JPH0778316A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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- JPH0778316A JPH0778316A JP5221663A JP22166393A JPH0778316A JP H0778316 A JPH0778316 A JP H0778316A JP 5221663 A JP5221663 A JP 5221663A JP 22166393 A JP22166393 A JP 22166393A JP H0778316 A JPH0778316 A JP H0778316A
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】高出力を得ることができ、磁気ヘッド等に用い
ることができる磁気抵抗効果素子の提供。 【構成】ソフトバイアス膜5 上の磁気分離膜4 の上
に、NiFeの層1 とCuの層2 とが交互に積層された磁気抵
抗効果素子であって、NiFeの層1 とCuの層2 は、それぞ
れ 1.0〜2.0nm および1.5 〜2.5nm の厚さで、層面と平
行な一方向磁場中において５〜25回積層され、素子の幅
（Ｗ）が１〜５μm である磁気抵抗効果素子。層面と
平行な一方向磁場中においてNiFeの層1 とCuの層2 とが
交互に積層された磁気抵抗効果素子であって、NiFeの層
1 とCuの層2 はそれぞれ 1.0〜2.0nm および1.5〜2.5nm
の厚さで５〜25回積層され、素子の幅は２〜５μm で
あり、素子の長さと素子の幅の比（素子の長さ／素子の
幅）が５〜100 である磁気抵抗効果素子。
ることができる磁気抵抗効果素子の提供。 【構成】ソフトバイアス膜5 上の磁気分離膜4 の上
に、NiFeの層1 とCuの層2 とが交互に積層された磁気抵
抗効果素子であって、NiFeの層1 とCuの層2 は、それぞ
れ 1.0〜2.0nm および1.5 〜2.5nm の厚さで、層面と平
行な一方向磁場中において５〜25回積層され、素子の幅
（Ｗ）が１〜５μm である磁気抵抗効果素子。層面と
平行な一方向磁場中においてNiFeの層1 とCuの層2 とが
交互に積層された磁気抵抗効果素子であって、NiFeの層
1 とCuの層2 はそれぞれ 1.0〜2.0nm および1.5〜2.5nm
の厚さで５〜25回積層され、素子の幅は２〜５μm で
あり、素子の長さと素子の幅の比（素子の長さ／素子の
幅）が５〜100 である磁気抵抗効果素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度記録媒体の読み
出し（再生）に利用される多層膜を用いた磁気抵抗効果
素子に関するものである。
出し（再生）に利用される多層膜を用いた磁気抵抗効果
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁気記録の高密度化に伴い、再生用磁気
ヘッドあるいは磁気エンコーダに用いられる磁気抵抗効
果素子として、現在実用化されているパーマロイ（登録
商標）の磁気抵抗変化率（約２％）を上回る素子が求め
られている。
ヘッドあるいは磁気エンコーダに用いられる磁気抵抗効
果素子として、現在実用化されているパーマロイ（登録
商標）の磁気抵抗変化率（約２％）を上回る素子が求め
られている。
【０００３】最近、強磁性金属層と非強磁性金属層を交
互に積層した多層膜が大きな磁気抵抗効果を示すことが
発見され、磁気抵抗効果素子に利用できるものと期待さ
れている。例えば、特開平４−339309号公報にはCoとCu
あるいはCoとMn等の多層膜が開示されている。また中谷
らによるIEEE Transactions on Magnetics，Vol.28，N
o.5，2668の報告には低磁場中で５〜20％の大きな磁気
抵抗変化率を持つNiFeとCuの多層膜が開示されている。
互に積層した多層膜が大きな磁気抵抗効果を示すことが
発見され、磁気抵抗効果素子に利用できるものと期待さ
れている。例えば、特開平４−339309号公報にはCoとCu
あるいはCoとMn等の多層膜が開示されている。また中谷
らによるIEEE Transactions on Magnetics，Vol.28，N
o.5，2668の報告には低磁場中で５〜20％の大きな磁気
抵抗変化率を持つNiFeとCuの多層膜が開示されている。
【０００４】このNiFeとCuの多層膜を使用した磁気抵抗
効果素子は各層の膜厚、積層回数、素子の形状によって
磁気特性や磁気抵抗効果特性の大きな変化が予想される
が、実際の装置（磁気ヘッド等）に組み込んで使用する
際の出力に有効に作用する多層膜の膜厚、積層回数およ
び素子の形状、あるいは横バイアス印加機構を必要とし
ない素子の形状等について未だ明確になっていない。
効果素子は各層の膜厚、積層回数、素子の形状によって
磁気特性や磁気抵抗効果特性の大きな変化が予想される
が、実際の装置（磁気ヘッド等）に組み込んで使用する
際の出力に有効に作用する多層膜の膜厚、積層回数およ
び素子の形状、あるいは横バイアス印加機構を必要とし
ない素子の形状等について未だ明確になっていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、実際
の装置（磁気ヘッド等）に組み込んで使用する際に動作
が可能で高出力を得ることができるNiFeとCuの多層膜を
用いた磁気抵抗効果素子を提供することにある。
の装置（磁気ヘッド等）に組み込んで使用する際に動作
が可能で高出力を得ることができるNiFeとCuの多層膜を
用いた磁気抵抗効果素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、NiFeの層
とCuの層とからなる多層膜を用いた磁気抵抗効果素子に
おいて、NiFeとCuの各膜厚、積層回数、素子の幅を適正
に選び、NiFeおよびCuの層を積層する際に印加した一方
向磁場が素子の幅方向と垂直な場合には、横バイアス膜
を付加することによって、またNiFeおよびCuの層を積層
する際に印加した一方向磁場が素子の幅方向と平行な場
合には、素子の長さと素子の幅の比を適正に選択して自
己バイアス効果を付与することによって、高出力の磁気
抵抗効果素子を得ることができることを確認した。
とCuの層とからなる多層膜を用いた磁気抵抗効果素子に
おいて、NiFeとCuの各膜厚、積層回数、素子の幅を適正
に選び、NiFeおよびCuの層を積層する際に印加した一方
向磁場が素子の幅方向と垂直な場合には、横バイアス膜
を付加することによって、またNiFeおよびCuの層を積層
する際に印加した一方向磁場が素子の幅方向と平行な場
合には、素子の長さと素子の幅の比を適正に選択して自
己バイアス効果を付与することによって、高出力の磁気
抵抗効果素子を得ることができることを確認した。
【０００７】すなわち本発明の要旨は次のおよびの
磁気抵抗効果素子にある。図１および図２はそれぞれ
およびの本発明の磁気抵抗効果素子の斜視図である。
磁気抵抗効果素子にある。図１および図２はそれぞれ
およびの本発明の磁気抵抗効果素子の斜視図である。
【０００８】ソフトバイアス膜５上の磁気分離膜４の
上に、NiFeの層１とCuの層２とが交互に積層された磁気
抵抗効果素子であって、NiFeの層とCuの層は、それぞれ
1.0〜2.0nm および1.5 〜2.5nm の厚さで、層面と平行
な一方向磁場中において５〜25回積層され、素子の幅
（図１のＷ）が１〜５μm であることを特徴とする磁気
抵抗効果素子。
上に、NiFeの層１とCuの層２とが交互に積層された磁気
抵抗効果素子であって、NiFeの層とCuの層は、それぞれ
1.0〜2.0nm および1.5 〜2.5nm の厚さで、層面と平行
な一方向磁場中において５〜25回積層され、素子の幅
（図１のＷ）が１〜５μm であることを特徴とする磁気
抵抗効果素子。
【０００９】ただし、素子の幅とは上記のNiFeおよびCu
の層を積層する際に印加した一方向磁場（図１のＨ）の
方向と垂直な方向の長さである。
の層を積層する際に印加した一方向磁場（図１のＨ）の
方向と垂直な方向の長さである。
【００１０】図１は、本発明の磁気抵抗効果素子の一例
としてソフトバイアス膜にCoZrMoバイアス膜を使用し、
磁気分離膜としてTiを使用したものを示してある。
としてソフトバイアス膜にCoZrMoバイアス膜を使用し、
磁気分離膜としてTiを使用したものを示してある。
【００１１】層面と平行な一方向磁場中においてNiFe
の層１とCuの層２とが交互に積層された磁気抵抗効果素
子であって、NiFeの層とCuの層はそれぞれ 1.0〜2.0nm
および1.5 〜2.5nm の厚さで５〜25回積層され、素子の
幅（図２のＷ）は２〜５μm であり、素子の長さ（図２
のＬ）と素子の幅（図２のＷ）の比（Ｌ／Ｗ）が５〜10
0 であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
の層１とCuの層２とが交互に積層された磁気抵抗効果素
子であって、NiFeの層とCuの層はそれぞれ 1.0〜2.0nm
および1.5 〜2.5nm の厚さで５〜25回積層され、素子の
幅（図２のＷ）は２〜５μm であり、素子の長さ（図２
のＬ）と素子の幅（図２のＷ）の比（Ｌ／Ｗ）が５〜10
0 であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【００１２】ただし、素子の幅とは上記のNiFeおよびCu
の層を積層する際に印加した一方向磁場（図２のＨ）の
方向と平行な方向の長さである。
の層を積層する際に印加した一方向磁場（図２のＨ）の
方向と平行な方向の長さである。
【００１３】素子の長さ（図１および図２のＬ）および
素子の幅（図１および図２のＷ）とは、上記素子の積層
面において（素子の長さ）＞（素子の幅）を満たす互い
に垂直な２辺によって構成される層面の各辺の大きさの
ことである。
素子の幅（図１および図２のＷ）とは、上記素子の積層
面において（素子の長さ）＞（素子の幅）を満たす互い
に垂直な２辺によって構成される層面の各辺の大きさの
ことである。
【００１４】図１および図２において、NiFeの層とCuの
層の積層回数は略して示してある。
層の積層回数は略して示してある。
【００１５】本発明においてNiFeとはNiとFeの２元合金
を意味している。
を意味している。
【００１６】
【作用】本発明者らはNiFeとCuの多層膜を有する磁気抵
抗効果素子の磁気特性と磁気抵抗効果特性は、素子を構
成する各層の厚さ、積層回数および素子の幅に大きく依
存することを見出した。さらに素子の長さと素子の幅の
比および素子の幅方向を適切に選ぶことで横バイアス印
加機構を必ずしも付加する必要がない素子を開発した。
抗効果素子の磁気特性と磁気抵抗効果特性は、素子を構
成する各層の厚さ、積層回数および素子の幅に大きく依
存することを見出した。さらに素子の長さと素子の幅の
比および素子の幅方向を適切に選ぶことで横バイアス印
加機構を必ずしも付加する必要がない素子を開発した。
【００１７】本発明の磁気抵抗効果素子のNiFeの層およ
びCuの層の各層の厚さはそれぞれ1.0 〜 2.0nm、1.5 〜
2.5nm とする。NiFeとCuの多層膜において磁性層である
NiFeどうしが反強磁性的な結合を行う場合、素子が良好
な軟磁気特性を有しかつ大きな磁気抵抗変化率を示すの
は、Cuの各層の厚さが1.5 〜2.5nm の範囲でかつNiFeの
各層の厚さが1.0 〜2.0nm の範囲である。
びCuの層の各層の厚さはそれぞれ1.0 〜 2.0nm、1.5 〜
2.5nm とする。NiFeとCuの多層膜において磁性層である
NiFeどうしが反強磁性的な結合を行う場合、素子が良好
な軟磁気特性を有しかつ大きな磁気抵抗変化率を示すの
は、Cuの各層の厚さが1.5 〜2.5nm の範囲でかつNiFeの
各層の厚さが1.0 〜2.0nm の範囲である。
【００１８】NiFeの層およびCuの層の積層回数は５〜25
回とする。５回未満では磁気抵抗効果が低すぎる。一
方、25回を超えて積層されていても、磁気抵抗効果率が
増加しない上に膜厚の増加によって素子の分解能は低下
してしまう。
回とする。５回未満では磁気抵抗効果が低すぎる。一
方、25回を超えて積層されていても、磁気抵抗効果率が
増加しない上に膜厚の増加によって素子の分解能は低下
してしまう。
【００１９】NiFeの層とCuの層は層面と平行な例えば 1
00Ｏｅ程度の一方向磁場中で交互に積層されている。図
１および図２のＨはCuの層２とNiFeの層１の積層時に印
加した一方向磁場を示している。Ｈは層面に平行であ
る。また素子の幅Ｗは図１では積層時に印加した一方向
磁場Ｈと垂直の方向の長さであり、図２の素子では印加
した一方向磁場Ｈと平行の方向の長さである。
00Ｏｅ程度の一方向磁場中で交互に積層されている。図
１および図２のＨはCuの層２とNiFeの層１の積層時に印
加した一方向磁場を示している。Ｈは層面に平行であ
る。また素子の幅Ｗは図１では積層時に印加した一方向
磁場Ｈと垂直の方向の長さであり、図２の素子では印加
した一方向磁場Ｈと平行の方向の長さである。
【００２０】本発明の磁気抵抗効果素子は、層面と平行
な一方向磁場中で成膜されているので誘導一軸異方性が
付与されている。その方向は図１では素子の長さ方向で
あり、図２では素子の幅方向である。図１の場合は、ソ
フトバイアス法で横バイアス磁場を印加し、さらに素子
の幅を適切に選ぶことによって高い出力を得ることがで
きる。図２の場合は、素子の幅および素子の長さと素子
の幅の比を適切に選ぶことによって形状異方性磁場と誘
導一軸異方性の組合せが最適となり自己バイアス効果を
有するので横バイアス印加機構なしでも使用できる。
な一方向磁場中で成膜されているので誘導一軸異方性が
付与されている。その方向は図１では素子の長さ方向で
あり、図２では素子の幅方向である。図１の場合は、ソ
フトバイアス法で横バイアス磁場を印加し、さらに素子
の幅を適切に選ぶことによって高い出力を得ることがで
きる。図２の場合は、素子の幅および素子の長さと素子
の幅の比を適切に選ぶことによって形状異方性磁場と誘
導一軸異方性の組合せが最適となり自己バイアス効果を
有するので横バイアス印加機構なしでも使用できる。
【００２１】まず、素子の幅方向が多層膜成膜時に印加
した一方向磁場と垂直な場合に素子の幅を１〜５μm と
限定した理由を述べる。
した一方向磁場と垂直な場合に素子の幅を１〜５μm と
限定した理由を述べる。
【００２２】素子の幅と出力との関係を調べるために、
横バイアス膜付の磁気ヘッドを試作した。図３に示すよ
うにアルミナでコーティングされたAl2O3-TiC 製の基板
７上に下部シールドとしてNiFe層８を成膜し、その上に
Al2O3の絶縁層９を一部成膜した後、横バイアス膜５と
して40nmのCoZrMoと、磁気分離膜４として10nmのTiを成
膜し、さらにその上に層面と平行な磁場中において、厚
さ1.0 nmのNiFe層１と厚さ2.2 nmのCu層２をそれぞれ20
層づつ交互に成膜し（図３において、NiFeの層とCuの層
の積層回数は略して示してある。）、リソグラフィによ
り素子の長さを150 μm 、素子の幅を10μm 、８μm 、
６μm 、５μm 、４μm 、２μm および１μm に分けて
それらの上にCu電極10、 Al2O3の絶縁膜９、上部NiFeシ
ールド８および保護膜11を形成し、加工、組み立てを経
て種々の素子幅の磁気抵抗効果素子型磁気ヘッドを作製
した。
横バイアス膜付の磁気ヘッドを試作した。図３に示すよ
うにアルミナでコーティングされたAl2O3-TiC 製の基板
７上に下部シールドとしてNiFe層８を成膜し、その上に
Al2O3の絶縁層９を一部成膜した後、横バイアス膜５と
して40nmのCoZrMoと、磁気分離膜４として10nmのTiを成
膜し、さらにその上に層面と平行な磁場中において、厚
さ1.0 nmのNiFe層１と厚さ2.2 nmのCu層２をそれぞれ20
層づつ交互に成膜し（図３において、NiFeの層とCuの層
の積層回数は略して示してある。）、リソグラフィによ
り素子の長さを150 μm 、素子の幅を10μm 、８μm 、
６μm 、５μm 、４μm 、２μm および１μm に分けて
それらの上にCu電極10、 Al2O3の絶縁膜９、上部NiFeシ
ールド８および保護膜11を形成し、加工、組み立てを経
て種々の素子幅の磁気抵抗効果素子型磁気ヘッドを作製
した。
【００２３】このときの上下シールド間隔は、 0.5μm
、トラック幅は６μm である。磁気ヘッドの出力はフ
ライングハイトを 0.1μm にし、ＭＲリードライトテス
タを用いて得られた最大出力で評価した。素子の幅と最
大出力の関係を図４に示す。
、トラック幅は６μm である。磁気ヘッドの出力はフ
ライングハイトを 0.1μm にし、ＭＲリードライトテス
タを用いて得られた最大出力で評価した。素子の幅と最
大出力の関係を図４に示す。
【００２４】図４から明らかなように素子の幅が狭くな
るほど出力は向上し、２〜３μm で最大となるが、幅が
１μm 未満では再び出力が低下する。磁気記録媒体（例
えばハードディスク）からの磁場は素子の下部を通るた
め、素子幅が５μm を超えると素子上部からの磁気抵抗
効果の寄与は小さくなり全体として出力は低下する。
るほど出力は向上し、２〜３μm で最大となるが、幅が
１μm 未満では再び出力が低下する。磁気記録媒体（例
えばハードディスク）からの磁場は素子の下部を通るた
め、素子幅が５μm を超えると素子上部からの磁気抵抗
効果の寄与は小さくなり全体として出力は低下する。
【００２５】また、素子の幅が１μm 未満では十分な磁
気抵抗変化率を得られず出力は低下する。即ち、素子の
幅が１μm 以上５μm 以下の範囲にあるとき良好な出力
が得られることがわかった。
気抵抗変化率を得られず出力は低下する。即ち、素子の
幅が１μm 以上５μm 以下の範囲にあるとき良好な出力
が得られることがわかった。
【００２６】本発明の磁気抵抗効果素子は、層面に平行
な一方向磁場中でNiFeの層とCuの層とが交互に成膜され
ていなければならない。多層膜の磁性層が反強磁性的に
結合する場合は磁性層どうしは任意の方向で結合する。
この様な場合、形状異方性と組み合わせて磁化の向きを
制御できない。そのため最初に一方向磁場中で誘導一軸
異方性を付与しておき、形状異方性と組み合わせて磁化
の向きを制御する。この誘導一軸異方性と形状異方性が
共に素子の長さ方向に強い場合には、磁化の向きは素子
の長さ方向であるのでソフトバイアス法等で横バイアス
磁場を付与して信号出力を増大させることができる。
な一方向磁場中でNiFeの層とCuの層とが交互に成膜され
ていなければならない。多層膜の磁性層が反強磁性的に
結合する場合は磁性層どうしは任意の方向で結合する。
この様な場合、形状異方性と組み合わせて磁化の向きを
制御できない。そのため最初に一方向磁場中で誘導一軸
異方性を付与しておき、形状異方性と組み合わせて磁化
の向きを制御する。この誘導一軸異方性と形状異方性が
共に素子の長さ方向に強い場合には、磁化の向きは素子
の長さ方向であるのでソフトバイアス法等で横バイアス
磁場を付与して信号出力を増大させることができる。
【００２７】次に、素子の幅方向が多層膜成膜時に印加
した一方向磁場と平行な場合に素子の幅を２〜５μm と
した理由および素子の長さと素子の幅の比（素子の長さ
／素子の幅）を５〜100 とした理由を述べる。
した一方向磁場と平行な場合に素子の幅を２〜５μm と
した理由および素子の長さと素子の幅の比（素子の長さ
／素子の幅）を５〜100 とした理由を述べる。
【００２８】成膜時に印加した一方向磁場が素子の幅方
向と平行である場合には、素子幅が２μm 未満では形状
異方性磁場が大きく、ほとんどの磁化が長手方向に向い
てしまう。本発明者の研究の結果、素子の幅方向を積層
時の磁場方向と平行とし、素子幅が２〜５μm でかつ素
子長さと素子幅の比が５〜100 の範囲にあるとき素子の
長さ方向への形状異方性磁場と素子幅方向への誘導異方
性磁場の組合せが適切となり、磁化方向は長さ方向に対
して60度から30度まで傾くことが判明した。つまり成膜
磁場方向と素子形状を特定することにより自己バイアス
効果を有する素子を得られるのである。
向と平行である場合には、素子幅が２μm 未満では形状
異方性磁場が大きく、ほとんどの磁化が長手方向に向い
てしまう。本発明者の研究の結果、素子の幅方向を積層
時の磁場方向と平行とし、素子幅が２〜５μm でかつ素
子長さと素子幅の比が５〜100 の範囲にあるとき素子の
長さ方向への形状異方性磁場と素子幅方向への誘導異方
性磁場の組合せが適切となり、磁化方向は長さ方向に対
して60度から30度まで傾くことが判明した。つまり成膜
磁場方向と素子形状を特定することにより自己バイアス
効果を有する素子を得られるのである。
【００２９】
【実施例１】ソフトバイアス方式を用いた磁気抵抗効果
素子を形成し、磁気抵抗変化率を評価した。
素子を形成し、磁気抵抗変化率を評価した。
【００３０】作製した磁気抵抗効果素子の斜視図を図５
に示す。ガラス基板６の上に厚さ40nmのCoZrMoバイアス
膜５と厚さ10nmのTi磁気分離膜４をＲＦマグネトロンス
パッタリング法で成膜した。次に多層膜の結晶性を向上
させるためのCuバッファー層３をイオンビームスパッタ
リング法を用いて５nmの厚さに成膜した。さらにCuバッ
ファー層３の上にイオンビームスパッタリング法を用い
て厚さ1.5 nmのNiFe層１および厚さ2.2 nmのCu層２を交
互に15回層づつ積層した（図５において、NiFeの層とCu
の層の積層回数は略して示してある。）。イオンビーム
スパッタリングの条件は、到達真空度を５×10-7Torr以
下、Arガス圧を１×10-4Torrとし、成膜時に膜面と平行
に 100Ｏｅの磁界を印加した。その後素子の幅方向を積
層時に印加した磁場と垂直として幅３μm 、長さ100 μ
m の素子形状に加工して磁気抵抗効果素子を作製した。
に示す。ガラス基板６の上に厚さ40nmのCoZrMoバイアス
膜５と厚さ10nmのTi磁気分離膜４をＲＦマグネトロンス
パッタリング法で成膜した。次に多層膜の結晶性を向上
させるためのCuバッファー層３をイオンビームスパッタ
リング法を用いて５nmの厚さに成膜した。さらにCuバッ
ファー層３の上にイオンビームスパッタリング法を用い
て厚さ1.5 nmのNiFe層１および厚さ2.2 nmのCu層２を交
互に15回層づつ積層した（図５において、NiFeの層とCu
の層の積層回数は略して示してある。）。イオンビーム
スパッタリングの条件は、到達真空度を５×10-7Torr以
下、Arガス圧を１×10-4Torrとし、成膜時に膜面と平行
に 100Ｏｅの磁界を印加した。その後素子の幅方向を積
層時に印加した磁場と垂直として幅３μm 、長さ100 μ
m の素子形状に加工して磁気抵抗効果素子を作製した。
【００３１】この素子にCu電極を付加して１〜15mAのセ
ンス電流を流しながら素子の磁化困難軸方向に直流磁界
を印加して磁気抵抗効果を測定した。７mAのセンス電流
の時の測定結果を図６に示す。この図６から本発明の素
子の磁気抵抗変化率は約４％であることがわかる。この
値は従来のパーマロイ磁気抵抗効果素子の値の約２倍で
あり、本発明の素子は高感度であることがわかる。
ンス電流を流しながら素子の磁化困難軸方向に直流磁界
を印加して磁気抵抗効果を測定した。７mAのセンス電流
の時の測定結果を図６に示す。この図６から本発明の素
子の磁気抵抗変化率は約４％であることがわかる。この
値は従来のパーマロイ磁気抵抗効果素子の値の約２倍で
あり、本発明の素子は高感度であることがわかる。
【００３２】また磁気抵抗効果曲線の極大点は磁場０か
ら正の方向へずれており、ソフトバイアス膜が良好に動
作していることが分かる。図６から見積もった横バイア
ス磁場の値は約 100Ｏｅである。また磁場を増加させた
時と減少させた時では磁気抵抗曲線に大きな差はなく、
ヒステリシスが非常に小さいことが分かる。これは本素
子のNiFeとCuの多層膜の磁化困難軸方向の保磁力が非常
に小さいことに由来している。この特性は出力波形の歪
みが小さい良好な磁気抵抗効果素子を得るのに有利であ
る。
ら正の方向へずれており、ソフトバイアス膜が良好に動
作していることが分かる。図６から見積もった横バイア
ス磁場の値は約 100Ｏｅである。また磁場を増加させた
時と減少させた時では磁気抵抗曲線に大きな差はなく、
ヒステリシスが非常に小さいことが分かる。これは本素
子のNiFeとCuの多層膜の磁化困難軸方向の保磁力が非常
に小さいことに由来している。この特性は出力波形の歪
みが小さい良好な磁気抵抗効果素子を得るのに有利であ
る。
【００３３】次に同素子を使用した磁気ヘッド（構造
は、図３のものと同じ。以下、図３を用いて説明を行
う。）を作製し、ＭＲリードライトテスタを用いて再生
出力を評価した。図３を用いて説明を行う。アルミナで
コーティングされたAl2O3-TiC 基板７上にめっき法を用
いて厚さ１μm の下部NiFeシールド層８とＲＦスパッタ
リング法を用いて厚さ0.2 μm の Al2O3の絶縁層９を成
膜した。次にバイアス膜５として40nm厚のCoZrMoを、磁
気分離膜４として10nmのTiをＲＦマグネトロンスパッタ
リング法を用いて成膜した。さらに磁気抵抗効果膜とし
て上述の構成のNiFe１とCu２の多層膜、あるいは比較の
ための厚みが40nmのパーマロイ（NiFe）単層膜をイオン
ビームスパッタリング法を用いて成膜し、リソグラフィ
により磁気抵抗効果素子の幅を４μm と10μm 、長さを
100 μm と150 μm に成形し、その後Cu電極10を付設成
形し、絶縁層９をスパッタ成膜し、上部NiFeシールド層
８を成膜し、さらに保護膜11を成膜して磁気ヘッドを作
製した。これらの磁気ヘッドの上下ギャップ長は0.5 μ
m 、トラック幅は５μm である。
は、図３のものと同じ。以下、図３を用いて説明を行
う。）を作製し、ＭＲリードライトテスタを用いて再生
出力を評価した。図３を用いて説明を行う。アルミナで
コーティングされたAl2O3-TiC 基板７上にめっき法を用
いて厚さ１μm の下部NiFeシールド層８とＲＦスパッタ
リング法を用いて厚さ0.2 μm の Al2O3の絶縁層９を成
膜した。次にバイアス膜５として40nm厚のCoZrMoを、磁
気分離膜４として10nmのTiをＲＦマグネトロンスパッタ
リング法を用いて成膜した。さらに磁気抵抗効果膜とし
て上述の構成のNiFe１とCu２の多層膜、あるいは比較の
ための厚みが40nmのパーマロイ（NiFe）単層膜をイオン
ビームスパッタリング法を用いて成膜し、リソグラフィ
により磁気抵抗効果素子の幅を４μm と10μm 、長さを
100 μm と150 μm に成形し、その後Cu電極10を付設成
形し、絶縁層９をスパッタ成膜し、上部NiFeシールド層
８を成膜し、さらに保護膜11を成膜して磁気ヘッドを作
製した。これらの磁気ヘッドの上下ギャップ長は0.5 μ
m 、トラック幅は５μm である。
【００３４】各種磁気ヘッドのフライングハイトが0.1
μm となるように設定し、センス電流が６mAの時の最大
出力を測定した。測定結果を表１に示す。表１から明ら
かなように、形状の最適化を図った本発明の磁気抵抗効
果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの再生出力は、従来のパ
ーマロイ単層磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド
のそれと比較して少なくとも２倍の出力を有する。
μm となるように設定し、センス電流が６mAの時の最大
出力を測定した。測定結果を表１に示す。表１から明ら
かなように、形状の最適化を図った本発明の磁気抵抗効
果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの再生出力は、従来のパ
ーマロイ単層磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド
のそれと比較して少なくとも２倍の出力を有する。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【実施例２】本発明の磁気抵抗効果素子を利用して磁気
ヘッドを作製した。即ち、図７に示したようにアルミナ
でコーティングされたAl2O3-TiC 製の基板７上にめっき
法により下部シールドNiFe層８を厚さ1.5 μm に形成
し、絶縁層９として0.3 μm 厚の Al2O3をＲＦスパッタ
リング法を用いて成膜した。
ヘッドを作製した。即ち、図７に示したようにアルミナ
でコーティングされたAl2O3-TiC 製の基板７上にめっき
法により下部シールドNiFe層８を厚さ1.5 μm に形成
し、絶縁層９として0.3 μm 厚の Al2O3をＲＦスパッタ
リング法を用いて成膜した。
【００３７】さらにその上にイオンビームスパッタリン
グ装置で100 Ｏｅの磁場を膜面と平行に印加しながら厚
さ1.1 nmのNiFe層１と厚さ2.3 nmのCu層２をそれぞれ18
回、交互に積層した多層膜を成膜した（図７において、
NiFeの層とCuの層の積層回数は略して示してある。）。
次に、素子の幅方向が積層時の磁場方向と平行となるよ
うにリソグラフィにより素子の長さを 200μm 、 120μ
m 、 100μm 、50μm、30μm および20μm とし、素子
の幅を６μm 、５μm 、４μm 、３μm 、２μm および
１μm とした種々の素子を形成した。
グ装置で100 Ｏｅの磁場を膜面と平行に印加しながら厚
さ1.1 nmのNiFe層１と厚さ2.3 nmのCu層２をそれぞれ18
回、交互に積層した多層膜を成膜した（図７において、
NiFeの層とCuの層の積層回数は略して示してある。）。
次に、素子の幅方向が積層時の磁場方向と平行となるよ
うにリソグラフィにより素子の長さを 200μm 、 120μ
m 、 100μm 、50μm、30μm および20μm とし、素子
の幅を６μm 、５μm 、４μm 、３μm 、２μm および
１μm とした種々の素子を形成した。
【００３８】その後、Cu電極10を形成し、絶縁層９、上
部NiFeシールド層８、および保護膜11を順次形成し、加
工、組み立てによって磁気ヘッドを製造し、センス電流
５mAで得られる出力をＭＲリードライトテスタにて測定
した。
部NiFeシールド層８、および保護膜11を順次形成し、加
工、組み立てによって磁気ヘッドを製造し、センス電流
５mAで得られる出力をＭＲリードライトテスタにて測定
した。
【００３９】その結果を表２に示す。なお、出力の評価
は素子の長さ50μm 、幅５μm の出力を１として相対値
で示してある。表２から素子幅が２μm 以上５μm 以下
で、かつ、素子長さと素子の幅の比が５〜100 を満たす
とき、出力が高く、自己バイアス効果が作用しているこ
とがわかる。従来のパーマロイ単層に横バイアス膜を付
加した磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの出力はこ
の評価法では約0.7 であり、本発明の素子を用いれば、
従来のパーマロイ単層の磁気ヘッドよりも高い出力を持
ち、かつ、横バイアス機構を付加する必要のない磁気ヘ
ッドを作製できることが確認できた。
は素子の長さ50μm 、幅５μm の出力を１として相対値
で示してある。表２から素子幅が２μm 以上５μm 以下
で、かつ、素子長さと素子の幅の比が５〜100 を満たす
とき、出力が高く、自己バイアス効果が作用しているこ
とがわかる。従来のパーマロイ単層に横バイアス膜を付
加した磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの出力はこ
の評価法では約0.7 であり、本発明の素子を用いれば、
従来のパーマロイ単層の磁気ヘッドよりも高い出力を持
ち、かつ、横バイアス機構を付加する必要のない磁気ヘ
ッドを作製できることが確認できた。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【発明の効果】本発明の磁気抵抗効果素子は、従来のパ
ーマロイ単層の磁気抵抗効果素子よりも高出力、高感度
を有するものである。また、NiFeとCuの積層時に印加し
た一方向磁場を素子の幅方向と平行にすれば、本発明の
磁気抵抗効果素子は自己バイアス効果を有するため横バ
イアス膜を付加しなくても高出力、高感度を有する。
ーマロイ単層の磁気抵抗効果素子よりも高出力、高感度
を有するものである。また、NiFeとCuの積層時に印加し
た一方向磁場を素子の幅方向と平行にすれば、本発明の
磁気抵抗効果素子は自己バイアス効果を有するため横バ
イアス膜を付加しなくても高出力、高感度を有する。
【図１】横バイアス膜を付与した本発明の磁気抵抗効果
素子の斜視図である。
素子の斜視図である。
【図２】横バイアス膜を付与していない本発明の磁気抵
抗効果素子の斜視図である。
抗効果素子の斜視図である。
【図３】素子の幅と出力の関係を調べるために作製した
磁気ヘッドの断面図およびその磁気抵抗効果素子部の拡
大斜視図である。
磁気ヘッドの断面図およびその磁気抵抗効果素子部の拡
大斜視図である。
【図４】磁気抵抗効果素子の幅と最大出力の関係を示す
図である。
図である。
【図５】横バイアス膜を付与した本発明の磁気抵抗効果
素子の斜視図である。
素子の斜視図である。
【図６】外部磁場を印加した場合の磁気抵抗変化率を示
す図である。
す図である。
【図７】横バイアス膜を付与しない本発明の磁気抵抗効
果素子を用いて作製した磁気ヘッドの断面図およびその
素子部の拡大斜視図である。
果素子を用いて作製した磁気ヘッドの断面図およびその
素子部の拡大斜視図である。
１ NiFe層 ２ Cu層 ３ Cuバッファー層 ４ Ti磁気分離膜 ５ CoZrMoバイアス膜 ６ ガラス基板 ７ Al2O3-TiC 基板 ８ シールドNiFe層 ９ Al2O3 絶縁層 10 Ｃｕ電極 11 保護膜
Claims (2)
- 【請求項１】ソフトバイアス膜上の磁気分離膜の上に、
NiFeの層とCuの層とが交互に積層された磁気抵抗効果素
子であって、NiFeの層とCuの層は、それぞれ 1.0〜2.0n
m および1.5 〜2.5nm の厚さで、層面と平行な一方向磁
場中において５〜25回積層され、素子の幅が１〜５μm
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。ただし、素
子の幅とは上記のNiFeおよびCuの層を積層する際に印加
した一方向磁場の方向と垂直な方向の長さである。 - 【請求項２】層面と平行な一方向磁場中においてNiFeの
層とCuの層とが交互に積層された磁気抵抗効果素子であ
って、NiFeの層とCuの層はそれぞれ 1.0〜2.0nm および
1.5〜2.5nm の厚さで５〜25回積層され、素子の幅は２
〜５μm であり、素子の長さと素子の幅の比（素子の長
さ／素子の幅）が５〜100 であることを特徴とする磁気
抵抗効果素子。ただし、素子の幅とは上記のNiFeおよび
Cuの層を積層する際に印加した一方向磁場の方向と平行
な方向の長さである。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5221663A JPH0778316A (ja) | 1993-09-07 | 1993-09-07 | 磁気抵抗効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5221663A JPH0778316A (ja) | 1993-09-07 | 1993-09-07 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778316A true JPH0778316A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=16770315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5221663A Pending JPH0778316A (ja) | 1993-09-07 | 1993-09-07 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778316A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6603642B1 (en) | 2000-03-15 | 2003-08-05 | Tdk Corporation | Magnetic transducer having a plurality of magnetic layers stacked alternately with a plurality of nonmagnetic layers and a fixed-orientation-of-magnetization layer and thin film magnetic head including the magnetic transducer |
| US6639763B1 (en) | 2000-03-15 | 2003-10-28 | Tdk Corporation | Magnetic transducer and thin film magnetic head |
| US6738234B1 (en) | 2000-03-15 | 2004-05-18 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head and magnetic transducer |
| JP2007538386A (ja) * | 2004-03-24 | 2007-12-27 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 改善されたパーマロイ・センサ |
-
1993
- 1993-09-07 JP JP5221663A patent/JPH0778316A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6603642B1 (en) | 2000-03-15 | 2003-08-05 | Tdk Corporation | Magnetic transducer having a plurality of magnetic layers stacked alternately with a plurality of nonmagnetic layers and a fixed-orientation-of-magnetization layer and thin film magnetic head including the magnetic transducer |
| US6639763B1 (en) | 2000-03-15 | 2003-10-28 | Tdk Corporation | Magnetic transducer and thin film magnetic head |
| US6738234B1 (en) | 2000-03-15 | 2004-05-18 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head and magnetic transducer |
| JP2007538386A (ja) * | 2004-03-24 | 2007-12-27 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 改善されたパーマロイ・センサ |
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