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JPH10198922A - Magnetic sensor and magnetic recording / reproducing apparatus using the same - Google Patents

Magnetic sensor and magnetic recording / reproducing apparatus using the same

Info

Publication number
JPH10198922A
JPH10198922A JP34930496A JP34930496A JPH10198922A JP H10198922 A JPH10198922 A JP H10198922A JP 34930496 A JP34930496 A JP 34930496A JP 34930496 A JP34930496 A JP 34930496A JP H10198922 A JPH10198922 A JP H10198922A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
magnetic
film
ferromagnetic
antiferromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34930496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Hoshiya
裕之 星屋
Yoshihiro Hamakawa
佳弘 濱川
Susumu Soeya
進 添谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP34930496A priority Critical patent/JPH10198922A/en
Publication of JPH10198922A publication Critical patent/JPH10198922A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高結合,高熱安定のスピンバルブ積層膜の提供
およびそれを用いた高信頼性のセンサ,記録密度の高い
磁気記録装置、および高い感度と低ノイズ特性とを有す
る磁気抵抗効果型記録再生分離ヘッドを提供する。 【解決手段】スピンバルブ型磁気抵抗効果積層膜の固定
層を厚く、反強磁性膜を薄くし、また、NiCrなどか
らなる保護膜を5nm以下用いた磁気抵抗効果型ヘッド
を搭載した磁気記録再生装置。
(57) [Problem] To provide a spin valve laminated film having high coupling and high thermal stability and to provide a highly reliable sensor using the same, a magnetic recording device having a high recording density, and high sensitivity and low noise characteristics. Provided is a magneto-resistance effect type recording / reproducing separation head. Kind Code: A1 A magnetic recording / reproducing method in which a fixed layer of a spin-valve type magnetoresistive effect laminated film is made thick, an antiferromagnetic film is made thin, and a magnetoresistive head using a protective film made of NiCr or the like having a thickness of 5 nm or less is mounted. apparatus.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録再生装置
および磁気抵抗効果素子に係り、特に、高記録密度磁気
記録再生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic recording / reproducing apparatus and a magneto-resistance effect element, and more particularly to a high recording density magnetic recording / reproducing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開平2−61572号公報は、中間層によっ
て分離した強磁性薄膜のその磁化の互いになす角度によ
って電気抵抗が変化する積層膜およびそれを用いた磁場
センサ,磁気記録装置の記載があり、鉄−マンガン合金
薄膜の記載がある。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-61572 describes a laminated film whose electric resistance varies depending on the angle between the magnetizations of ferromagnetic thin films separated by an intermediate layer, a magnetic field sensor and a magnetic recording apparatus using the laminated film. And a description of an iron-manganese alloy thin film.

【0003】第19回日本応用磁気学会学術講演概要集
(1995)pp.352にはクロム−マンガン合金膜と
ニッケル−鉄合金膜との交換結合について示されてい
る。
Proceedings of the 19th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics (1995) pp. 352 shows exchange coupling between a chromium-manganese alloy film and a nickel-iron alloy film.

【0004】特願平7−116894 号明細書には、クロム−
マンガン合金膜と強磁性体とを密着した磁気トランスデ
ューサの記載がある。
[0004] Japanese Patent Application No. 7-116894 discloses chromium-
There is a description of a magnetic transducer in which a manganese alloy film and a ferromagnetic material are closely attached.

【0005】特開平5−266436 号公報には非磁性層によ
って分離した強磁性層の非磁性層と強磁性層の界面に別
の薄膜材料を配置する磁気抵抗効果センサの記載があ
る。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-266436 describes a magnetoresistive sensor in which another thin film material is disposed at the interface between the nonmagnetic layer and the ferromagnetic layer separated by the nonmagnetic layer.

【0006】特開平6−111252 号公報には強磁性層と反
強磁性層の間に軟磁性の中間層を付着した磁気抵抗セン
サの記載がある。
JP-A-6-111252 describes a magnetoresistive sensor in which a soft magnetic intermediate layer is attached between a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer.

【0007】特開平7−201016 号公報にはMR導電層の
薄い膜と積層した25から200Åの厚さの反強磁性体
の薄い膜と接したキャッピング層の記述がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-201016 describes a capping layer in contact with a thin film of an antiferromagnetic material having a thickness of 25 to 200 ° laminated with a thin film of an MR conductive layer.

【0008】特願平7−47363号明細書には、マンガン−
イリジウム合金膜を用いたスピンバルブ膜とセンサの記
載がある。
Japanese Patent Application No. 7-47363 discloses manganese-
There is a description of a spin valve film using an iridium alloy film and a sensor.

【0009】特願平7−333015 号明細書には、クロム−
マンガン合金膜を用いたスピンバルブセンサの記載があ
り、また、固定層の厚さと耐熱性に関する記載がある。
Japanese Patent Application No. 7-333015 discloses chromium-
There is a description of a spin valve sensor using a manganese alloy film, and there is a description of the thickness and heat resistance of a fixed layer.

【0010】1996年日本金属学会春期大会講演概要
集pp221にはクロム−アルミニウム膜とNiFe膜と
の交換結合の記載がある。
[0010] The pp221 of the abstract of the 1996 Annual Meeting of the Japan Institute of Metals describes exchange coupling between a chromium-aluminum film and a NiFe film.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、記録
密度の充分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外部
磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効果
素子を実現し、さらに十分にノイズの抑制された良好な
特性を得ることが出来ず、記憶装置としての機能を実現
することが困難であった。
According to the prior art, a magnetic recording device having a sufficiently high recording density, in particular, a magnetoresistive element which acts on a reproducing portion thereof with sufficient sensitivity and output to an external magnetic field, is realized. Furthermore, it was not possible to obtain good characteristics in which noise was sufficiently suppressed, and it was difficult to realize a function as a storage device.

【0012】近年、強磁性金属層を非磁性金属層を介し
て積層した多層膜の磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵
抗が大きいことが知られている。この場合、磁気抵抗効
果は、非磁性層で隔てられた強磁性層の磁化と磁化のな
す角度によって電気抵抗が変化する。この巨大磁気抵抗
効果を磁気抵抗効果素子として用いる場合には、スピン
バルブと呼ばれる構造が提唱されている。即ち、反強磁
性膜/強磁性層/非磁性層/軟磁性層の構造を有し、反
強磁性膜/強磁性層界面に発生する交換結合磁界によっ
て反強磁性膜と密着した強磁性層の磁化を実質的に固定
し、他方の軟磁性層が外部磁界によって磁化回転するこ
とで出力を得ることができる。固定の効果を固定バイア
ス、この効果を生じる反強磁性膜を固定バイアス膜と呼
ぶことにする。また、磁化が実質的に固定される強磁性
層を固定層、もしくは強磁性固定層と呼ぶことにする。
同様に外部磁場によって磁化回転する軟磁性膜を自由層
もしくは軟磁性自由層と呼ぶことにする。
In recent years, it has been known that a magnetoresistance effect, that is, a giant magnetoresistance, of a multilayer film in which ferromagnetic metal layers are stacked via a nonmagnetic metal layer is large. In this case, in the magnetoresistance effect, the electric resistance changes depending on the angle between the magnetizations of the ferromagnetic layers separated by the nonmagnetic layer and the magnetizations. When this giant magnetoresistance effect is used as a magnetoresistance effect element, a structure called a spin valve has been proposed. That is, a ferromagnetic layer having a structure of an antiferromagnetic film / a ferromagnetic layer / a nonmagnetic layer / a soft magnetic layer, and being in close contact with the antiferromagnetic film by an exchange coupling magnetic field generated at an interface between the antiferromagnetic film / the ferromagnetic layer. Is substantially fixed, and an output can be obtained by rotating the magnetization of the other soft magnetic layer by an external magnetic field. The fixed effect is called a fixed bias, and the antiferromagnetic film that produces this effect is called a fixed bias film. A ferromagnetic layer whose magnetization is substantially fixed is referred to as a fixed layer or a ferromagnetic fixed layer.
Similarly, a soft magnetic film whose magnetization is rotated by an external magnetic field is referred to as a free layer or a soft magnetic free layer.

【0013】このように、高記録密度に対応した磁気ヘ
ッドとしては巨大磁気抵抗効果を応用し、スピンバルブ
型の磁気抵抗効果積層膜を適用する構成が望ましい。し
かし、このような積層膜はその構成要素がしばしば1n
mのオーダと極めて薄く、このために、磁気ヘッドへの
応用にはしばしば耐熱性が不十分という困難が生じる。
即ち、磁気抵抗効果型の磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果
膜に電流を通じて信号を検知する際、温度上昇が生じ
る。これに装置環境の温度が加わって、結果として磁気
ヘッドは最悪の場合100℃以上の高温化での長時間連
続駆動を要求される。更に、磁気ヘッドの製造工程で
も、磁気抵抗効果膜の形成後に、フォトレジストの硬化
工程,記録用ヘッドコアあるいは絶縁膜の作製工程など
の熱履歴を経なければならない。これら熱的な影響は、
磁気抵抗効果膜の抵抗変化率を低下させるなどの劣化を
招くものであるから、磁気抵抗効果膜及び磁気センサは
充分な耐熱性を有する必要がある。
As described above, it is desirable that the magnetic head corresponding to the high recording density has a configuration in which the giant magnetoresistance effect is applied and a spin-valve type magnetoresistance effect laminated film is applied. However, such laminated films are often composed of 1n
It is extremely thin, on the order of m, which often causes difficulties of insufficient heat resistance for application to a magnetic head.
That is, in the magnetoresistive head, when a signal is detected through a current through the magnetoresistive film, a temperature rise occurs. In addition to this, the temperature of the apparatus environment is added. As a result, in the worst case, the magnetic head is required to be continuously driven at a high temperature of 100 ° C. or more for a long time. Further, also in the manufacturing process of the magnetic head, after forming the magnetoresistive film, a heat history such as a hardening process of a photoresist and a manufacturing process of a recording head core or an insulating film must be performed. These thermal effects are
The magnetoresistive film and the magnetic sensor need to have sufficient heat resistance because they cause deterioration such as lowering the resistance change rate of the magnetoresistive film.

【0014】耐熱性の向上は、センサや媒体としての特
性を高く保ち、更に、長期の信頼性を向上する効果があ
ることに加えて、さらに製造プロセスを簡潔にしたり、
より高温の製造プロセスの採用を可能にするからであ
る。
The improvement of heat resistance not only has the effect of maintaining high characteristics as a sensor and a medium, and has the effect of improving long-term reliability, but also simplifies the manufacturing process,
This is because a higher temperature manufacturing process can be adopted.

【0015】従って、本発明の目的は高密度記録に対応
した長期信頼性の高い磁気記録装置および充分な出力と
低ノイズ性に加えて、耐熱性を改善した磁気抵抗効果素
子もしくは磁気センサを提供することにあり、より具体
的には極薄い厚さでバイアス特性を発揮する反強磁性膜
と、厚い強磁性固定層、反強磁性膜に結晶学的に接続し
た保護膜からなる磁気センサを、それを用いた磁気ヘッ
ドおよび磁気記録再生装置とを提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a magnetic recording device having high long-term reliability corresponding to high-density recording and a magnetoresistive element or a magnetic sensor having improved heat resistance in addition to sufficient output and low noise. More specifically, a magnetic sensor consisting of an antiferromagnetic film exhibiting a bias characteristic with an extremely thin thickness, a thick ferromagnetic fixed layer, and a protective film crystallographically connected to the antiferromagnetic film is used. And a magnetic head and a magnetic recording / reproducing apparatus using the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明では高記録密度に
対応する手段として、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気セ
ンサを磁気ヘッドに搭載した磁気記録装置を用いる。前
記磁気センサとして、軟磁性自由層/非磁性導電層/強
磁性固定層/反強磁性膜の積層構造を有するスピンバル
ブ型巨大磁気抵抗効果膜からなる磁気抵抗効果固化素子
を用いる。
According to the present invention, a magnetic recording apparatus in which a magnetic sensor using a giant magnetoresistance effect is mounted on a magnetic head is used as means corresponding to a high recording density. As the magnetic sensor, a magnetoresistive effect solidified element composed of a spin valve type giant magnetoresistive film having a laminated structure of a soft magnetic free layer / nonmagnetic conductive layer / ferromagnetic fixed layer / antiferromagnetic film is used.

【0017】本発明の課題は、磁気抵抗効果積層膜の耐
熱性の向上である。課題を解決するための手段として、
本発明では第一に、前記反強磁性膜の厚さを3から9n
mと薄く規定する。第二に、強磁性固定層の厚さを1.
5 から10nm、もしくはさらに限定して3から5n
mと規定する。強磁性固定層はCo−Fe−Ni合金と
すると磁気特性及び抵抗変化率に優れて良い。あるい
は、前記第一及び第二の手段をまとめて、前記強磁性固
定層の厚さを前記反強磁性層の厚さで割った値で定義さ
れる膜厚比を0.5から1.0の範囲になるよう規定す
る。あるいは反強磁性膜の厚さの代わりに、前記反強磁
性層が前記強磁性固定層に交換結合磁界を印加するのに
必要かつ充分な前記反強磁性層の厚さの下限値を、臨界
厚さとして定義し、これを用いて膜厚比を定義しても良
い。前記反強磁性膜は、Fe−Mn,MnIr,CrM
nPtなどの合金薄膜が適している。特に、第三の手段
として、反強磁性膜の組成をCu,Ag,Au,Pt,
Pd,Rh,Ru,Ir,Os,Reの貴金属のいずれ
か、または複数の貴金属を含有し、その含有率が、5原
子%以上が40原子%以下、特に10原子%から30原
子%とする。これによりさらに耐熱性を向上することが
できる。このような組成にすることにより、反強磁性膜
の平均的な融点が上がって拡散破壊を生じにくくすると
ともに、反強磁性膜の平均的な原子半径を大きくし、ま
たこの原子半径が強磁性固定層の平均的な原子半径より
2%から5%程度大きくできることから、相互拡散を防
止することができる。前記平均的な原子半径とは、次の
ように定義される。単元素からなる単物質の密度と、そ
の元素の原子量から、その原子の1個あたりの体積が定
義される。この体積を1個の球状の原子が占めるとし
て、原子直径が定義される。反強磁性膜や強磁性膜の組
成から、各構成元素の原子直径を用いて、それぞれの膜
の平均原子直径を求めることができる。
An object of the present invention is to improve the heat resistance of a magnetoresistive laminated film. As a means to solve the problem,
In the present invention, first, the thickness of the antiferromagnetic film is set to 3 to 9 n.
m is defined as thin. Second, the thickness of the ferromagnetic pinned layer is set to 1.
5 to 10 nm, or more specifically, 3 to 5 n
m. When the ferromagnetic fixed layer is made of a Co—Fe—Ni alloy, the ferromagnetic fixed layer may be excellent in magnetic properties and resistance change rate. Alternatively, the first and second means are combined and the thickness ratio defined by dividing the thickness of the ferromagnetic pinned layer by the thickness of the antiferromagnetic layer is from 0.5 to 1.0. It is specified to be within the range. Alternatively, instead of the thickness of the antiferromagnetic film, the lower limit of the thickness of the antiferromagnetic layer, which is necessary and sufficient for the antiferromagnetic layer to apply an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic fixed layer, is set to a critical value. The thickness may be defined, and the film thickness ratio may be defined using the thickness. The antiferromagnetic film is made of Fe-Mn, MnIr, CrM.
Alloy thin films such as nPt are suitable. In particular, as a third means, the composition of the antiferromagnetic film is changed to Cu, Ag, Au, Pt,
Contains one or more of the noble metals of Pd, Rh, Ru, Ir, Os, and Re, and has a content of 5 at% to 40 at%, especially 10 to 30 at%. . Thereby, heat resistance can be further improved. By adopting such a composition, the average melting point of the antiferromagnetic film rises, making diffusion hard to occur, and the average atomic radius of the antiferromagnetic film is increased. Since the average atomic radius of the fixed layer can be increased by about 2% to 5%, interdiffusion can be prevented. The average atomic radius is defined as follows. The volume per single atom is defined from the density of a single substance composed of a single element and the atomic weight of the element. The atomic diameter is defined assuming that one spherical atom occupies this volume. From the compositions of the antiferromagnetic film and the ferromagnetic film, the average atomic diameter of each film can be obtained using the atomic diameter of each constituent element.

【0018】第四に、磁気抵抗効果積層膜の構成を軟磁
性自由層/非磁性導電層/強磁性固定層/反強磁性膜/
保護膜、あるいは軟磁性自由層/非磁性導電層/強磁性
固定層/反強磁性膜/第一の保護膜/第二の保護膜の構
成とし、反強磁性膜と強磁性固定層とのあいだの応力を
緩和して欠陥導入による破壊を防止するとともに、反強
磁性膜から強磁性固定層への構成原子の拡散、および不
純物原子の拡散を低減することができる。特に、保護膜
の組成をV,Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,C
u,Ag,Au,Pt,Pd,Rh,Ru,Ir,O
s,Reのいずれか、あるいはこれらを主成分とする合
金とし、保護膜の結晶構造を面心立方,体心立方構造あ
るいは0から5%、これを歪めたような構造とすること
によって、反強磁性膜/保護膜のあいだの結晶学的な連
続性を高めることで、この耐熱性を向上する効果を高め
ることができる。保護膜の組成を調整し、その電気抵抗
が50から1000μΩcmとすると、磁気抵抗効果素子
としての電流の損失が少なく、良好な出力を得ることが
できる。
Fourth, the configuration of the magnetoresistive effect laminated film is a soft magnetic free layer / nonmagnetic conductive layer / ferromagnetic pinned layer / antiferromagnetic film /
The protective film or the soft magnetic free layer / non-magnetic conductive layer / ferromagnetic fixed layer / antiferromagnetic film / first protective film / second protective film has a structure of an antiferromagnetic film and a ferromagnetic fixed layer. The stress between them can be relaxed to prevent the destruction due to the introduction of defects, and the diffusion of constituent atoms from the antiferromagnetic film to the ferromagnetic pinned layer and the diffusion of impurity atoms can be reduced. In particular, the composition of the protective film is V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, C
u, Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, O
s or Re, or an alloy containing these as the main components, and the crystal structure of the protective film is a face-centered cubic, a body-centered cubic structure, or 0 to 5%, which is a distorted structure. By increasing the crystallographic continuity between the ferromagnetic film and the protective film, the effect of improving the heat resistance can be enhanced. When the composition of the protective film is adjusted and the electric resistance is set to 50 to 1000 μΩcm, current loss as the magnetoresistive element is small, and a good output can be obtained.

【0019】第五に、前記のような手段を用いて耐熱性
を向上した磁気センサを、磁気ヘッドに搭載すること
で、良好な出力を有する磁気ヘッドおよび磁気記録再生
装置を得ることができる。磁気センサの耐熱性を高くす
ることで、この磁気ヘッドは高い電流を印加することが
でき、長時間の信頼性を得ることができる。さらに製造
過程で、200℃から300℃の高温プロセスを採用
し、良好な絶縁膜,磁気コアなどを磁気ヘッドに搭載す
ることができる。
Fifth, a magnetic head and a magnetic recording / reproducing apparatus having good output can be obtained by mounting a magnetic sensor having improved heat resistance using the above-described means on a magnetic head. By increasing the heat resistance of the magnetic sensor, a high current can be applied to this magnetic head, and long-term reliability can be obtained. Further, in the manufacturing process, a high-temperature process of 200 ° C. to 300 ° C. is adopted, so that a good insulating film, a magnetic core, and the like can be mounted on the magnetic head.

【0020】本発明ではこのような材料,構成を用いた
磁気抵抗効果素子を再生部とした磁気記録再生装置で、
高記録密度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長
が短く、また、記録トラックの幅が狭い記録を実現し
て、十分な再生出力を得、記録を良好に保つことができ
る。
According to the present invention, there is provided a magnetic recording / reproducing apparatus using a magnetoresistive element using such a material and configuration as a reproducing section.
High recording density, that is, recording with a short recording wavelength recorded on a recording medium and narrow recording track width can be realized, sufficient reproduction output can be obtained, and good recording can be maintained.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の磁性積層体,磁気記録媒
体、および磁気抵抗効果素子を構成する膜は高周波マグ
ネトロンスパッタリング装置により以下のように作製し
た。アルゴン6mmの雰囲気中にて、厚さ1mm,直径3i
nのセラミックス基板に以下の材料を順次積層して作製
した。スパッタリングターゲットとしてタンタル,ニッ
ケル−20at%鉄合金,銅,コバルト,クロム−50
at%マンガン,マンガン,鉄−50at%マンガンの
各ターゲットを用いた。ターゲット上には添加元素の1
cm角のチップを配置して組成を調整した。チップは、白
金,ニッケル,イリジウム,アルミニウムを用いた。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Films constituting a magnetic laminate, a magnetic recording medium, and a magnetoresistive element of the present invention were produced by a high-frequency magnetron sputtering apparatus as follows. 1mm thick, 3i diameter in an atmosphere of 6mm argon
The following materials were sequentially laminated on an n-th ceramic substrate. Tantalum, nickel-20at% iron alloy, copper, cobalt, chromium-50 as a sputtering target
Each target of at% manganese, manganese, and iron-50 at% manganese was used. On the target, 1
The composition was adjusted by disposing a cm-square chip. For the chip, platinum, nickel, iridium, and aluminum were used.

【0022】積層膜は、各ターゲットを配置したカソー
ドに各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを発生
させておき、各カソードごとに配置されたシャッタを一
つずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時には永久
磁石を用いて基板に平行におよそ80Oeの磁界を印加
して、一軸異方性をもたせるとともに、クロム−マンガ
ン膜などの交換結合磁界の方向をそれぞれの方向に誘導
した。
In the laminated film, plasma is generated in the apparatus by applying high-frequency power to each of the cathodes on which the respective targets are arranged, and shutters arranged for the respective cathodes are opened and closed one by one to sequentially form each layer. did. At the time of film formation, a magnetic field of about 80 Oe was applied in parallel to the substrate using a permanent magnet to impart uniaxial anisotropy and to guide the direction of the exchange coupling magnetic field such as a chromium-manganese film in each direction.

【0023】基体上の素子の形成はフォトレジスト工程
によってパターニングした。その後、基体はスライダ加
工し、磁気記録装置に搭載した。
The formation of the device on the substrate was patterned by a photoresist process. Thereafter, the substrate was processed by a slider and mounted on a magnetic recording device.

【0024】以下に本発明の具体的な実施例を図を追っ
て説明する。
A specific embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1はスピンバルブ膜の構成例を示した図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a spin valve film.

【0026】基体50上に下地膜14,軟磁性自由層1
3,非磁性導電層12,強磁性固定層15,反強磁性層
11,保護膜30を連続積層してなる。図中には各層の
具体的な構成要素とその厚さとして、Ta5nm,Ni
Fe5nm,Cu2.5nm,Co1.5nm ,MnIr
7nm、およびTa5nmを示してある。ここでNiFe膜
の組成はNi81−Fe19、MnIr膜の組成はMn
78−Ir22である。
On the substrate 50, the underlayer 14, the soft magnetic free layer 1
3, a non-magnetic conductive layer 12, a ferromagnetic pinned layer 15, an anti-ferromagnetic layer 11, and a protective film 30 are continuously laminated. In the drawing, specific constituent elements of each layer and the thickness thereof are Ta5 nm, Ni
Fe 5 nm, Cu 2.5 nm, Co 1.5 nm, MnIr
7 nm and Ta5 nm are shown. Here, the composition of the NiFe film is Ni81-Fe19, and the composition of the MnIr film is Mn
78-Ir22.

【0027】図2はMnIr膜の厚さを変えた時の交換
結合磁界と、ブロッキング温度の図である。図1の構成
の膜のMnIr膜の厚さを3nmから22nmに変えて
いる。ブロッキング温度とは、交換結合磁界の温度依存
性を測定し、交換結合磁界が消失する温度として定義し
ている。交換結合磁界は、反強磁性膜であるMnIr膜
の厚さが3nmでは小さく、また、これ以下の厚さでは
ほとんどゼロである。MnIr膜の厚さが7nm以上で
は交換結合磁界は一定である。また、ブロッキング温度
はMnIr膜が3nmでは低いが、膜厚とともに高くな
り、やはり10nm以上では一定である。したがって、
MnIr反強磁性膜の厚さは3nm以上である必要があ
る。
FIG. 2 is a diagram showing the exchange coupling magnetic field and the blocking temperature when the thickness of the MnIr film is changed. The thickness of the MnIr film of the film having the configuration shown in FIG. 1 was changed from 3 nm to 22 nm. The blocking temperature is defined as the temperature at which the exchange coupling magnetic field disappears by measuring the temperature dependence of the exchange coupling magnetic field. The exchange coupling magnetic field is small when the thickness of the MnIr film, which is the antiferromagnetic film, is 3 nm, and is almost zero when the thickness is less than 3 nm. When the thickness of the MnIr film is 7 nm or more, the exchange coupling magnetic field is constant. The blocking temperature is low when the MnIr film is 3 nm, but increases with the film thickness, and is constant when the MnIr film is 10 nm or more. Therefore,
The thickness of the MnIr antiferromagnetic film needs to be 3 nm or more.

【0028】図3はMnIr膜の厚さを変えた試料の耐
熱性を示す図である。図3(a)では、MnIr膜の厚さ
が10nm以上では抵抗変化率は熱処理後に1%程度低
下しているが、MnIr膜の厚さが7nm以下では低下
は1%以下で、MnIr膜の厚さが薄いほど耐熱性が高
い。図3(b)でも同様で、交換結合磁界はMnIr膜の
厚さが10nm以上では熱処理後に200Oe程度低下
しているが、MnIr膜の厚さが7nm以下では低下は
小さく、特にMnIr膜の厚さが5nm以下では熱処理
後に交換結合磁界が低下しない。以上のようにスピンバ
ルブ膜の耐熱性は反強磁性膜のMnIr膜の厚さが薄い
ほど高いのである。したがって、図2の結果と図3の結
果は反強磁性膜の厚さを3nmから7nmに限定するこ
とによって耐熱性と良好な特性を両立できることを示し
ている。
FIG. 3 is a view showing the heat resistance of a sample in which the thickness of the MnIr film is changed. In FIG. 3A, when the thickness of the MnIr film is 10 nm or more, the resistance change rate decreases by about 1% after the heat treatment, but when the thickness of the MnIr film is 7 nm or less, the decrease is 1% or less. The thinner the thickness, the higher the heat resistance. Similarly, in FIG. 3B, the exchange coupling magnetic field decreases by about 200 Oe after the heat treatment when the thickness of the MnIr film is 10 nm or more. However, the decrease is small when the thickness of the MnIr film is 7 nm or less. When the thickness is 5 nm or less, the exchange coupling magnetic field does not decrease after the heat treatment. As described above, the heat resistance of the spin valve film is higher as the thickness of the MnIr film of the antiferromagnetic film is smaller. Therefore, the results of FIG. 2 and FIG. 3 show that by limiting the thickness of the antiferromagnetic film from 3 nm to 7 nm, both heat resistance and good characteristics can be achieved.

【0029】図4はCo固定層の厚さを変えた試料の耐
熱性を示す図である。図4(a)では、固定層の厚さを厚
くすると、熱処理後の抵抗変化率が熱処理なしの抵抗変
化率に近くなることがわかる。すなわち、固定層を厚く
して2nmより厚くすることでスピンバルブ膜の耐熱性
を向上することができるのである。図4(b)は交換結合
磁界を示してあるが、交換結合磁界は固定層の厚さを増
しても厚さに反比例するのみで、十分な大きさの結合磁
界があれば、特性が悪化することはない。
FIG. 4 is a view showing the heat resistance of a sample in which the thickness of the Co fixed layer is changed. FIG. 4A shows that when the thickness of the fixed layer is increased, the resistance change rate after heat treatment becomes closer to the resistance change rate without heat treatment. That is, the heat resistance of the spin valve film can be improved by increasing the thickness of the fixed layer to be greater than 2 nm. FIG. 4 (b) shows the exchange coupling magnetic field. Even if the thickness of the fixed layer is increased, the exchange coupling magnetic field is only inversely proportional to the thickness. I will not do it.

【0030】図5はFeMn反強磁性膜を用いたスピン
バルブ膜の磁気抵抗曲線である。図5(a)中に膜の構成
を示してある。抵抗変化率は磁気抵抗曲線の高さとして
示されるが、図5(a)の熱処理なしの状態では抵抗変化
率は3.0% である。また、交換結合磁界は180Oe
である。図5(a)左図に示した低磁界曲線上の曲線のシ
フト量はCu層を挟んだ二つの磁性層の間の磁気的な接
合状態を示す指標で、これを層間結合磁界と呼ぶことに
する。図5(a)左図では、層間結合磁界は、8Oeであ
る。熱処理後の磁気抵抗曲線を図5(b)に示したが、熱
処理後の特性の変化は以下のごときである。(1)抵抗
変化率が1.9%に低下、(2)層間結合磁界が3Oeに
低下、(3)交換結合磁界が130Oeに低下してい
る。このように、反強磁性膜がFeMn膜である場合、
やはり熱処理によって、磁気抵抗効果膜の特性は、変化
し、劣化してしまうのである。
FIG. 5 is a magnetoresistance curve of a spin valve film using an FeMn antiferromagnetic film. FIG. 5A shows the structure of the film. The rate of change of resistance is shown as the height of the magnetoresistance curve, and the rate of change of resistance is 3.0% without the heat treatment in FIG. The exchange coupling magnetic field is 180 Oe
It is. The shift amount of the curve on the low magnetic field curve shown in the left diagram of FIG. 5A is an index indicating the magnetic junction state between the two magnetic layers sandwiching the Cu layer, and this is called an interlayer coupling magnetic field. To In the left diagram of FIG. 5A, the interlayer coupling magnetic field is 8 Oe. FIG. 5 (b) shows the magnetoresistance curve after the heat treatment. The change in the characteristics after the heat treatment is as follows. (1) The rate of change in resistance is reduced to 1.9%, (2) the interlayer coupling magnetic field is reduced to 3 Oe, and (3) the exchange coupling magnetic field is reduced to 130 Oe. Thus, when the antiferromagnetic film is a FeMn film,
Also, the properties of the magnetoresistive film change and deteriorate due to the heat treatment.

【0031】図6は固定層の厚さを変えたときの抵抗変
化率と層間結合磁界の変化を示す図である。図6(a)で
は固定層の厚さを10nmまでの範囲で厚くすると、図
4の場合と同様に抵抗変化率の耐熱性が向上することが
わかる。図6(b)では同様に層間結合磁界についても固
定層の厚さを厚くすると耐熱性が向上することがわか
る。
FIG. 6 is a diagram showing a change in resistance and a change in interlayer coupling magnetic field when the thickness of the fixed layer is changed. In FIG. 6A, it can be seen that when the thickness of the fixed layer is increased up to 10 nm, the heat resistance of the resistance change rate is improved as in the case of FIG. FIG. 6B also shows that the heat resistance is improved by increasing the thickness of the fixed layer also for the interlayer coupling magnetic field.

【0032】図7はFeMn反強磁性膜の厚さを変えた
ときの抵抗変化率と層間結合磁界の変化を示す図であ
る。図7(a)ではFeMn反強磁性膜の厚さを6から1
0nmまでの範囲に薄くすると、固定層を厚くしたとき
と同様に抵抗変化率の耐熱性が向上することがわかる。
図7(b)では同様に層間結合磁界についてもFeMn反
強磁性膜を薄くすると耐熱性が向上することがわかる。
FIG. 7 is a diagram showing a change in resistance and a change in interlayer coupling magnetic field when the thickness of the FeMn antiferromagnetic film is changed. In FIG. 7A, the thickness of the FeMn antiferromagnetic film is increased from 6 to 1.
It can be seen that when the thickness is reduced to 0 nm, the heat resistance of the rate of change in resistance is improved as in the case where the fixed layer is thickened.
FIG. 7B also shows that the heat resistance is improved by reducing the thickness of the FeMn antiferromagnetic film in the interlayer coupling magnetic field.

【0033】図8は固定層と反強磁性膜の厚さの比と抵
抗変化率,層間結合磁界の変化を示した図である。図6
および図7の二つのデータは図8で一つの右上がりの曲
線に乗っていることがわかる。すなわち、固定層の厚さ
と反強磁性膜の厚さの比を0.5 以上にすることで抵抗
変化率および層間結合磁界の耐熱性を向上することがで
きるのである。この厚さの比は大きいほど良い結果が図
8で示されているが、この比が1.0 あれば、ある程度
の耐熱性を十分に得られるであろう。
FIG. 8 is a diagram showing the ratio of the thickness of the fixed layer to the antiferromagnetic film, the rate of change in resistance, and the change in the interlayer coupling magnetic field. FIG.
It can be seen that the two data in FIG. 7 and FIG. 8 are on one upward-sloping curve in FIG. That is, by setting the ratio of the thickness of the fixed layer to the thickness of the antiferromagnetic film to 0.5 or more, the resistance change rate and the heat resistance of the interlayer coupling magnetic field can be improved. The greater the thickness ratio, the better the results are shown in FIG. 8, but if this ratio is 1.0, some degree of heat resistance will suffice.

【0034】図9は熱処理なしおよび熱処理後の試料の
X線回折曲線を示すである。図中には点線で理想的な回
折曲線の計算値を示してある。回折曲線は計算値と定性
的に良く一致しており、薄膜試料の構造が良好であるこ
とがわかる。図9(a)および(b)に固定層の厚さの異な
る試料の回折曲線を示したが、いずれの場合も曲線の形
は熱処理前後で変わっていないことがわかる。しかし、
回折強度、すなわちピークの高さは、熱処理後に大きく
なっている。この回折強度の変化は膜の構成および耐熱
性と重大な関連がある。
FIG. 9 shows X-ray diffraction curves of the samples without and after the heat treatment. In the drawing, the calculated value of an ideal diffraction curve is indicated by a dotted line. The diffraction curve qualitatively agrees well with the calculated value, indicating that the structure of the thin film sample is good. FIGS. 9 (a) and 9 (b) show the diffraction curves of the samples having different fixed layer thicknesses. In each case, it can be seen that the shapes of the curves do not change before and after the heat treatment. But,
The diffraction intensity, that is, the height of the peak increases after the heat treatment. This change in diffraction intensity is significantly related to the film configuration and heat resistance.

【0035】図10は固定層および反強磁性膜の厚さと
熱処理前後のX線回折強度を示す図である。図10(a)
では、固定層の厚さを厚くするとX線回折強度は熱処理
後に増大する。また図10(b)ではFeMn反強磁性膜
を薄くするとX線回折強度が増大していることがわか
る。
FIG. 10 is a diagram showing the thickness of the fixed layer and the antiferromagnetic film and the X-ray diffraction intensity before and after the heat treatment. FIG. 10 (a)
When the thickness of the fixed layer is increased, the X-ray diffraction intensity increases after the heat treatment. FIG. 10B shows that the X-ray diffraction intensity increases when the FeMn antiferromagnetic film is made thinner.

【0036】図11は固定層の厚さと反強磁性膜の厚さ
の比と、熱処理前後のX線回折強度の比の関係を示す図
である。図11では、図10の結果を厚さの比と、回折
強度の比で整理すると一つの曲線に乗ることがわかる。
したがって、この回折強度の変化は、ある一つの現象を
反映していると考えることができる。図8で示したよう
に、固定層と反強磁性膜の厚さの比は、耐熱性と関連し
ていることから、新たに耐熱性とX線回折強度の変化と
の関連を見い出すことができる。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the ratio of the thickness of the pinned layer to the thickness of the antiferromagnetic film and the ratio of the X-ray diffraction intensity before and after the heat treatment. In FIG. 11, it can be seen that the results of FIG. 10 are plotted on one curve when the ratio of the thickness and the ratio of the diffraction intensity are arranged.
Therefore, it can be considered that this change in diffraction intensity reflects a certain phenomenon. As shown in FIG. 8, since the thickness ratio between the pinned layer and the antiferromagnetic film is related to heat resistance, it is possible to newly find a relation between heat resistance and a change in X-ray diffraction intensity. it can.

【0037】図12は、熱処理前後の抵抗変化率の比と
X線回折強度の比との関係を示した図である。抵抗変化
率の比とX線回折強度の比は一つの曲線に乗り、一定の
関係があることがわかる。すなわち、熱処理前後でX線
回折強度が増大する膜ほど抵抗変化率の耐熱性の高いの
である。このような結果は、スピンバルブ積層膜の耐熱
性が、熱処理による構造変化に起因していることを示唆
しており、より具体的には、回折強度の増大する現象、
たとえば、スピンバルブ積層膜の小傾角粒界の消失もし
くは再配列、と関連しているとの知見を得ることができ
る。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the ratio of the rate of change in resistance before and after the heat treatment and the ratio of the X-ray diffraction intensity. The ratio between the rate of change in resistance and the ratio between the X-ray diffraction intensities is plotted on one curve, indicating a certain relationship. In other words, the heat resistance of the rate of change of resistance increases as the X-ray diffraction intensity increases before and after the heat treatment. These results suggest that the heat resistance of the spin-valve stacked film is due to the structural change due to the heat treatment. More specifically, the phenomenon that the diffraction intensity increases,
For example, it is possible to obtain the knowledge that this is related to the disappearance or rearrangement of the small-angle grain boundaries of the spin valve laminated film.

【0038】図13は固定層の厚さと熱処理後の抵抗変
化率の関係を示す図である。図中の記述は反強磁性膜の
種類/固定層の種類である。反強磁性膜の厚さは適切な
値、この場合は交換結合磁界が十分に大きくなるのに必
要な厚さで統一してある。図13から、すべての構成で
熱処理後の抵抗変化率は固定層の厚さが厚くなると増加
し、すなわち、耐熱性が向上していることがわかる。C
rMnPt/NiFe、およびCrMnPt/Coの結
果の比較から、固定層がNiFeであるよりもCoもし
くはCo合金であるほうが耐熱性が高いことがわかる。
また、反強磁性膜の種類については、FeMn,CrM
nPt,MnIrの順を追って耐熱性が高いことがわか
る。この結果はまた、反強磁性膜の貴金属含有量が多い
ほど耐熱性が高くなることを示唆している。それは、た
とえば、融点の高い貴金属元素を添加することで、拡散
を抑制する,強度を向上するなどの効果が期待できるか
らである。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the thickness of the fixed layer and the rate of change in resistance after heat treatment. The description in the figure is the type of antiferromagnetic film / type of fixed layer. The thickness of the antiferromagnetic film is unified with an appropriate value, in this case, the thickness necessary for sufficiently increasing the exchange coupling magnetic field. From FIG. 13, it can be seen that the resistance change rate after the heat treatment in all the configurations increases as the thickness of the fixed layer increases, that is, the heat resistance improves. C
From comparison of the results of rMnPt / NiFe and CrMnPt / Co, it can be seen that the heat resistance is higher when the fixed layer is made of Co or a Co alloy than when it is made of NiFe.
The types of antiferromagnetic films are FeMn and CrM.
It can be seen that the heat resistance is high in the order of nPt and MnIr. This result also suggests that the higher the noble metal content of the antiferromagnetic film, the higher the heat resistance. This is because, for example, by adding a noble metal element having a high melting point, effects such as suppression of diffusion and improvement of strength can be expected.

【0039】図14は反強磁性膜中の貴金属量と熱処理
後の抵抗変化率の関係を示す図である。図に示したよう
に、貴金属のPt,Irの含有量が多いほど耐熱性が高
く、含有量を5%から30%またはこれ以上とすること
でスピンバルブ積層膜の耐熱性を向上することができる
ことがわかる。
FIG. 14 shows the relationship between the amount of noble metal in the antiferromagnetic film and the rate of change in resistance after heat treatment. As shown in the figure, the higher the content of the noble metal Pt and Ir, the higher the heat resistance. By setting the content to 5% to 30% or more, the heat resistance of the spin valve laminated film can be improved. We can see that we can do it.

【0040】また、貴金属の添加効果は、平均原子径の
効果と見ることもできる。図15は反強磁性膜の平均原
子径と熱処理後の抵抗変化率の関係を示す図である。各
元素の原子直径は、その元素単体の密度と原子量から求
めることができる。反強磁性膜の構成元素のそれぞれの
原子直径を、その組成でもって平均化した値が平均原子
径である。図15から、平均原子径が0.285nm 以
上とすることで耐熱性を向上できることがわかる。平均
原子径を極端に増大させることは、元素上の困難も伴う
ので、平均原子径を0.3あるいは0.35nm以内にす
ることが良いだろう。
The effect of adding a noble metal can be regarded as an effect of the average atomic diameter. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the average atomic diameter of the antiferromagnetic film and the rate of resistance change after heat treatment. The atomic diameter of each element can be determined from the density and atomic weight of the element alone. The value obtained by averaging the respective atomic diameters of the constituent elements of the antiferromagnetic film with the composition is the average atomic diameter. FIG. 15 shows that the heat resistance can be improved by setting the average atomic diameter to 0.285 nm or more. Extremely increasing the average atomic diameter involves elemental difficulties, so it is better to keep the average atomic diameter within 0.3 or 0.35 nm.

【0041】さらに、平均原子径で耐熱性を議論する際
には、固定層の平均原子径との比較を考慮すべきであろ
う。これはすなわち、図8,図11で示したように、固
定層と反強磁性層の相互作用が熱処理の結果に強く影響
しているからである。
Further, when discussing the heat resistance in terms of the average atomic diameter, comparison with the average atomic diameter of the fixed layer should be considered. That is, as shown in FIGS. 8 and 11, the interaction between the fixed layer and the antiferromagnetic layer strongly influences the result of the heat treatment.

【0042】図16は反強磁性膜の平均原子径と固定層
の平均原子径の比と熱処理後の抵抗変化率との関係を示
した図である。反強磁性膜/固定層の平均原子径比が増
加すると耐熱性が向上することがわかる。しかし平均原
子径を極端に減少および増大させることは、元素上の困
難も伴うので、平均原子径比を1.02から1.1以内に
することが良いだろう。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the ratio between the average atomic diameter of the antiferromagnetic film and the average atomic diameter of the fixed layer, and the rate of change in resistance after heat treatment. It can be seen that the heat resistance improves as the average atomic diameter ratio of the antiferromagnetic film / fixed layer increases. However, extremely reducing and increasing the average atomic diameter involves elemental difficulties, so it is better to keep the average atomic diameter ratio within 1.02 to 1.1.

【0043】このように、例えば固定層の厚さを厚くす
ることで、スピンバルブ積層膜の耐熱性を向上すること
ができることを述べたが、磁気ヘッドとしてのスピンバ
ルブ積層膜では固定層の厚さも単純に厚くすることは素
子の性能を低下させる恐れがある。すなわち、厚い固定
層の端部から漏洩する磁界が自由層にバイアスを印加し
てしまい、素子のバイアス特性を変えてしまうからであ
る。そこで本発明では実質的に反強磁性膜に接触する膜
の膜厚を厚くし、かつ磁化の量の増加させない構成を実
現している。
As described above, for example, by increasing the thickness of the fixed layer, the heat resistance of the spin valve laminated film can be improved. Also, simply increasing the thickness may reduce the performance of the device. That is, the magnetic field leaking from the end of the thick fixed layer applies a bias to the free layer, and changes the bias characteristics of the element. Therefore, the present invention realizes a configuration in which the thickness of the film substantially in contact with the antiferromagnetic film is increased and the amount of magnetization is not increased.

【0044】図17はNiFe保護膜を用いたスピンバ
ルブ積層膜の構成例である。図1の構成と比較するとタ
ンタル保護膜をNiFe保護膜に変えてある。このよう
な構成とすると、反強磁性膜と接触している膜は、固定
層15のと、固定層と同様の構造を有する耐熱用保護膜
31の二つとなり、実質的に固定層の厚さを厚くしてい
るのと類似の耐熱性向上効果が得られる。
FIG. 17 shows a configuration example of a spin valve laminated film using a NiFe protective film. Compared with the configuration of FIG. 1, the tantalum protective film is changed to a NiFe protective film. With such a configuration, the two films in contact with the antiferromagnetic film are the fixed layer 15 and the heat-resistant protective film 31 having the same structure as the fixed layer. A heat resistance improving effect similar to that obtained by increasing the thickness is obtained.

【0045】図18は交換結合磁界と耐熱用保護膜の厚
さの関係を示す図である。保護膜がタンタルの場合、交
換結合磁界は熱処理によって200Oe程度低下してい
る。耐熱用保護膜がNiFeの場合、耐熱用保護膜の厚
さが1から3nmで交換結合磁界は、ほとんど低下しな
いか、あるいはかえって増加している。耐熱用保護膜が
5nm以上では交換結合磁界はタンタル保護膜の場合と
同様に低下している。図19は熱処理時間と抵抗変化率
の関係を示した図である。NiFeの耐熱用保護膜を用
いたスピンバルブ積層膜は6時間の熱処理に対しても抵
抗変化率の低下が少なく、耐熱性が向上したことがわか
る。また、図中にCu保護膜およびCo90Fe10保護膜
の熱処理後の交換結合磁界をそれぞれ△および○で示し
た。いずれの値も高い耐熱性を示しており、耐熱用保護
膜はNiFeのほかに、Cu,Co合金などでも良いこ
とがわかる。特に、Cuで同様の保護効果を得られたこ
とで、耐熱用保護膜は磁性を有さない材料で構成してよ
いことがわかる。保護膜は、自由層から比較的離れた位
置に配置しているため、固定層よりも磁気的な影響を自
由層に与えにくいが、耐熱用保護膜が非磁性な方が磁気
的な悪影響が少ないことは明らかである。耐熱用保護膜
が強磁性である場合には、その磁化の方向が固定層の磁
化の方向と垂直にしておくとその磁気的な悪影響をなく
すことができる。また、磁化の向きを固定層の磁化の向
きと逆向きにしておくと固定層からのバイアスを打ち消
す効果がある。また、耐熱用保護膜として、Cu,Ni
Fe,CoFeが良好な特性を示したことから、面心立
方構造の耐熱用保護膜を用いると良好な耐熱性が得られ
ることがわかる。また、体心立方構造のCr,Feなど
は、Cu,NiFe,CoFeと同程度の原子径を有
し、これらの材料と良好な結晶学的関係、たとえば面心
立方構造の(111)面と体心立方構造の(110)面のエ
ピタキシャル成長などが容易に得られることから、C
r,Feなど体心立方構造の材料を耐熱用保護膜に用い
ても同様の効果が得られる。
FIG. 18 shows the relationship between the exchange coupling magnetic field and the thickness of the heat-resistant protective film. When the protective film is tantalum, the exchange coupling magnetic field is reduced by about 200 Oe by the heat treatment. When the heat-resistant protective film is made of NiFe, the exchange coupling magnetic field hardly decreases or rather increases when the thickness of the heat-resistant protective film is 1 to 3 nm. When the heat-resistant protective film is 5 nm or more, the exchange coupling magnetic field decreases as in the case of the tantalum protective film. FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the heat treatment time and the resistance change rate. It can be seen that the spin valve laminated film using the heat-resistant protective film made of NiFe has a small decrease in the rate of change in resistance even after the heat treatment for 6 hours, indicating that the heat resistance has been improved. In the figure, the exchange coupling magnetic fields of the Cu protective film and the Co 90 Fe 10 protective film after the heat treatment are indicated by Δ and ○, respectively. All values show high heat resistance, and it can be seen that the heat-resistant protective film may be made of Cu, Co alloy or the like in addition to NiFe. In particular, since the same protective effect was obtained with Cu, it is understood that the heat-resistant protective film may be made of a material having no magnetism. Since the protective film is located relatively far from the free layer, it is less likely to exert a magnetic influence on the free layer than the fixed layer. It is clear that there are few. When the heat-resistant protective film is ferromagnetic, its magnetic adverse effect can be eliminated if the direction of the magnetization is perpendicular to the direction of the magnetization of the fixed layer. Further, if the direction of the magnetization is reversed from the direction of the magnetization of the fixed layer, there is an effect of canceling the bias from the fixed layer. Further, Cu, Ni is used as a heat-resistant protective film.
Since Fe and CoFe exhibited good characteristics, it is understood that good heat resistance can be obtained by using a heat-resistant protective film having a face-centered cubic structure. In addition, Cr, Fe, and the like having a body-centered cubic structure have the same atomic diameter as Cu, NiFe, and CoFe, and have a good crystallographic relationship with these materials, for example, a (111) plane having a face-centered cubic structure. Since the epitaxial growth of the (110) plane of the body-centered cubic structure can be easily obtained,
The same effect can be obtained by using a material having a body-centered cubic structure such as r or Fe for the heat-resistant protective film.

【0046】耐熱用保護膜はスピンバルブ積層膜に積層
密着しているので、電流が通じる。したがって、耐熱用
保護膜の電気抵抗は高いほうが出力の高いスピンバルブ
センサが得られる。このため、耐熱用保護膜はたとえ
ば、NiCr膜のように電気抵抗の高いものを用いると
よい。または薄い耐熱用保護膜と、電気抵抗の高い第二
の耐熱用保護膜を積層して用いるとよい。
Since the heat-resistant protective film is in close contact with the spin-valve laminated film, current flows. Therefore, a spin valve sensor having a higher output can be obtained when the electric resistance of the heat-resistant protective film is higher. For this reason, it is preferable to use a high-resistance protective film such as a NiCr film as the heat-resistant protective film. Alternatively, a thin heat-resistant protective film and a second heat-resistant protective film having high electric resistance may be stacked and used.

【0047】図20は耐熱用保護積層膜を用いたスピン
バルブ積層膜の構成例である。耐熱用保護積層膜34は
第一の保護膜32と第二の保護膜33の積層からなり、
分流の少ない、良好な耐熱性を有するスピンバルブ積層
膜を実現する。第二の保護膜33はタンタル膜のような
もので構成しても一定の効果が得られる。
FIG. 20 is a structural example of a spin valve laminated film using a heat-resistant protective laminated film. The heat-resistant protective laminated film 34 is formed by laminating a first protective film 32 and a second protective film 33,
To realize a spin valve laminated film having a small amount of flow and having good heat resistance. Even if the second protective film 33 is formed of a material such as a tantalum film, a certain effect can be obtained.

【0048】図21は本発明の磁気センサを搭載した磁
気ヘッドの概念図である。基体50上に下部シールド8
2,下部ギャップ絶縁膜83,スピンバルブ磁気抵抗効
果素子11,電極40,上部ギャップ絶縁膜84,上部
シールド81,下部コア84,コイル41,上部コア8
3を形成してなる。本発明のスピンバルブ磁気抵抗効果
素子11の耐熱性が良好なので、上部ギャップ絶縁膜8
4,上部シールド81,下部コア84,コイル41,上
部コア83などの製造方法では、高温のプロセスを採用
することができる。たとえば上部コア83をスパッタリ
ングで作製する際に基板温度を100℃にして、膜形成
時にさらに温度上昇することを考慮しても、本発明の磁
気ヘッドでは、基板温度はスピンバルブ磁気抵抗効果素
子の耐熱温度を超えることなく作製することができるの
である。同様に下部ギャップ絶縁膜83および上部ギャ
ップ絶縁膜84をCVDで作製する際に基板温度を20
0から300℃にしても、本発明の磁気ヘッドでは、基
板温度はスピンバルブ磁気抵抗効果素子の耐熱温度を超
えることなく作製することができる。同じく、着磁熱処
理,耐電流性などについても本発明の磁気ヘッドを用い
ることによって、より高温の熱処理を実現し、あるいは
より多くの電流を印加することができる。
FIG. 21 is a conceptual diagram of a magnetic head equipped with the magnetic sensor of the present invention. Lower shield 8 on base 50
2, lower gap insulating film 83, spin valve magnetoresistive element 11, electrode 40, upper gap insulating film 84, upper shield 81, lower core 84, coil 41, upper core 8
3 is formed. Since the heat resistance of the spin valve magnetoresistive element 11 of the present invention is good, the upper gap insulating film 8
4. In the method of manufacturing the upper shield 81, the lower core 84, the coil 41, the upper core 83, etc., a high-temperature process can be adopted. For example, even if the substrate temperature is set to 100 ° C. when the upper core 83 is formed by sputtering, and the temperature is further increased during film formation, the substrate temperature of the magnetic head of the present invention can be controlled by the spin valve magnetoresistive element. It can be manufactured without exceeding the heat resistance temperature. Similarly, when the lower gap insulating film 83 and the upper gap insulating film 84 are formed by CVD,
Even at 0 to 300 ° C., the magnetic head of the present invention can be manufactured without the substrate temperature exceeding the heat resistance temperature of the spin valve magnetoresistive element. Similarly, with respect to magnetization heat treatment, current resistance, etc., by using the magnetic head of the present invention, higher temperature heat treatment can be realized or more current can be applied.

【0049】図22は本発明の磁気ヘッドを用いた磁気
記録再生装置の概念図である。ヘッドスライダ90を兼
ねる基体50上に磁気抵抗効果積層膜10,磁区制御膜
41,電極40を形成し、これらからなる磁気ヘッドを
記録媒体91を有するディスク95上の記録トラック4
4上に位置決めして再生を行う。ヘッドスライダ90は
ディスク95の上を、対向面63を対向して0.2μ 以
下の高さに浮上、もしくは接触して相対運動する。この
機構により、磁気抵抗効果積層膜10はディスク95上
の記録媒体91に記録された磁気的信号を、記録媒体9
1の漏れ磁界64から読み取ることができる。
FIG. 22 is a conceptual diagram of a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic head of the present invention. A magnetoresistive effect laminated film 10, a magnetic domain control film 41, and an electrode 40 are formed on a base 50 also serving as a head slider 90, and a magnetic head made of these is recorded on a recording track 4 on a disk 95 having a recording medium 91.
4 and reproduction is performed. The head slider 90 floats on the disk 95 and faces the opposing surface 63 to a height of 0.2 .mu. With this mechanism, the magnetoresistive effect laminated film 10 transmits the magnetic signal recorded on the recording medium 91 on the disk 95 to the recording medium 9.
It can be read from one leakage magnetic field 64.

【0050】図23は本発明の磁気記録再生装置の構成
例である。磁気的に情報を記録する記録媒体91を保持
するディスク95をスピンドルモータ93で回転させ、
アクチュエータ92によってヘッドスライダ90をディ
スク95のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装
置ではヘッドスライダ90上に形成した再生ヘッド、及
び記録ヘッドがこの機構によってディスク95上の所定
の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込
み、及び読み取るのである。アクチュエータ92はロー
タリアクチュエータであってもよい。記録信号は信号処
理系94を通じて記録ヘッドで媒体上に記録し、再生ヘ
ッドの出力を信号処理系94を経て信号として得る。さ
らに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめる
に際して、本再生ヘッドからの高感度な出力を用いてト
ラック上の位置を検出し、アクチュエータを制御して、
ヘッドスライダの位置決めを行うことができる。本図で
はヘッドスライダ90,ディスク95を各1個示した
が、これらは複数であっても構わない。またディスク9
5は両面に記録媒体を有して情報を記録してもよい。情
報の記録がディスク両面の場合ヘッドスライダ90はデ
ィスクの両面に配置する。
FIG. 23 shows an example of the configuration of a magnetic recording / reproducing apparatus according to the present invention. A disk 95 holding a recording medium 91 for magnetically recording information is rotated by a spindle motor 93,
The actuator 92 guides the head slider 90 onto the track of the disk 95. That is, in the magnetic disk device, the reproducing head and the recording head formed on the head slider 90 relatively move close to a predetermined recording position on the disk 95 by this mechanism, and write and read signals sequentially. The actuator 92 may be a rotary actuator. The recording signal is recorded on the medium by the recording head through the signal processing system 94, and the output of the reproducing head is obtained as a signal through the signal processing system 94. Further, when the reproducing head is moved to a desired recording track, the position on the track is detected using the high-sensitivity output from the reproducing head, and the actuator is controlled.
The positioning of the head slider can be performed. Although one head slider 90 and one disk 95 are shown in this figure, a plurality of these may be used. Also disk 9
5 may have a recording medium on both sides to record information. When information is recorded on both sides of the disk, head sliders 90 are arranged on both sides of the disk.

【0051】上述したような構成について、本発明の磁
気ヘッドおよびこれを搭載した磁気記録再生装置を試験
した結果、充分な出力と、低ノイズ特性を示し、また動
作の信頼性も良好であった。
As a result of testing the magnetic head of the present invention and the magnetic recording / reproducing apparatus equipped with the same with the above-described configuration, the output was sufficient, the noise was low, and the operation reliability was good. .

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば十分な結合磁界と高い熱
安定性を有した磁性積層体を提供でき、ひいては充分な
再生出力と低ノイズ特性を有する磁気センサおよび高信
頼性の高密度磁気記録再生装置を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to provide a magnetic laminate having a sufficient coupling magnetic field and high thermal stability, and furthermore, a magnetic sensor having a sufficient reproduction output and low noise characteristics and a highly reliable high-density magnetic field. A recording / reproducing device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】スピンバルブ膜の構成例を示した説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a spin valve film.

【図2】MnIr膜の厚さを変えた時の交換結合磁界
と、ブロッキング温度を示した特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an exchange coupling magnetic field and a blocking temperature when the thickness of a MnIr film is changed.

【図3】MnIr膜の厚さを変えた試料の耐熱性を示す
特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing heat resistance of a sample in which the thickness of a MnIr film is changed.

【図4】Co固定層の厚さを変えた試料の耐熱性を示す
特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing heat resistance of a sample in which the thickness of a Co fixed layer is changed.

【図5】FeMn反強磁性膜を用いたスピンバルブ膜の
磁気抵抗特性図。
FIG. 5 is a magnetoresistance characteristic diagram of a spin valve film using an FeMn antiferromagnetic film.

【図6】固定層の厚さを変えたときの抵抗変化率と層間
結合磁界の変化を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a resistance change rate and a change in an interlayer coupling magnetic field when the thickness of a fixed layer is changed.

【図7】FeMn反強磁性膜の厚さを変えたときの抵抗
変化率と層間結合磁界の変化を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a change in resistance and a change in interlayer coupling magnetic field when the thickness of the FeMn antiferromagnetic film is changed.

【図8】固定層と反強磁性膜の厚さの比と抵抗変化率,
層間結合磁界の変化を示した特性図。
FIG. 8 shows the ratio of the thickness of the fixed layer to the antiferromagnetic film and the rate of resistance change,
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in an interlayer coupling magnetic field.

【図9】熱処理なしおよび熱処理後の試料のX線回折曲
線を示す特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing X-ray diffraction curves of a sample without heat treatment and after heat treatment.

【図10】固定層および反強磁性膜の厚さと熱処理前後
のX線回折強度を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the thickness of a fixed layer and an antiferromagnetic film and the X-ray diffraction intensity before and after heat treatment.

【図11】固定層の厚さと反強磁性膜の厚さの比と、熱
処理前後のX線回折強度の比の関係を示す特性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the ratio of the thickness of the fixed layer to the thickness of the antiferromagnetic film and the ratio of the X-ray diffraction intensity before and after the heat treatment.

【図12】熱処理前後の抵抗変化率の比とX線回折強度
の比との関係を示した特性図。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the ratio of the rate of change in resistance before and after the heat treatment and the ratio of the X-ray diffraction intensity.

【図13】固定層の厚さと熱処理後の抵抗変化率の関係
を示す特性図。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of a fixed layer and the rate of change in resistance after heat treatment.

【図14】反強磁性膜中の貴金属量と熱処理後の抵抗変
化率の関係を示す特性図。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of noble metal in the antiferromagnetic film and the rate of resistance change after heat treatment.

【図15】反強磁性膜の平均原子径と熱処理後の抵抗変
化率の関係を示す特性図。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the average atomic diameter of the antiferromagnetic film and the rate of resistance change after heat treatment.

【図16】反強磁性膜の平均原子径と固定層の平均原子
径の比と熱処理後の抵抗変化率との関係を示した特性
図。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a relationship between the ratio of the average atomic diameter of the antiferromagnetic film to the average atomic diameter of the fixed layer and the rate of change in resistance after heat treatment.

【図17】NiFe保護膜を用いたスピンバルブ積層膜
の説明図。
FIG. 17 is an explanatory view of a spin valve laminated film using a NiFe protective film.

【図18】熱処理時間と抵抗変化率の関係を示した特性
図。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing a relationship between a heat treatment time and a rate of change in resistance.

【図19】交換結合磁界と耐熱用保護膜の厚さの関係を
示す特性図。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing the relationship between the exchange coupling magnetic field and the thickness of the heat-resistant protective film.

【図20】耐熱用保護積層膜を用いたスピンバルブ積層
膜の説明図。
FIG. 20 is an explanatory diagram of a spin-valve laminated film using a heat-resistant protective laminated film.

【図21】本発明の磁気センサを搭載した磁気ヘッドの
斜視図。
FIG. 21 is a perspective view of a magnetic head equipped with the magnetic sensor of the present invention.

【図22】本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装
置の斜視図。
FIG. 22 is a perspective view of a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic head of the present invention.

【図23】本発明の磁気記録再生装置の説明図。FIG. 23 is an explanatory view of a magnetic recording / reproducing device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…磁気抵抗効果膜、40…電気端子、42…コイ
ル、50…基体、81…上部シールド、82…下部シー
ルド、83…上部磁気コア、84…下部磁気コア。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Magnetoresistance effect film, 40 ... Electric terminal, 42 ... Coil, 50 ... Base, 81 ... Upper shield, 82 ... Lower shield, 83 ... Upper magnetic core, 84 ... Lower magnetic core.

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層/
反強磁性層の積層構成を有し、前記反強磁性層が前記強
磁性固定層に交換結合磁界を印加しているスピンバルブ
膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟磁性自由層
の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化との相対角度
が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサにおいて、
前記反強磁性層の厚さが3nmから9nmであることを
特徴とする磁気センサ。
A soft magnetic free layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic fixed layer /
An antiferromagnetic layer having a laminated structure, wherein the antiferromagnetic layer has a spin valve film for applying an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer, and the soft magnetic free layer is freed according to an external magnetic field. In a magnetic sensor in which the magnetization of the layer rotates and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistance effect,
A magnetic sensor, wherein the thickness of the antiferromagnetic layer is 3 nm to 9 nm.
【請求項2】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層/
反強磁性層の積層構成を有し、前記反強磁性層が前記強
磁性固定層に交換結合磁界を印加しているスピンバルブ
膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟磁性自由層
の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化との相対角度
が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサにおいて、
前記強磁性固定層の厚さが1.5nm から10nm、特
に3.0から5.0nmであることを特徴とする磁気セン
サ。
2. A soft magnetic free layer / non-magnetic layer / ferromagnetic fixed layer /
An antiferromagnetic layer having a laminated structure, wherein the antiferromagnetic layer has a spin valve film for applying an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer, and the soft magnetic free layer is freed according to an external magnetic field. In a magnetic sensor in which the magnetization of the layer rotates and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistance effect,
A magnetic sensor characterized in that said ferromagnetic pinned layer has a thickness of 1.5 nm to 10 nm, particularly 3.0 to 5.0 nm.
【請求項3】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層/
反強磁性層の積層構成を有し、前記反強磁性層が前記強
磁性固定層に交換結合磁界を印加しているスピンバルブ
膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟磁性自由層
の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化との相対角度
が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサにおいて、
前記反強磁性層の厚さが3nmから9nmであり、前記
強磁性固定層の厚さが1.5nmから10nmであるこ
とを特徴とする磁気センサ。
3. A soft magnetic free layer / non-magnetic layer / ferromagnetic fixed layer /
An antiferromagnetic layer having a laminated structure, wherein the antiferromagnetic layer has a spin valve film for applying an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer, and the soft magnetic free layer is freed according to an external magnetic field. In a magnetic sensor in which the magnetization of the layer rotates and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistance effect,
A magnetic sensor, wherein the thickness of the antiferromagnetic layer is 3 nm to 9 nm, and the thickness of the ferromagnetic fixed layer is 1.5 nm to 10 nm.
【請求項4】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層/
反強磁性層の積層構成を有し、前記反強磁性層が前記強
磁性固定層に交換結合磁界を印加しているスピンバルブ
膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟磁性自由層
の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化との相対角度
が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサにおいて、
前記強磁性固定層の厚さを前記反強磁性層の厚さで割っ
た値で定義される膜厚比が0.5から1.0であることを
特徴とする磁気センサ。
4. A soft magnetic free layer / non-magnetic layer / ferromagnetic fixed layer /
An antiferromagnetic layer having a laminated structure, wherein the antiferromagnetic layer has a spin valve film for applying an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer, and the soft magnetic free layer is freed according to an external magnetic field. In a magnetic sensor in which the magnetization of the layer rotates and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistance effect,
A magnetic sensor, wherein a thickness ratio defined by a value obtained by dividing the thickness of the fixed ferromagnetic layer by the thickness of the antiferromagnetic layer is from 0.5 to 1.0.
【請求項5】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層/
反強磁性層の積層構成を有し、前記反強磁性層が前記強
磁性固定層に交換結合磁界を印加しているスピンバルブ
膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟磁性自由層
の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化との相対角度
が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサにおいて、
前記反強磁性層が前記強磁性固定層に交換結合磁界を印
加するのに必要な前記反強磁性層の厚さを、臨界厚さと
して定義したときに、前記強磁性固定層の厚さを前記反
強磁性層の臨界厚さで割った値で定義される膜厚比が
0.5から1.0であることを特徴とする磁気センサ。
5. A soft magnetic free layer / non-magnetic layer / ferromagnetic fixed layer /
An antiferromagnetic layer having a laminated structure, wherein the antiferromagnetic layer has a spin valve film for applying an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer, and the soft magnetic free layer is freed according to an external magnetic field. In a magnetic sensor in which the magnetization of the layer rotates and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistance effect,
When the thickness of the antiferromagnetic layer required for the antiferromagnetic layer to apply an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic fixed layer is defined as a critical thickness, the thickness of the ferromagnetic fixed layer is defined as A film thickness ratio defined by a value divided by a critical thickness of the antiferromagnetic layer is from 0.5 to 1.0.
【請求項6】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層/
反強磁性層の積層構成を有し、前記反強磁性層が前記強
磁性固定層に交換結合磁界を印加しているスピンバルブ
膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟磁性自由層
の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化との相対角度
が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサにおいて、
前記反強磁性層の組成が、Cu,Ag,Au,Pt,P
d,Rh,Ru,Ir,Os,Reの貴金属のいずれ
か、または複数の貴金属を含有し、その含有率が、5原
子%以上が40原子%以下、特に10原子%から30原
子%であり、その結晶構造が無秩序構造の面心立方構
造、または体心立方構造あるいはこれらを0〜10%以
下の範囲でわずかに歪めた構造を有することを特徴とす
る磁気センサ。
6. A soft magnetic free layer / non-magnetic layer / ferromagnetic fixed layer /
An antiferromagnetic layer having a laminated structure, wherein the antiferromagnetic layer has a spin valve film for applying an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer, and the soft magnetic free layer is freed according to an external magnetic field. In a magnetic sensor in which the magnetization of the layer rotates and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistance effect,
The composition of the antiferromagnetic layer is Cu, Ag, Au, Pt, P
It contains any one of d, Rh, Ru, Ir, Os and Re or a plurality of noble metals, and the content thereof is from 5 at% to 40 at%, especially from 10 to 30 at%. A magnetic sensor having a crystal structure having a face-centered cubic structure having a disordered structure, a body-centered cubic structure, or a structure in which these are slightly distorted in the range of 0 to 10% or less.
【請求項7】前記反強磁性層がマンガン70から90原
子%、およびイリジウム,ロジウム,ルテニウム,オス
ミウム,レニウムの貴金属のいずれか、または複数の貴
金属を10から30原子%の組成で、面心立方構造か、
もしくはこれが0〜10%以内でわずかに歪んだ構造を
有する請求項1,2,3,4または5の磁気センサ。
7. The antiferromagnetic layer has a composition of 70 to 90 atomic% of manganese and 10 to 30 atomic% of a noble metal of iridium, rhodium, ruthenium, osmium or rhenium or a plurality of noble metals. Cubic structure
6. A magnetic sensor according to claim 1, wherein said magnetic sensor has a structure slightly distorted within 0 to 10%.
【請求項8】前記反強磁性層がクロム40から58原子
%,マンガン30から48原子%、および白金,銅,イ
リジウム,ロジウム,ルテニウム,オスミウム,レニウ
ムの貴金属のいずれか、または複数の貴金属を4から2
0原子%の組成で、体心立方か、もしくはこれが0〜1
0%以内でわずかに歪んだ構造を有する請求項1,2,
3,4または5の磁気センサ。
8. The antiferromagnetic layer comprises 40 to 58 atomic% of chromium, 30 to 48 atomic% of manganese, and one or more of noble metals of platinum, copper, iridium, rhodium, ruthenium, osmium and rhenium. 4 to 2
0 atomic% composition, body-centered cubic or 0-1
A structure having a structure slightly distorted within 0%.
3, 4 or 5 magnetic sensors.
【請求項9】前記反強磁性層が鉄40から55原子%,
マンガン50から55原子%、あるいは白金,銅,イリ
ジウム,ロジウム,ルテニウム,オスミウム,レニウム
の貴金属のいずれか、または複数の貴金属を0から10
原子%の組成で、面心立方か、もしくはこれが0〜10
%以内でわずかに歪んだ構造を有する請求項1,2,
3,4または5の磁気センサ。
9. An antiferromagnetic layer comprising 40 to 55 atomic% of iron,
50 to 55 atomic% of manganese, or 0 to 10 of noble metals of platinum, copper, iridium, rhodium, ruthenium, osmium, rhenium, or a plurality of noble metals
Atomic% composition, face-centered cubic or 0-10
%, Having a structure slightly distorted within%.
3, 4 or 5 magnetic sensors.
【請求項10】前記反強磁性層がクロム60から90原
子%,アルミニウム5から30原子%、および白金,
銅,イリジウム,ロジウム,ルテニウム,オスミウム,
レニウムの貴金属のいずれか、または複数の貴金属を5
から25原子%の組成で、体心立方か、もしくはこれが
0〜10%以内でわずかに歪んだ構造を有する請求項
1,2,3,4または5の磁気センサ。
10. The antiferromagnetic layer comprises 60 to 90 atomic% of chromium, 5 to 30 atomic% of aluminum, and platinum.
Copper, iridium, rhodium, ruthenium, osmium,
5 or more noble metals of rhenium
6. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the composition is from 25 to 25 atomic% and has a body-centered cubic structure or a structure in which it is slightly distorted within 0 to 10%.
【請求項11】各元素の単物質の密度と、原子量から定
義される原子直径の値に対して、前記反強磁性層が、そ
の構成元素の平均の原子直径が0.287nmから0.2
94nmである請求項1,2,3,4,6,7,8,9
または10の磁気センサ。
11. The antiferromagnetic layer has an average atomic diameter of the constituent elements of 0.287 nm to 0.2% with respect to the density of the single substance of each element and the value of the atomic diameter defined from the atomic weight.
10. The composition of claim 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 9.
Or 10 magnetic sensors.
【請求項12】各元素の単物質の密度と、原子量から定
義される原子直径の値に対して、前記反強磁性層の構成
元素の平均の原子直径と、前記強磁性膜の構成元素の平
均の原子直径との比である(反強磁性層の構成元素の平
均の原子直径/前記強磁性膜の構成元素の平均の原子直
径)、の値が1.02から1.050である請求項1,
2,3,4,5,6,7,8,9,10または11の磁
気センサ。
12. The average atomic diameter of the constituent elements of the antiferromagnetic layer and the value of the atomic diameter defined from the density of the single substance of each element and the atomic weight, and the constituent elements of the ferromagnetic film. The ratio of the average atomic diameter to the average atomic diameter (the average atomic diameter of the constituent elements of the antiferromagnetic layer / the average atomic diameter of the constituent elements of the ferromagnetic film) is 1.02 to 1.050. Term 1,
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or 11 magnetic sensors.
【請求項13】前記強磁性層がコバルト40から95原
子%,鉄5から30原子%、およびニッケルを0から3
0原子%の組成で、面心立方構造を有する請求項1,
2,3,4,5,6,7,8,9,10,11または1
2の磁気センサ。
13. The ferromagnetic layer according to claim 1, wherein said ferromagnetic layer comprises 40 to 95 atomic% of cobalt, 5 to 30 atomic% of iron, and 0 to 3 atomic% of nickel.
The composition according to claim 1, which has a composition of 0 atomic% and a face-centered cubic structure.
2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 or 1
2 magnetic sensor.
【請求項14】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層
/反強磁性層/保護層の積層構成を有し、前記反強磁性
層が前記強磁性固定層に交換結合磁界を印加しているス
ピンバルブ膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟
磁性自由層の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化と
の相対角度が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサ
において、前記保護層が複数層の構成要素からなり、積
層構造からなることを特徴とする磁気センサ。
14. A laminated structure of a soft magnetic free layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic pinned layer / antiferromagnetic layer / protective layer, wherein the antiferromagnetic layer applies an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer. A magnetic sensor having a spin-valve film, wherein the magnetization of the soft magnetic free layer rotates in response to an external magnetic field, and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistive effect. 3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the protective layer includes a plurality of constituent elements and has a laminated structure.
【請求項15】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層
/反強磁性層/保護層の積層構成を有し、前記反強磁性
層が前記強磁性固定層に交換結合磁界を印加しているス
ピンバルブ膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟
磁性自由層の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化と
の相対角度が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサ
で、前記保護層、またはその少なくとも一部がV,T
i,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Pt,A
g,Au,Pt,Pd,Rh,Ru,Ir,Os,Re
のいずれかもしくはこれらを主成分とする膜であること
を特徴とする磁気センサ。
15. A laminated structure of a soft magnetic free layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic pinned layer / antiferromagnetic layer / protective layer, wherein the antiferromagnetic layer applies an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer. A magnetic sensor having a spin-valve film, wherein the magnetization of the soft magnetic free layer rotates in response to an external magnetic field, and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistive effect. Wherein the protective layer, or at least a part thereof, is V, T
i, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pt, A
g, Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Re
Or a film containing these as a main component.
【請求項16】軟磁性自由層/非磁性層/強磁性固定層
/反強磁性層/保護層の積層構成を有し、前記反強磁性
層が前記強磁性固定層に交換結合磁界を印加しているス
ピンバルブ膜を有していて、外部の磁界に応じて前記軟
磁性自由層の磁化が回転し、前記強磁性固定層の磁化と
の相対角度が変わって磁気抵抗効果を生じる磁気センサ
において、前記保護層が面心立方構造もしくは体心立方
構造を有する金属膜であることを特徴とする磁気セン
サ。
16. A laminated structure of a soft magnetic free layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic pinned layer / antiferromagnetic layer / protective layer, wherein the antiferromagnetic layer applies an exchange coupling magnetic field to the ferromagnetic pinned layer. A magnetic sensor having a spin-valve film, wherein the magnetization of the soft magnetic free layer rotates in response to an external magnetic field, and the relative angle with the magnetization of the ferromagnetic fixed layer changes to produce a magnetoresistive effect. 3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the protective layer is a metal film having a face-centered cubic structure or a body-centered cubic structure.
【請求項17】前記保護膜もしくは前記保護膜が前記反
強磁性層と接する部分が前記反強磁性層と結晶学的な連
続性を有する請求項14,15または16の磁気セン
サ。
17. The magnetic sensor according to claim 14, 15 or 16, wherein the protective film or a portion where the protective film is in contact with the antiferromagnetic layer has crystallographic continuity with the antiferromagnetic layer.
【請求項18】前記保護膜が非磁性である請求項14,
15,16または17の磁気センサ。
18. The method according to claim 14, wherein said protective film is non-magnetic.
15, 16 or 17 magnetic sensors.
【請求項19】前記保護膜が電気抵抗率が50から10
00μΩcmの高電気抵抗を有する請求項14,15,1
6,17または18の磁気センサ。
19. The protective film has an electric resistivity of 50 to 10
A high electric resistance of 00 μΩcm, wherein the electric resistance is high.
6, 17 or 18 magnetic sensors.
【請求項20】信号を磁気的に記録した強磁性記録媒体
を有するディスクと、前記ディスクにに摺動面を近接し
て、前記ディスクに対して相対運動を行い、前記記録媒
体から漏洩する磁界を検出する磁気ヘッドとを有する磁
気記録再生装置の前記磁気ヘッドが、請求項1から19
のいずれかの磁気センサを有する磁気記録再生装置。
20. A disk having a ferromagnetic recording medium on which a signal is magnetically recorded, and a magnetic field leaking from the recording medium by moving relative to the disk by bringing a sliding surface close to the disk. 20. The magnetic head of a magnetic recording / reproducing apparatus comprising: a magnetic head that detects
A magnetic recording and reproducing apparatus having the magnetic sensor according to any one of the above.
【請求項21】前記磁気ヘッドが、請求項1から19の
いずれかの磁気センサと、少なくとも誘導型コイル絶縁
部にフォトレジストを有するインダクティブヘッドを有
する請求項20の磁気記録再生装置。
21. A magnetic recording / reproducing apparatus according to claim 20, wherein said magnetic head includes the magnetic sensor according to any one of claims 1 to 19, and an inductive head having a photoresist at least in an inductive coil insulating portion.
【請求項22】前記磁気ヘッドが、請求項1から19の
いずれかの磁気センサを有し、その製造過程でスピンバ
ルブ積層膜の形成後に200℃以上400℃以下の熱処
理工程を経る請求項20の磁気記録再生装置。
22. The magnetic head according to claim 1, wherein the magnetic sensor is subjected to a heat treatment step of 200 ° C. or more and 400 ° C. or less after the formation of the spin valve laminated film in the manufacturing process. Magnetic recording and reproducing device.
【請求項23】前記磁気ヘッドが、請求項1から19の
いずれかの磁気センサと、誘導型インダクティブヘッド
を有し、前記インダクティブヘッドのコアをスパッタリ
ング法にて形成し、この時の基板温度を100℃から3
00℃で製造する請求項20の磁気記録再生装置。
23. The magnetic head has a magnetic sensor according to any one of claims 1 to 19 and an inductive head, wherein the core of the inductive head is formed by a sputtering method. 100 ℃ to 3
21. The magnetic recording and reproducing apparatus according to claim 20, manufactured at 00C.
【請求項24】前記磁気ヘッドが、請求項1から19の
いずれかの磁気センサを有し、前記磁気ヘッドが真空成
膜法もしくはCVD法で作製した絶縁膜を有し、前記絶
縁膜の形成する時の基板温度を100℃から300℃で
製造される請求項20の磁気記録再生装置。
24. The magnetic head according to claim 1, wherein the magnetic head has an insulating film formed by a vacuum film forming method or a CVD method. 21. The magnetic recording / reproducing apparatus according to claim 20, wherein the substrate is manufactured at a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C.
【請求項25】前記磁気ヘッドが、請求項1から19の
いずれかの磁気センサを有し、読み取り動作時に前記磁
気センサの磁気抵抗効果積層膜部に30MA/cm以上の
密度の電流を通じる請求項20の磁気記録再生装置。
25. The magnetic head according to claim 1, wherein a current having a density of 30 MA / cm or more is passed through the magnetoresistive effect laminated film portion of the magnetic sensor during a reading operation. Item 21. The magnetic recording and reproducing device according to Item 20.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001291915A (en) * 2000-02-11 2001-10-19 Headway Technologies Inc Magnetoresistance sensor element and its manufacturing method
US7808749B2 (en) 2006-03-03 2010-10-05 Ricoh Company, Ltd. Magnetoresistance effect element, substrate therefor and manufacturing method thereof
CN109716547A (en) * 2016-08-10 2019-05-03 阿尔卑斯阿尔派株式会社 Exchanging coupling film and the magneto-resistance effect element and magnetic detection device for using the exchanging coupling film

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