備えて、前記第１層が前記反強磁性層に接触して形成
   されると共に、前記第２層が前記非磁性層に接触して形
   成されて、前記第１の固定磁性層の磁化状態は、前記反
   強磁性層との磁気的結合により磁化の向きが揃えられる
   と共に固定されて、前記第１、第２の固定磁性層が、前
   記非磁性層を挟んで反平行に結合し、人工的なフェリ磁
   性状態を形成していることを特徴とするスピンバルブ型
   薄膜磁気素子。
4. 【請求項４】前記第１の固定磁性層の前記第１層は、Ｃ
   ｏ系アモルファス合金であり、前記第１の固定磁性層の
   前記第２層と前記第２の固定磁性層は、結晶質のＣｏ、
   或いはＣｏ系合金であることを特徴とする請求項３記載
   のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
5. 【請求項５】前記Ｃｏ系アモルファス合金は、比抵抗が
   １００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項２
   または４に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
6. 【請求項６】前記Ｃｏ系アモルファス合金は、Ｃｏ−Ｚ
   ｒ、Ｃｏ−Ｈｆ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔ
   ａ、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ−Ｂのいずれかで、Ｔ
   は、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉか
   ら選ばれる１種または２種以上の元素であり、前記Ｃｏ
   系合金は、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ
   合金のいずれかであることを特徴とする請求項２または
   ４、または５記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
7. 【請求項７】前記Ｃｏ系アモルファス合金は、Ｃｏを７
   ０原子％以上含有しており、前記Ｃｏ系合金は、Ｃｏを
   ５０原子％以上含有していることを特徴とする請求項
   ２、または４乃至６のいずれかに記載のスピンバルブ型
   薄膜磁気素子。
8. 【請求項８】前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
   ｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれかであることを特徴とする請求
   項２、または４乃至７のいずれかに記載のスピンバルブ
   型薄膜磁気素子。
9. 【請求項９】前記積層体には、一対の前記電極層からセ
   ンス電流が印加されており、該センス電流により生じる
   磁界の向きは、前記第１の固定磁性層の位置で、前記第
   １の固定磁性層の磁化の向きに一致していることを特徴
   とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスピンバルブ
   型薄膜磁気素子。
10. 【請求項１０】前記反強磁性層は、元素ＸとＭｎを含有
    する合金からなり、元素Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
    ｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元
    素であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに
    記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
11. 【請求項１１】前記反強磁性層と固定磁性層の界面構造
    は、結晶学的な非整合状態であることを特徴とする請求
    項１０記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
12. 【請求項１２】前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’合金
    からなり、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ
    のうちいずれか１種または２種以上の元素であり、Ｘ’
    は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃ
    ｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
    ｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、
    Ｐｂ、及び希土類のうち１種または２種以上の元素であ
    り、Ｘ−Ｍｎ空間格子の隙間に元素Ｘ’が侵入している
    か、Ｘ−Ｍｎ結晶格子の一部が元素Ｘ’に置換されてい
    ることを特徴とする請求項１１記載のスピンバルブ型薄
    膜磁気素子。
13. 【請求項１３】前記反強磁性層の比抵抗が２００μΩ・
    ｃｍ以上であり、且つ、前記反強磁性層の膜厚が８乃至
    １５ｎｍであることを特徴とする請求項９乃至１２のい
    ずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
14. 【請求項１４】前記反強磁性層は、絶縁層上に直接形成
    されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれ
    かに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
15. 【請求項１５】前記請求項１乃至１４のいずれかに記載
    のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からなる一対
    のシールド層間に設けられていることを特徴とする薄膜
    磁気ヘッド。