JP2001160640A - Magnetoresistive element, magnetoresistive head, magnetic reproducing device, and magnetic laminate - Google Patents
Magnetoresistive element, magnetoresistive head, magnetic reproducing device, and magnetic laminateInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】安価で高性能の磁気抵抗効果素子を提供するこ
とが可能である。また、薄膜化の素子を提供することが
でき、狭ギャップを要する磁気再生ヘッド、さらにハー
ドディスクドライブ等の磁気再生システムに好適であ
る。
【解決手段】強磁性層の磁化を90度方向に結合する中
間層35をピン層33、37間に挿入することにより、
フリー層41を反強磁性体43で単磁区化するための熱
処理と、ピン層の磁化を固着するための熱処理を同時に
行う。これにより、フリー層41に接する反強磁性層4
3と、ピン層33に接する反強磁性層31のブロッキン
グ温度に差が必要なくなるため、高交換結合磁場、高ブ
ロッキング温度を有する反強磁性層を選択できる。ま
た、交換結合磁場の分散に対する許容範囲が広がるた
め、反強磁性層の薄膜化が実現でき、狭ギャップを要す
る磁気再生ヘッドに適用できる。
(57) [Summary] An inexpensive and high-performance magnetoresistive element can be provided. Further, a thin-film element can be provided, which is suitable for a magnetic reproducing head requiring a narrow gap and a magnetic reproducing system such as a hard disk drive. An intermediate layer (35) for coupling the magnetization of a ferromagnetic layer in a direction of 90 degrees is inserted between pinned layers (33, 37),
A heat treatment for converting the free layer 41 into a single magnetic domain with the antiferromagnetic material 43 and a heat treatment for fixing the magnetization of the pinned layer are performed simultaneously. Thus, the antiferromagnetic layer 4 in contact with the free layer 41
3 and the blocking temperature of the antiferromagnetic layer 31 in contact with the pinned layer 33 are not required, so that an antiferromagnetic layer having a high exchange coupling magnetic field and a high blocking temperature can be selected. Further, since the allowable range for dispersion of the exchange coupling magnetic field is widened, the antiferromagnetic layer can be made thinner and can be applied to a magnetic reproducing head requiring a narrow gap.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は外部磁場の変化を検
出する磁気抵抗効果素子、この磁気抵抗効果素子を具備
する磁気抵抗効果ヘッド、この磁気抵抗効果ヘッドを搭
載する磁気再生装置、さらに、互いの磁化方向が略直交
である2層の強磁性層を備える磁性積層体に関する。The present invention relates to a magnetoresistive element for detecting a change in an external magnetic field, a magnetoresistive head provided with the magnetoresistive element, a magnetic reproducing apparatus equipped with the magnetoresistive head, and a mutual reproducing apparatus. The present invention relates to a magnetic laminate comprising two ferromagnetic layers whose magnetization directions are substantially orthogonal.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、磁気記録媒体に記録された磁気情
報の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドと記
録媒体とを相対移動させ、その際に発生する電磁誘導に
よりコイルに誘起される電圧を検出する方法が用いられ
ていた。その後、特定の強磁性体の電気抵抗が外部磁場
の強さに応じて変化する磁気抵抗効果(MagnetoResista
nce)を利用し、磁気情報を再生する磁気抵抗効果素子
(MR素子と称する。)が開発された(IEEE MAG‐7,
150(1971)等参照)。このMR素子は、磁場センサに
用いられる他、ハードディスクドライブ等の磁気再生装
置に搭載される磁気抵抗効果ヘッド(MRヘッド)とし
て用いられる。2. Description of the Related Art Conventionally, to read magnetic information recorded on a magnetic recording medium, a reproducing magnetic head having a coil and a recording medium are relatively moved, and a voltage induced in the coil by electromagnetic induction generated at that time. Has been used. Then, the magnetoresistance effect (MagnetoResista) in which the electrical resistance of a specific ferromagnetic material changes according to the strength of the external magnetic field
(Magnetic resistance effect element (referred to as MR element) that reproduces magnetic information using the
150 (1971) etc.). This MR element is used not only as a magnetic field sensor but also as a magnetoresistive head (MR head) mounted on a magnetic reproducing device such as a hard disk drive.
【0003】磁気再生装置に載る磁気記録媒体の小型・
大容量化は、近年益々進み、情報読出し時の再生用磁気
ヘッドと磁気記録媒体との相対速度がより小さくなり、
小さい相対速度であっても大出力が得られるMRヘッド
への期待が高まっている。[0003] The size of a magnetic recording medium mounted on a magnetic reproducing apparatus has been reduced.
In recent years, the increase in capacity has been increasingly advanced, and the relative speed between the reproducing magnetic head and the magnetic recording medium at the time of reading information has become smaller,
There is an increasing expectation for an MR head capable of obtaining a large output even at a small relative speed.
【0004】このような期待に対して、巨大磁気抵抗効
果膜が開発された。この巨大磁気抵抗効果膜は、Fe/
CrやFe/Cuのように強磁性金属膜と非磁性金属膜
とを所定条件にて交互に積層して、近接する強磁性金属
膜間を反強磁性結合させた多層膜、いわゆる人工格子膜
である(Phys. Rev. Lett. 61 2474 (1988), Phys. Re
v. Lett. 64 2304 (1990)等参照)。しかし、人工格子
膜は磁化が飽和するのに必要な磁場が大きいため、MR
ヘッド用の膜材料として適さない。[0004] In response to such expectations, giant magnetoresistive films have been developed. This giant magnetoresistive film is made of Fe /
A multilayered film in which ferromagnetic metal films and non-magnetic metal films such as Cr and Fe / Cu are alternately laminated under predetermined conditions, and adjacent ferromagnetic metal films are antiferromagnetically coupled, a so-called artificial lattice film. (Phys. Rev. Lett. 61 2474 (1988), Phys. Re.
v. Lett. 64 2304 (1990) etc.). However, the artificial lattice film requires a large magnetic field to saturate the magnetization,
Not suitable as film material for head.
【0005】一方、非磁性金属層を強磁性金属層により
上下から挟んだ強磁性金属層/非磁性金属層/強磁性金
属層の多層膜で、二つの強磁性金属層が磁気結合しない
(非結合)のMR膜において、大きな磁気抵抗効果を実
現した例が報告されている。このMR膜は、強磁性金属
層の磁化(スピン)を固定しておき、他方の強磁性層の
磁化を外部磁場により磁化反転させることを特徴として
いる。これにより、非磁性層を挟んで配置された強磁性
金属層のスピン方向の相対的な角度を変化させることに
よって磁気抵抗効果が得られるため、このようなMR素
子はスピンバルブ素子と呼ばれている(Phys.Rev.B 4
5 806 (1992), J. Appl. Phys. 69 4774(1991)等参
照)。On the other hand, in a multilayer film of a ferromagnetic metal layer / a nonmagnetic metal layer / a ferromagnetic metal layer in which a nonmagnetic metal layer is sandwiched between ferromagnetic metal layers from above and below, the two ferromagnetic metal layers are not magnetically coupled (non-magnetic). An example in which a large magnetoresistance effect is realized in an MR film of (bonding) has been reported. This MR film is characterized in that the magnetization (spin) of the ferromagnetic metal layer is fixed, and the magnetization of the other ferromagnetic layer is reversed by an external magnetic field. Thereby, the magnetoresistance effect can be obtained by changing the relative angle of the spin direction of the ferromagnetic metal layer disposed with the nonmagnetic layer interposed therebetween. Such an MR element is called a spin valve element. (Phys. Rev. B 4
5 806 (1992), J. Appl. Phys. 69 4774 (1991), etc.).
【0006】このようなスピンバルブ素子の磁気抵抗変
化率は、人工格子膜に比べると小さいものの、直が飽和
するのに必要な磁場が小さいため、MRヘッド用途に適
しており、既に実用化に至っている。Although the spin valve element has a small magnetoresistance change rate as compared with the artificial lattice film, the magnetic field required for saturation of the direct current is small, so that it is suitable for MR head applications and has already been put to practical use. Has reached.
【0007】一般的なスピンバルブ素子は、強磁性フリ
ー層、中間非磁性層、強磁性ピン層、及び反強磁性層の
積層構造を備える。反強磁性層と接する強磁性ピン層の
磁化は反強磁性層からの交換バイアス磁場によって外部
磁場の下で一方向に固着される。これに対し、強磁性フ
リー層は外部磁場に対して自由に回転可能であり、強磁
性フリー層と強磁性ピン層の磁化の平行/反平行状態を
低磁場において容易に実現できる。尚、両強磁性層の磁
化が平行状態で素子の電気抵抗は低く、反平行状態で電
気抵抗は高くなり、スピンバルブ素子では、二つの抵抗
値の差を大きくすることで高い抵抗効果変化率が得られ
る。A general spin valve element has a laminated structure of a ferromagnetic free layer, an intermediate nonmagnetic layer, a ferromagnetic pinned layer, and an antiferromagnetic layer. The magnetization of the ferromagnetic pinned layer in contact with the antiferromagnetic layer is fixed in one direction under an external magnetic field by an exchange bias magnetic field from the antiferromagnetic layer. On the other hand, the ferromagnetic free layer can freely rotate with respect to an external magnetic field, and a parallel / anti-parallel state of magnetization of the ferromagnetic free layer and the ferromagnetic pinned layer can be easily realized in a low magnetic field. The electric resistance of the element is low when the magnetizations of both ferromagnetic layers are parallel, and the electric resistance is high when the magnetizations of the two ferromagnetic layers are antiparallel. Is obtained.
【0008】実際にスピンバルブ素子を用いる場合に
は、抵抗変化の線形領域を利用して高感度を得るため
に、強磁性フリー層の磁化はゼロ磁場中でピン層の磁化
と略直交するようにバイアスすることが好ましい。この
バイアスは、フリー層の磁化が外部磁場に対して回転す
る際にバルクハウゼンノイズが発生しないように、単磁
区化するという意味でも重要である。このため、スピン
バルブ膜の側面には単磁区化の目的で磁石と同様の機能
をもつ硬質磁性膜が設けられる。When a spin valve element is actually used, the magnetization of the ferromagnetic free layer should be substantially orthogonal to the magnetization of the pinned layer in a zero magnetic field in order to obtain high sensitivity using the linear region of resistance change. Is preferably biased. This bias is also important in terms of forming a single magnetic domain so that Barkhausen noise does not occur when the magnetization of the free layer rotates with respect to an external magnetic field. For this reason, a hard magnetic film having the same function as a magnet is provided on the side surface of the spin valve film for the purpose of forming a single magnetic domain.
【0009】この硬質磁性膜の厚さは、強磁性フリー層
と等しい場合に適当なバイアスを印加でき、これ以上薄
くなるとバイアス不足により強磁性フリー層の単磁区化
が達成し難い。また、フリー層以上に厚くなるとバイア
ス過多となり強磁性フリー層の透磁率が低下する。When the thickness of the hard magnetic film is equal to the thickness of the ferromagnetic free layer, an appropriate bias can be applied. If the thickness of the hard magnetic film is thinner than this, it is difficult to achieve a single magnetic domain of the ferromagnetic free layer due to insufficient bias. On the other hand, if the thickness is larger than the free layer, the bias becomes excessive and the magnetic permeability of the ferromagnetic free layer decreases.
【0010】しかし、現状では、硬質磁性膜を強磁性フ
リー層と同等の厚さまで薄くすると、両者の接合面積が
小さくなるため磁気接合がうまくできず、ハード膜を強
磁性フリー層に対して厚い構成をとらざるを得ない。そ
の結果、強磁性フリー層に印加されるバイアスが過剰と
なり、強磁性フリー層の透磁率が低下し、感度と出力に
損失を与えている。However, under the present circumstances, if the hard magnetic film is thinned to the same thickness as the ferromagnetic free layer, the junction area between them becomes small, so that the magnetic junction cannot be made well and the hard film is thicker than the ferromagnetic free layer. The configuration has to be taken. As a result, the bias applied to the ferromagnetic free layer becomes excessive, the magnetic permeability of the ferromagnetic free layer decreases, and the sensitivity and the output are lost.
【0011】これを解決するために、フリー層端部に所
定形状の反強磁性層を積層して反強磁性層とフリー層と
の交換結合によりフリー層端部の磁化を固着し、この部
分からフリー層の中央磁界応答部にバイアスを印加する
構成をとったスピンバルブ素子が提案されている。所定
形状(パターン)に加工された反強磁性層を用いたバイ
アス方法であることから、パターンドバイアス構造とい
う。In order to solve this problem, an antiferromagnetic layer having a predetermined shape is laminated at the end of the free layer, and the magnetization at the end of the free layer is fixed by exchange coupling between the antiferromagnetic layer and the free layer. Has proposed a spin valve element having a configuration in which a bias is applied to a central magnetic field response section of a free layer. Since this is a bias method using an antiferromagnetic layer processed into a predetermined shape (pattern), it is called a patterned bias structure.
【0012】パターンドバイアス構造のスピンバルブ素
子について、斜視図を図20(a)に示す。FIG. 20A is a perspective view of a spin valve element having a patterned bias structure.
【0013】このスピンバルブ素子は、下から順に積層
された第1の反強磁性層1、強磁性ピン層3、中間非磁
性層5、強磁性フリー層7を有し、さらに強磁性フリー
層7の長手方向の両端に積層された一対の第2の反強磁
性層9、及び一対のリード電極11を有する。This spin valve element has a first antiferromagnetic layer 1, a ferromagnetic pinned layer 3, an intermediate nonmagnetic layer 5, and a ferromagnetic free layer 7, which are stacked in this order from the bottom. 7 has a pair of second antiferromagnetic layers 9 stacked on both ends in the longitudinal direction, and a pair of lead electrodes 11.
【0014】強磁性フリー層7の両端及び強磁性ピン層
3は、夫々第2の反強磁性層9、第1の反強磁性層1と
の磁気交換結合によって、図20(a)中の一方向異方
性の磁化が付与されている。つまり、強磁性フリー層7
のうち第2の反強磁性層9と積層された両端部(斜線
部)は、両者の交換結合によって紙面内右方向に磁化固
定され、あたかも硬質磁性膜として働く。そして、両端
部で挟まれる中央磁界応答部の磁化は、第2の反強磁性
層9と強磁性フリー層7の両端部からのバイアス磁場を
受けてゼロ磁場において矢印方向の一方向異方性の磁化
を有する。一方、強磁性ピン層3の磁化は、第1の反強
磁性層1との交換結合によって、図20(a)の紙面表
から裏にむかう方向に固着される。Both ends of the ferromagnetic free layer 7 and the ferromagnetic pinned layer 3 are connected to the second antiferromagnetic layer 9 and the first antiferromagnetic layer 1 by magnetic exchange coupling, respectively, as shown in FIG. Unidirectional anisotropic magnetization is provided. That is, the ferromagnetic free layer 7
Of these, the two end portions (hatched portions) stacked with the second antiferromagnetic layer 9 are pinned in the right direction in the drawing by exchange coupling, and act as a hard magnetic film. Then, the magnetization of the central magnetic field responsive portion sandwiched between both ends is subjected to a bias magnetic field from both ends of the second antiferromagnetic layer 9 and the ferromagnetic free layer 7 and is unidirectionally anisotropic in the direction of the arrow at zero magnetic field. Having the magnetization of On the other hand, the magnetization of the ferromagnetic pinned layer 3 is fixed by exchange coupling with the first antiferromagnetic layer 1 in a direction from the front to the back in FIG. 20A.
【0015】パターンドバイアス構造では、第2の反強
磁性層9と強磁性フリー層7の交換結合膜、及び第1の
反強磁性層1と強磁性ピン層3の二つの交換結合膜が必
要となる。交換結合膜の強磁性層への一方向異方性の付
与は磁場中熱処理によって行うが、夫々が影響を及ぼす
強磁性ピン層3と強磁性フリー層7の磁化を直行関係に
する必要から、両反強磁性層1、9の夫々に異なる磁場
を印加した状態で熱処理を施さなくてはならない。強磁
性ピン層3との交換結合磁場がゼロになる第1反強磁性
層1のブロッキング温度をTB1、強磁性フリー層との交
換結合磁場がゼロになる第2反強磁性層9のブロッキン
グ温度をTB2とした場合の熱処理行程(時間―温度)を
図20(b)に示す。尚、反強磁性膜は一軸異方性を持
つことから、便宜的に双方向の矢印でその磁化状態を示
している。In the patterned bias structure, the exchange coupling film of the second antiferromagnetic layer 9 and the ferromagnetic free layer 7 and the two exchange coupling films of the first antiferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic pinned layer 3 are formed. Required. The unidirectional anisotropy is given to the ferromagnetic layer of the exchange-coupling film by heat treatment in a magnetic field. However, since the magnetization of the ferromagnetic pinned layer 3 and the magnetization of the ferromagnetic free layer 7 influenced by each need to be orthogonal, Heat treatment must be performed in a state where different magnetic fields are applied to the antiferromagnetic layers 1 and 9 respectively. The blocking temperature of the first antiferromagnetic layer 1 at which the exchange coupling magnetic field with the ferromagnetic pinned layer 3 becomes zero is T B1 , and the blocking of the second antiferromagnetic layer 9 at which the exchange coupling magnetic field with the ferromagnetic free layer becomes zero. heat treatment process when the temperature was T B2 (time - temperature) are shown in Figure 20 (b). Since the antiferromagnetic film has uniaxial anisotropy, its magnetization state is indicated by a bidirectional arrow for convenience.
【0016】第1及び第2の反強磁性層1、9による磁
化固着を完全に行うには、ブロッキング温度の差|Tb
1−Tb2|の大きい2種類の反強磁性層材料が必要とな
り、さらに、両者の交換結合磁場が重ならない程度に、
交換結合磁場の分散が小さい2種の反強磁性層材料が必
要となる。さらに、これらの条件に加えて、スピンバル
ブ素子に用いる際に本質的に重要な高交換結合磁場、高
ブロッキング温度の特性を併せ持つ材料は容易に探しだ
せるものではない。In order to completely fix the magnetization by the first and second antiferromagnetic layers 1 and 9, the difference in blocking temperature | Tb
Two kinds of antiferromagnetic layer materials having a large 1− Tb 2 | are required, and further, to the extent that the exchange coupling magnetic fields of the two do not overlap,
Two kinds of antiferromagnetic layer materials having a small exchange coupling magnetic field dispersion are required. Further, in addition to these conditions, a material having characteristics of a high exchange coupling magnetic field and a high blocking temperature, which are essentially important when used in a spin valve element, cannot be easily found.
【0017】一方、エピタキシャル成長によるCoFe/Mn/
CoFe等の三層構造において、二つの強磁性層CoFe間の磁
気直交結合が観察されている(J. Appl. Phys. 79 (8),
15April 1996 等参照)。On the other hand, CoFe / Mn /
In a three-layer structure such as CoFe, magnetic orthogonal coupling between two ferromagnetic layers CoFe has been observed (J. Appl. Phys. 79 (8),
15 April 1996, etc.).
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
実状の下に考案された新規な磁気抵抗効果素子を提供
し、特に、製造コストの低い磁気抵抗効果素子、磁気抵
抗効果ヘッド、磁気再生装置、及び磁性積層体を提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a novel magnetoresistive element devised under such circumstances, and in particular, a magnetoresistive element, a magnetoresistive head, and a magnetic head having a low manufacturing cost. It is an object to provide a reproducing device and a magnetic laminate.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記課題に対し、本発明
の第一は、第1方向の磁化を備える第1の強磁性層と、
第1の強磁性層と積層形成された磁化結合層と、磁化結
合層を介して第1の強磁性層と積層形成され、磁化結合
層により第1の強磁性層と磁化結合されて第1方向と略
直交方向の磁化を備える第2の強磁性層と、中間非磁性
層と、中間非磁性層を介して第2の強磁性層と積層形成
され、外部磁場がゼロの状態で第1方向と略同方向の磁
化を備える第3の強磁性層とを備えることを特徴とする
磁気抵抗効果素子を提供する。According to the present invention, there is provided a first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction,
A magnetic coupling layer formed by lamination with the first ferromagnetic layer; and a first ferromagnetic layer formed by lamination via the magnetic coupling layer. The first magnetic layer is magnetically coupled to the first ferromagnetic layer by the magnetic coupling layer. A second ferromagnetic layer having a magnetization in a direction substantially orthogonal to the direction, an intermediate nonmagnetic layer, and a second ferromagnetic layer laminated via the intermediate nonmagnetic layer. And a third ferromagnetic layer having a magnetization substantially in the same direction as the first ferromagnetic layer.
【0020】また、本発明の第二は、第1方向の磁化を
備える第1の強磁性層と、同一金属の価数の異なる酸化
物を2種以上含む混相膜、あるいは、同一金属の価数の
異なる酸化物層が2層以上積層された積層膜を具備し、
第1の強磁性層と積層形成された挿入層と、挿入層を介
して第1の強磁性層と積層形成され、第1方向と略直交
方向の磁化を備える第2の強磁性層と、中間非磁性層
と、中間非磁性層を介して第2の強磁性層と積層形成さ
れ、外部磁場がゼロの状態で第1方向と略同方向の磁化
を備える第3の強磁性層とを備えることを特徴とする磁
気抵抗効果素子を提供する。A second aspect of the present invention is a first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction, a mixed phase film containing two or more oxides of the same metal having different valences, or a valence of the same metal. A stacked film in which two or more oxide layers having different numbers are stacked,
An insertion layer laminated with the first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer laminated with the first ferromagnetic layer via the insertion layer, and provided with magnetization in a direction substantially orthogonal to the first direction; An intermediate non-magnetic layer, and a third ferromagnetic layer laminated and formed with the second ferromagnetic layer via the intermediate non-magnetic layer and having a magnetization substantially in the same direction as the first direction in a state where the external magnetic field is zero. A magnetoresistive element is provided.
【0021】これらの磁気抵抗効果素子は、外部磁場が
ゼロの状態で中間非磁性層を挟む第2の強磁性層と第3
の強磁性層とが外部磁場がゼロの状態で互いに略直交関
係の磁化を有する。そして、磁化結合層、あるいは挿入
層によって第1の強磁性層と第2の強磁性層との磁化方
向は略直交方向に結合される。よって、第1及び第3の
強磁性層の磁化方向は略同一方向にでき、従って、磁気
バイアス付与のための熱処理工程を減らすことが可能と
なり、ひいては製造工程の簡略化を図ることが可能とな
る。These magnetoresistive elements have a third ferromagnetic layer and a third ferromagnetic layer sandwiching the intermediate nonmagnetic layer in a state where the external magnetic field is zero.
The ferromagnetic layers have magnetizations that are substantially orthogonal to each other when the external magnetic field is zero. Then, the magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are substantially orthogonal to each other by the magnetic coupling layer or the insertion layer. Therefore, the magnetization directions of the first and third ferromagnetic layers can be made substantially the same direction, so that the number of heat treatment steps for applying a magnetic bias can be reduced, and the manufacturing process can be simplified. Become.
【0022】尚、このような工程の簡略化は、磁気ヘッ
ドの生産性向上に寄与すること大であり、単価の低い磁
気抵抗効果ヘッド、さらには磁気再生装置の提供が可能
となる。The simplification of the process greatly contributes to the improvement of the productivity of the magnetic head, and it is possible to provide a magnetoresistive head with a low unit price and a magnetic reproducing apparatus.
【0023】第1及び第3の強磁性層への磁気バイアス
には、それぞれに第1及び第2の反強磁性層を用いた交
換結合バイアスのほか、反強磁性層の換わりに硬質磁性
層や、複数の強磁性層の積層膜、強磁性層と非磁性相と
の積層膜、反強磁性層と強磁性層との積層膜、及び硬質
磁性層と強磁性層との積層膜を用いることも可能であ
る。The magnetic bias applied to the first and third ferromagnetic layers includes an exchange coupling bias using the first and second antiferromagnetic layers, respectively, and a hard magnetic layer instead of the antiferromagnetic layer. Or a stacked film of a plurality of ferromagnetic layers, a stacked film of a ferromagnetic layer and a non-magnetic phase, a stacked film of an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer, and a stacked film of a hard magnetic layer and a ferromagnetic layer It is also possible.
【0024】そして、磁気バイアスの付与にあたって、
これらの同質材料の選択に自由度が得られる。例えば、
反強磁性層を磁気バイアス付与に用いる場合には、二つ
の反強磁性層のブロッキング温度に差を設ける必要がな
くなり、周知の材料、例えばIrMn、PtMn、Fe
Mn、NiMn、NiO、α−Fe2O3等から適宜選択
することができる。In applying the magnetic bias,
The flexibility in selecting these homogeneous materials is obtained. For example,
When the antiferromagnetic layer is used for applying a magnetic bias, it is not necessary to provide a difference between the blocking temperatures of the two antiferromagnetic layers, and known materials such as IrMn, PtMn, and Fe
It can be appropriately selected from Mn, NiMn, NiO, α-Fe 2 O 3 and the like.
【0025】本発明の磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果
ヘッド、及び磁気再生装置において、次の構成を備える
ことが好ましい。It is preferable that the magnetoresistive element, the magnetoresistive head, and the magnetic reproducing apparatus of the present invention have the following configuration.
【0026】1)第2の強磁性層は、外部磁場の変動に
伴って磁化方向が変わる磁化フリー層であり、前記第3
の強磁性層は、前記磁化フリー層の磁化が変わる外部磁
場において、磁化方向が実質的に変わらない磁化ピン層
である。この際、第1の強磁性層の磁化は第2の強磁性
層の磁化方向変化に併せて回転する構成としても回転し
ない構成としてもよい。尚第2及び第3の強磁性層は互
いに磁気的に非結合とすることができる。1) The second ferromagnetic layer is a magnetization free layer whose magnetization direction changes according to a change in an external magnetic field.
Is a magnetization pinned layer whose magnetization direction does not substantially change in an external magnetic field where the magnetization of the magnetization free layer changes. At this time, the magnetization of the first ferromagnetic layer may be configured to rotate according to the change in the magnetization direction of the second ferromagnetic layer or may be configured not to rotate. The second and third ferromagnetic layers can be magnetically decoupled from each other.
【0027】2)第3の強磁性層は、外部磁場の変動に
伴って磁化方向が変わる磁化フリー層であり、第2の強
磁性層は磁化フリー層の磁化が変わる外部磁場におい
て、磁化方向が実質的に変わらない磁化ピン層である。
この際、第1の強磁性層の磁化は磁化フリー層の磁化が
変わる外部磁場において、実質的に変わらないことが好
ましい。尚、第2及び第3の強磁性層は互いに磁気的に
非結合とすることができる。2) The third ferromagnetic layer is a magnetization free layer whose magnetization direction changes in accordance with the change of the external magnetic field, and the second ferromagnetic layer is a magnetization direction in an external magnetic field where the magnetization of the magnetization free layer changes. Is a magnetization pinned layer that does not substantially change.
At this time, it is preferable that the magnetization of the first ferromagnetic layer does not substantially change in an external magnetic field where the magnetization of the magnetization free layer changes. Note that the second and third ferromagnetic layers can be magnetically decoupled from each other.
【0028】3)第1の反強磁性層は、第1の強磁性層
の長手方向における両端部のみに積層形成される。また
は/及び第2の反強磁性層は、前記第3の強磁性層の長
手方向における両端部のみに形成される。3) The first antiferromagnetic layer is formed only on both ends in the longitudinal direction of the first ferromagnetic layer. And / or the second antiferromagnetic layer is formed only at both ends in the longitudinal direction of the third ferromagnetic layer.
【0029】4)第1の反強磁性層は、前記第1の強磁
性層の一表面全面を覆うように形成される。4) The first antiferromagnetic layer is formed so as to cover one entire surface of the first ferromagnetic layer.
【0030】5)第1の反強磁性層と第1の強磁性層と
の間、または第2の反強磁性層と第3の強磁性層との間
にさらに非磁性層を備える。5) A nonmagnetic layer is further provided between the first antiferromagnetic layer and the first ferromagnetic layer or between the second antiferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer.
【0031】6)第1、第2、及び第3の強磁性層は、
2つの強磁性層とこれらを反強磁性的に磁化結合させる
反強磁性結合用中間層を備える。反強磁性的結合した二
つの強磁性層と中間層は、いわゆるシンセティック反強
磁性膜といわれるユニットを構成し、二つの強磁性層が
互いに反平行を向くことからユニット内で磁界が閉じて
外部への漏れ磁場を低減でき、バイアスポイントを好適
に制御できる。6) The first, second, and third ferromagnetic layers are:
It has two ferromagnetic layers and an intermediate layer for antiferromagnetic coupling for magnetically coupling the two ferromagnetic layers. The two antiferromagnetically coupled ferromagnetic layers and the intermediate layer constitute a unit called a so-called synthetic antiferromagnetic film. Since the two ferromagnetic layers are antiparallel to each other, the magnetic field closes inside the unit and the external And the bias point can be suitably controlled.
【0032】7)磁化結合層、または挿入層は、同一金
属の価数の異なる酸化物を2種以上含む混相膜、あるい
は、同一金属の価数の異なる酸化物層が2層以上積層さ
れた積層膜を具備する。ここで、同一金属の価数の異な
る酸化物は、 7−1)FeO,Fe3O4,α‐Fe2O3,γ‐Fe2
O3から選ばれる 7−2)CrO,Cr2O3,CrO2,Cr2O5,Cr
O3,CrO5から選ばれる。7) The magnetic coupling layer or the insertion layer is a multiphase film containing two or more kinds of oxides of the same metal having different valences, or two or more oxide layers of the same metal having different valences are laminated. It has a laminated film. Here, oxides of the same metal having different valences are as follows: 7-1) FeO, Fe 3 O 4 , α-Fe 2 O 3 , γ-Fe 2
O 3 7-2 selected from) CrO, Cr 2 O 3, CrO 2, Cr 2 O 5, Cr
It is selected from O 3 and CrO 5 .
【0033】7−3)MnO,MnO2から選ばれる。7-3) MnO or MnO 2 is selected.
【0034】8)磁化結合層、または挿入層が酸化物等
の絶縁層であり、この磁化結合層と共に中間非磁性層を
挟む新たな絶縁層をさらに備えることで、各絶縁層の界
面で電子鏡面反射を誘起し、反射された電子が中間非磁
性層との界面に再びくるように構成されてなる。この電
子反射層は、スペキュラ効果として知られるものであ
る。8) The magnetic coupling layer or the insertion layer is an insulating layer such as an oxide, and further includes a new insulating layer sandwiching the intermediate non-magnetic layer together with the magnetic coupling layer, so that electrons can be generated at the interface between the insulating layers. Specular reflection is induced, and the reflected electrons come back to the interface with the intermediate nonmagnetic layer. This electron reflection layer is known as the specular effect.
【0035】9)磁化結合層、または挿入層によって、
互いに直交結合した第1及び第2の強磁性層は外部磁場
が印加されると材料の選択等により、次の二通りの磁化
回転を起こす。9) By the magnetic coupling layer or the insertion layer,
When an external magnetic field is applied, the first and second ferromagnetic layers orthogonally coupled to each other cause the following two types of magnetization rotation depending on the selection of a material or the like.
【0036】9−1)直交結合が切れ、第1の強磁性層
と第1の反強磁性層との交換結合を保たれて、第2の強
磁性層のみが磁化回転する。9-1) The orthogonal coupling is broken, the exchange coupling between the first ferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer is maintained, and only the second ferromagnetic layer rotates.
【0037】9−2)直交結合が保たれ、第1の強磁性
層と第1の反強磁性層との結合が切れることで、外部磁
場に対して第1及び第2の強磁性層の磁化が回転するも
のである。9-2) The orthogonal coupling is maintained and the coupling between the first ferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer is broken, so that the first and second ferromagnetic layers are not affected by an external magnetic field. The magnetization rotates.
【0038】尚、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、 10)磁気抵抗効果素子が磁気ヘッドの媒体対向面近傍
の磁気ギャップ内に配置される、いわゆるシールド型ヘ
ッドである。交換結合膜の交換結合磁場の分散は、反強
磁性層を薄くすることで増大するが、本発明によれば分
散の重複を避ける必要がなくなるので、反強磁性層の薄
膜化も容易に実現できる。このような反強磁性層の薄膜
化はシールド型磁気抵抗効果ヘッドの狭ギャップ化に適
し、その高密度化に寄与できる効果がある。The magneto-resistance effect head of the present invention is a so-called shield type head in which the magneto-resistance effect element is arranged in a magnetic gap near the medium facing surface of the magnetic head. The dispersion of the exchange coupling magnetic field of the exchange coupling film is increased by reducing the thickness of the antiferromagnetic layer. However, according to the present invention, it is not necessary to avoid the overlapping of the dispersion, so that the thinning of the antiferromagnetic layer can be easily realized. it can. Such thinning of the antiferromagnetic layer is suitable for narrowing the gap of the shield type magnetoresistive head, and has the effect of contributing to higher density.
【0039】11)磁気抵抗効果素子が媒体対抗面より
離間して配置され、媒体対向面から磁気抵抗効果素子ま
で伸びて媒体からの信号磁界を磁気抵抗効果素子へ伝達
する磁気ヨークを備えるヨーク型磁気抵抗効果ヘッドで
ある。本発明の磁気抵抗効果素子にはバイアス付与の熱
処理回数を減らすことができるため、ヨーク部に一様な
磁気異方性が付与されにくくなり、媒体対向面から磁気
抵抗効果素子への効率的な磁束導入が期待できる。11) A yoke type in which a magnetoresistive element is disposed apart from the medium facing surface, and has a magnetic yoke extending from the medium facing surface to the magnetoresistive element and transmitting a signal magnetic field from the medium to the magnetoresistive element. This is a magnetoresistive head. Since the number of heat treatments for applying a bias can be reduced in the magnetoresistive effect element of the present invention, it is difficult for the yoke portion to have uniform magnetic anisotropy, and an efficient transfer from the medium facing surface to the magnetoresistive effect element is achieved. The introduction of magnetic flux can be expected.
【0040】また、本発明の第三は、第1方向の磁化を
備える第1の強磁性層と、第1方向の磁化と略直交方向
の第2の磁化を備える第2の強磁性層と、第1及び第2
の強磁性層の間に形成された層間膜であって、同一金属
の価数の異なる酸化物を2種類以上含んだ混相膜、ある
いは同一金属の価数の異なる酸化層を2層以上含む積層
膜を備える層間膜とを具備する磁性積層体を提供する。A third aspect of the present invention is a first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction, and a second ferromagnetic layer having a second magnetization substantially perpendicular to the first direction. , First and second
A multi-phase film containing two or more oxides of the same metal with different valences, or a laminate containing two or more oxide layers of the same metal with different valences A magnetic laminate comprising: an interlayer film comprising a film;
【0041】[0041]
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本発明の磁
気抵抗効果素子に係る第1の実施形態を、図1を用いて
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the magnetoresistive element according to the present invention will be described with reference to FIG.
【0042】図1は、磁気抵抗効果素子を示す斜視図で
ある。図1における手前の面は、磁気抵抗効果素子が検
知する外部磁場の進入面にあたる。従って、例えば、こ
の磁気抵抗効果素子を磁気記録媒体の表面の磁気記録情
報を読み出すシールド型磁気ヘッドに搭載した場合に
は、外部磁場進入面が磁気記録媒体の表面に対向配置さ
れる。FIG. 1 is a perspective view showing a magnetoresistive element. The front surface in FIG. 1 corresponds to the entrance surface of the external magnetic field detected by the magnetoresistive element. Therefore, for example, when this magnetoresistive element is mounted on a shielded magnetic head that reads out magnetically recorded information on the surface of a magnetic recording medium, an external magnetic field entry surface is arranged to face the surface of the magnetic recording medium.
【0043】この第1の実施形態の磁気抵抗効果素子
は、第1の反強磁性層31、この第1の反強磁性層31
に積層形成されこの第1の反強磁性層31と交換結合し
た第1の強磁性層33、隣接する2つの強磁性層の磁化
を略直交方向に結合させる磁化結合層(挿入層)35、
この結合層35によって第1の強磁性層33と直交方向
の磁化を備える第2の強磁性層37、中間非磁性層3
9、及び第3の強磁性層41が順次積層され、かつ、第
3の強磁性層41の長手方向における両端部上に形成さ
れた一対の第2の反強磁性層43、及び一対のリード電
極45を備える。尚、この磁気抵抗効果素子は、図示せ
ぬ磁気ギャップ、磁気シールド等を介してやはり図示し
ないセラミック基板等の上に形成されている。The magnetoresistive element according to the first embodiment includes a first antiferromagnetic layer 31 and a first antiferromagnetic layer 31.
A first ferromagnetic layer 33 exchange-coupled with the first antiferromagnetic layer 31, a magnetization coupling layer (insertion layer) 35 for coupling the magnetizations of two adjacent ferromagnetic layers in a substantially orthogonal direction,
The coupling layer 35 causes the second ferromagnetic layer 37 and the intermediate non-magnetic layer 3 having magnetization perpendicular to the first ferromagnetic layer 33.
9, and a pair of second antiferromagnetic layers 43 formed on both ends of the third ferromagnetic layer 41 in the longitudinal direction, and a pair of leads. An electrode 45 is provided. The magnetoresistive element is formed on a ceramic substrate or the like (not shown) via a magnetic gap or a magnetic shield (not shown).
【0044】第1の強磁性層33は、第1の反強磁性層
31との交換結合によって、図1の矢印方向(紙面内右
方向)に実質的に固着された磁化を備える。第1及び第
2の強磁性層33、37の磁化は直交磁化用の結合層3
5によって互いに略直交方向に結合し、よって、第2の
強磁性層37の磁化は、略紙面の表から裏に向かう方向
に磁化が固着される。このように磁化固着された第2の
強磁性層37は、信号磁界等の外部磁界の中でも実質的
にその磁化が動かない、いわゆる強磁性ピン層にあた
る。The first ferromagnetic layer 33 has a magnetization substantially fixed in the direction of the arrow in FIG. 1 (rightward in the drawing) by exchange coupling with the first antiferromagnetic layer 31. The magnetization of the first and second ferromagnetic layers 33 and 37 is the same as the coupling layer 3 for orthogonal magnetization.
5, the magnetization of the second ferromagnetic layer 37 is fixed substantially in the direction from the front to the back of the paper. The second ferromagnetic layer 37 having the magnetization fixed as described above corresponds to a so-called ferromagnetic pin layer whose magnetization does not substantially move even in an external magnetic field such as a signal magnetic field.
【0045】この強磁性ピン層37と中間非磁性層39
を介して隣りあった第3の強磁性層41は強磁性フリー
層にあたり、その中央磁界応答部の磁化方向は外部磁場
を受けて回転することが可能な程度に自由である。この
強磁性フリー層41に磁気バイアスを印加するために、
強磁性フリー層41のトラック幅方向の両端部(斜線ハ
ッチング部)上に第2の反強磁性層43を配置し、強磁
性フリー層41の両端部が第2の反強磁性層43と交換
結合して図の矢印方向(紙面右方向)に磁化固着され
る。従って、強磁性フリー層41の中央部は紙面内に右
方向のバイアス磁化を受け、ゼロ磁場において図1の矢
印に示す方向に磁化を備えることとなる。このようし
て、中間非磁性層39を介する強磁性ピン層37、強磁
性フリー層41は磁化が直交関係のいわゆるスピンバル
ブ素子が実現できる。The ferromagnetic pinned layer 37 and the intermediate nonmagnetic layer 39
The third ferromagnetic layer 41 adjacent to the third ferromagnetic layer corresponds to a ferromagnetic free layer, and the direction of magnetization of the central magnetic field response portion is free enough to rotate by receiving an external magnetic field. In order to apply a magnetic bias to the ferromagnetic free layer 41,
The second antiferromagnetic layer 43 is disposed on both ends (hatched portions) in the track width direction of the ferromagnetic free layer 41, and both ends of the ferromagnetic free layer 41 are exchanged with the second antiferromagnetic layer 43. As a result, the magnetization is fixed in the direction of the arrow in the figure (rightward on the paper). Therefore, the central portion of the ferromagnetic free layer 41 receives a rightward bias magnetization in the plane of the paper, and has a magnetization in a direction indicated by an arrow in FIG. 1 at zero magnetic field. Thus, the ferromagnetic pinned layer 37 and the ferromagnetic free layer 41 via the intermediate nonmagnetic layer 39 can realize a so-called spin valve element in which the magnetizations are orthogonal.
【0046】尚、図1の構成では、紙面左右方向が磁気
抵抗効果素子のトラック幅方向に対応し、再生トラック
幅は強磁性フリー層の中央磁界応答部の幅に略一致す
る。In the configuration shown in FIG. 1, the horizontal direction of the drawing corresponds to the track width direction of the magnetoresistive element, and the reproduction track width substantially matches the width of the central magnetic field response portion of the ferromagnetic free layer.
【0047】さて、このスピンバルブ素子において、第
1の強磁性層33及び強磁性フリー層41の交換結合は
同一方向の磁化とすることができる。これは、従来のス
ピンバルブ素子にはない、直交結合用の結合層35と第
1の強磁性層33を付加したことにより達成できたもの
である。In this spin valve element, the exchange coupling between the first ferromagnetic layer 33 and the ferromagnetic free layer 41 can be performed in the same direction. This can be achieved by adding a coupling layer 35 for orthogonal coupling and a first ferromagnetic layer 33, which are not included in the conventional spin valve element.
【0048】このスピンバルブ素子の製造工程における
磁場中熱処理工程は、図2の熱処理時間と熱処理温度関
係に示すように、ブロッキング温度(例えばTB1、
TB2)より高温にした状態で一方向の磁場(図2の紙面
内の右方向)中の処理によって行うことができる。これ
は、従来の2工程の磁場中熱処理に比して簡略であり、
ひいてはスピンバルブ素子の生産性向上に寄与するもの
である。尚、図2中、AFは反強磁性層を示し、反強磁
性層は一軸異方性を備えるため双方向の矢印でその一軸
異方性を示している。また、以上述べた熱処理工程は、
各層をスパッタ法等により成膜した後に行われる。In the heat treatment step in a magnetic field in the manufacturing process of the spin valve element, the blocking temperature (for example, T B1 ,
T B2 ) can be carried out by processing in a magnetic field in one direction (rightward direction in the drawing of FIG. 2) at a temperature higher than T B2 ). This is simpler than the conventional two-step magnetic field heat treatment,
As a result, it contributes to the improvement of the productivity of the spin valve element. In FIG. 2, AF indicates an antiferromagnetic layer, and since the antiferromagnetic layer has uniaxial anisotropy, the bidirectional arrow indicates the uniaxial anisotropy. In addition, the heat treatment step described above
This is performed after forming each layer by a sputtering method or the like.
【0049】以上説明した第1の実施形態は、強磁性ピ
ン層37が強磁性フリー層41よりも基板側に形成され
るボトムタイプスピンバルブ素子であって、かつ、結合
層35が強磁性ピン層37側にある素子構造に関る。The first embodiment described above is a bottom type spin valve element in which the ferromagnetic pinned layer 37 is formed closer to the substrate than the ferromagnetic free layer 41, and the coupling layer 35 is formed of a ferromagnetic pinned layer. It relates to the element structure on the layer 37 side.
【0050】次に、この第1の実施形態に係る変形例1
−1乃至1−4を順次説明する。尚、変形例1−1乃至
1−4では、第1の実施形態における構成と同一の構成
については、第1の実施形態において付与した符号を用
いることとし、その詳細な説明は省略する。Next, a first modification of the first embodiment will be described.
-1 to 1-4 will be sequentially described. Note that in Modifications 1-1 to 1-4, the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
【0051】(変形例1−1)図3は、変形例1−1に
関るスピンバルブ素子の断面を媒体対向面から観察した
図である。(Modification 1-1) FIG. 3 is a diagram in which a cross section of the spin valve element according to Modification 1-1 is observed from the medium facing surface.
【0052】この変形例1−1が第1の実施の形態と異
なるのは、リード電極45の内側端部が互いに対向する
第2の反強磁性層43の側面よりも内側に配置されて強
磁性フリー層41上の一部を覆っている点にある。図3
中、強磁性フリー層41のうち斜線で示す部分は、第2
の反強磁性層43との交換結合によって磁化が固着され
ているため、信号磁界に反応しない不感帯であり、この
不感帯に挟まれた中央領域が中央磁界応答部である。従
って、リード電極が中央応答部に接しているため、磁気
抵抗効果に寄与しない不感帯を電気的にバイパスするこ
とができ、感度の向上を図ることができる。This modified example 1-1 is different from the first embodiment in that the inner ends of the lead electrodes 45 are arranged inside the side surfaces of the second antiferromagnetic layer 43 facing each other, and are strong. This is in that a part of the magnetic free layer 41 is covered. FIG.
The hatched portion of the middle and ferromagnetic free layer 41 is the second
Since the magnetization is fixed by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 43, a dead zone which does not react to the signal magnetic field is provided, and a central region sandwiched between the dead zones is a central magnetic field response section. Therefore, since the lead electrode is in contact with the central response portion, a dead zone that does not contribute to the magnetoresistance effect can be electrically bypassed, and the sensitivity can be improved.
【0053】尚、図3以降の符号47は、磁気ギャッ
プ、あるいは磁気ギャップの表面に形成された下地層を
示す。この下地層47の材料や結晶性等は、この上に形
成する各層における結晶の種類や、結晶配向性等を好適
にするように適宜選択することができる。Reference numeral 47 in FIG. 3 and subsequent figures denotes a magnetic gap or an underlayer formed on the surface of the magnetic gap. The material, crystallinity, and the like of the underlayer 47 can be appropriately selected so as to make the type of crystal, the crystal orientation, and the like in each layer formed thereon suitable.
【0054】(変形例1−2)次に、図4は、変形例1
−2のスピンバルブ素子に関る断面を媒体対向面から観
察した図を示す。(Modification 1-2) Next, FIG.
2 is a diagram showing a cross section of the spin valve element of No.-2 observed from the medium facing surface.
【0055】この変形例1−2は、反強磁性層43'が
強磁性フリー層41の上表面全てに積層されている点に
おいて第1の実施の形態と異なる。The modification 1-2 is different from the first embodiment in that the antiferromagnetic layer 43 'is laminated on the entire upper surface of the ferromagnetic free layer 41.
【0056】このように反強磁性層43'と強磁性フリ
ー層41とが全面積層された場合、その交換結合力は、
外部磁場がゼロの状態で強磁性フリー層41の磁化が図
4の紙面内右方向であり、かつ外部磁場が与えられたと
きにこれに反応して自由に回転することが可能な程度と
する必要がある。When the antiferromagnetic layer 43 ′ and the ferromagnetic free layer 41 are entirely stacked as described above, the exchange coupling force becomes
When the external magnetic field is zero, the magnetization of the ferromagnetic free layer 41 is in the rightward direction in the drawing of FIG. 4 and can rotate freely in response to the external magnetic field when applied. There is a need.
【0057】しかし、全面積層による交換結合では結合
が強くなりやすく、強磁性フリー層41の透磁率が低下
して感度が低下する恐れがある。However, in the exchange coupling by lamination on the entire surface, the coupling is apt to be strong, and the magnetic permeability of the ferromagnetic free layer 41 may be reduced to lower the sensitivity.
【0058】(変形例1−3)この感度低下を防ぐため
に、変形例1−3では、図5の断面図(媒体対向面側か
らの観察図)に示すように、第2の反強磁性層43'と
強磁性フリー層41との間に非磁性層49を挿入するこ
とにより、交換結合力を所望の値まで弱くなるよう調整
することができる。(Modification 1-3) In order to prevent this decrease in sensitivity, in modification 1-3, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5 (view from the medium facing surface side), the second antiferromagnetic By inserting the non-magnetic layer 49 between the layer 43 'and the ferromagnetic free layer 41, the exchange coupling force can be adjusted to a desired value.
【0059】この変形例1−2、1−3については、後
に説明する第2乃至第4の実施形態においても同様に採
用することができる。The modifications 1-2 and 1-3 can be similarly applied to the second to fourth embodiments described later.
【0060】さらに、変形例1−3の磁気結合を調整す
る非磁性層49は、変形例1−2のような、反強磁性層
43'が非磁性層49を介して隣接する強磁性層の上面
全てを覆う構成に限らず、第1の実施形態、あるいは後
に説明する第2乃至第4の実施形態における、強磁性層
の部分領域上に反強磁性層が形成する場合にも、同じ様
に挿入して用いることができる。Further, the nonmagnetic layer 49 for adjusting the magnetic coupling of the modified example 1-3 is the same as the modified example 1-2, except that the antiferromagnetic layer 43 ′ is adjacent to the nonmagnetic layer 49 via the nonmagnetic layer 49. Not only the structure covering the entire upper surface of the ferromagnetic layer but also the case where the antiferromagnetic layer is formed on the partial region of the ferromagnetic layer in the first embodiment or the second to fourth embodiments described later. It can be inserted and used like this.
【0061】(変形例1−4)図6(a)は、変形例1
−4に関るスピンバルブ素子の断面を、媒体対向面側よ
り観察した図である。(Modification 1-4) FIG. 6A shows a modification 1
FIG. 4 is a diagram in which a cross section of the spin valve element relating to No. -4 is observed from the medium facing surface side.
【0062】第1の実施形態のスピンバルブ素子では、
強磁性ピン層37の磁化を固着する交換結合エネルギー
を一定としたとき、強磁性ピン層37の磁化を小さくす
るほど磁化反転しにくくなる。そこで、強磁性ピン層を
積層フェリ構造、具体的には、図6(a)に示すよう
に、第1強磁性ピン層55、第2強磁性ピン層51、及
びこれらを反強磁性的に磁気結合する中間層53からな
る積層構造とすることで、強磁性ピン層37の磁化反転
を抑制することが可能である。また、図6(a)の構造
では、積層フェリ構造を導入することで、直交結合が保
持される磁場を高くすることができる。従って、磁性層
33、51、55の磁化反転が生じる磁場を非常に高く
できる。In the spin valve element according to the first embodiment,
When the exchange coupling energy for fixing the magnetization of the ferromagnetic pinned layer 37 is fixed, the magnetization reversal becomes more difficult as the magnetization of the ferromagnetic pinned layer 37 decreases. Therefore, the ferromagnetic pinned layer is formed into a laminated ferrimagnetic structure, specifically, as shown in FIG. 6A, the first ferromagnetic pinned layer 55, the second ferromagnetic pinned layer 51, and With the laminated structure including the intermediate layer 53 that is magnetically coupled, the magnetization reversal of the ferromagnetic pinned layer 37 can be suppressed. In the structure shown in FIG. 6A, the magnetic field for maintaining the orthogonal coupling can be increased by introducing the laminated ferrimagnetic structure. Therefore, the magnetic field at which the magnetization reversal of the magnetic layers 33, 51, 55 occurs can be extremely high.
【0063】また、積層フェリ構造を導入した他の例と
して、図6(b)に示すように、第1の反強磁性層31
と直交結合用の磁化結合層(挿入層)35との間に、積
層フェリ構造の強磁性層57、33、及びこれらの強磁
性層を反強磁性的に磁気結合させる中間層53を導入す
ることができる。この場合には、第1の反強磁性層31
と積層フェリ構造の交換結合磁場を高くすることができ
る。尚、積層フェリ構造における中間層53にはRu、
Cu等が好適である。As another example in which a laminated ferrimagnetic structure is introduced, as shown in FIG. 6B, a first antiferromagnetic layer 31 is formed.
The ferromagnetic layers 57 and 33 having a laminated ferri structure and the intermediate layer 53 for magnetically coupling these ferromagnetic layers antiferromagnetically are introduced between the ferromagnetic layers 57 and 33 and the magnetic coupling layer (insertion layer) 35 for orthogonal coupling. be able to. In this case, the first antiferromagnetic layer 31
And the exchange coupling magnetic field of the laminated ferri structure can be increased. The intermediate layer 53 in the laminated ferrimagnetic structure has Ru,
Cu and the like are preferred.
【0064】(第2の実施の形態)次に、本発明の磁気
抵抗効果素子に係る第2の実施形態を、図7を用いて説
明する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the magnetoresistive element of the present invention will be described with reference to FIG.
【0065】図7は、第2の実施形態に関るスピンバル
ブ素子の断面を外部磁場の進入面から観察した図を示
す。FIG. 7 is a diagram showing a cross section of the spin valve element according to the second embodiment, which is observed from the entrance surface of the external magnetic field.
【0066】第2のスピンバルブ素子は、図7に示すよ
うに、下地層47の表面に、第1の反強磁性層61、強
磁性ピン層63、中間非磁性層65、強磁性フリー層6
7、直交結合用の磁化結合層69、及び強磁性層71が
この順に積層されてなり、強磁性層71の上面両端部上
に第2の反強磁性層73が形成され、リード電極75は
これらの膜に電気的に接続されている。As shown in FIG. 7, the second spin valve element comprises a first antiferromagnetic layer 61, a ferromagnetic pinned layer 63, an intermediate nonmagnetic layer 65, and a ferromagnetic free layer formed on the surface of an underlayer 47. 6
7, a magnetic coupling layer 69 for orthogonal coupling, and a ferromagnetic layer 71 are stacked in this order, a second antiferromagnetic layer 73 is formed on both ends of the upper surface of the ferromagnetic layer 71, and a lead electrode 75 is provided. They are electrically connected to these films.
【0067】このスピンバルブ素子は、強磁性ピン層6
3が強磁性層67よりも下地層側に形成されたボトムタ
イプであり、また、強磁性フリー層67側に直交結合用
の磁化結合層(挿入層)69を備えるものである。リー
ド電極75は、第1の実施形態において説明したものと
同等である。This spin valve element has a ferromagnetic pin layer 6
Reference numeral 3 denotes a bottom type formed on the base layer side with respect to the ferromagnetic layer 67, and a magnetic coupling layer (insertion layer) 69 for orthogonal coupling is provided on the ferromagnetic free layer 67 side. The lead electrodes 75 are the same as those described in the first embodiment.
【0068】強磁性層71の両端の斜線部は第2の反強
磁性層73との交換結合によって、図7紙面表から裏へ
向う方向の磁化で固着された領域であり、中央能動領域
に当該磁化方向の磁気バイアスを与えるものである。こ
れによって、強磁性層71の中央領域の磁化は、外部磁
場がゼロにおいて、図7の紙面表から裏に向かう方向に
設定される。The hatched portions at both ends of the ferromagnetic layer 71 are regions fixed by magnetization in the direction from the front to the back of FIG. 7 by exchange coupling with the second antiferromagnetic layer 73, and are located in the central active region. This is to apply a magnetic bias in the magnetization direction. As a result, the magnetization of the central region of the ferromagnetic layer 71 is set in a direction from the front to the back of FIG. 7 when the external magnetic field is zero.
【0069】そして、直交結合用中間層によって、強磁
性層71と直交方向の磁化結合を付与された強磁性フリ
ー層67は図7に示すように、紙面右方向の磁化を備え
ることとなり、外部磁界がゼロにおいて、強磁性ピン層
63と強磁性フリー層67の直交磁化が実現できる。Then, as shown in FIG. 7, the ferromagnetic free layer 67 provided with the magnetic coupling in the orthogonal direction to the ferromagnetic layer 71 by the intermediate layer for orthogonal coupling has the magnetization in the right direction on the paper, as shown in FIG. When the magnetic field is zero, orthogonal magnetization of the ferromagnetic pinned layer 63 and the ferromagnetic free layer 67 can be realized.
【0070】(変形例2−1)このように、磁化が同一
軸の二つの反強磁性層61と73を用いて、強磁性ピン
層63と強磁性フリー層67の磁化を略直交に交叉させ
ることができる。(Modification 2-1) As described above, the magnetizations of the ferromagnetic pinned layer 63 and the ferromagnetic free layer 67 are crossed substantially orthogonally using the two antiferromagnetic layers 61 and 73 having the same axis of magnetization. Can be done.
【0071】図8は、この第2の実施形態の変形例であ
り、第2の反強磁性層73'と接する強磁性層71'及び
直交結合用中間層69'を、二つある第2の反強磁性層
73'のそれぞれと位置整合するようにパターニングし
た断面構造を、外部磁界の流入側より観察した図であ
る。このようにすれば、電流のシャント効果を低減する
ことができ、磁化反転による磁気抵抗変化率の寄与を実
質的に増大することが可能となる。FIG. 8 shows a modification of the second embodiment, in which a ferromagnetic layer 71 'in contact with a second antiferromagnetic layer 73' and an intermediate layer 69 'for orthogonal coupling have two FIG. 13 is a view of a cross-sectional structure patterned so as to be aligned with each of the antiferromagnetic layers 73 ′ of FIG. By doing so, the shunt effect of the current can be reduced, and the contribution of the magnetoresistance change rate due to the magnetization reversal can be substantially increased.
【0072】(第3の実施の形態)次に、本発明の磁気
抵抗効果素子に係る第3の実施形態を、図9(a)を用
いて説明する。(Third Embodiment) Next, a third embodiment according to the magnetoresistance effect element of the present invention will be described with reference to FIG.
【0073】図9(a)は、第3の実施形態に関るスピ
ンバルブ素子の断面を外部磁場の進入面から観察した図
である。FIG. 9A is a view of a cross section of the spin valve element according to the third embodiment, as viewed from a plane into which an external magnetic field enters.
【0074】第3の実施形態に関るスピンバルブ素子
は、図9(a)に示すように、下地層47上に、第1の
反強磁性層81、強磁性フリー層83、中間非磁性層8
5、強磁性ピン層87、直交結合用の磁化結合層89、
結合層89によって、強磁性ピン層87と略直交に磁気
結合する強磁性層91、この強磁性層91と交換結合す
る第2の反強磁性層93、リード電極95が順次積層さ
れた構造を備える。As shown in FIG. 9A, the spin valve element according to the third embodiment includes a first antiferromagnetic layer 81, a ferromagnetic free layer 83, an intermediate nonmagnetic layer on an underlayer 47. Layer 8
5, a ferromagnetic pinned layer 87, a magnetic coupling layer 89 for orthogonal coupling,
The coupling layer 89 has a structure in which a ferromagnetic layer 91 magnetically coupled substantially orthogonally to the ferromagnetic pinned layer 87, a second antiferromagnetic layer 93 exchange-coupled to the ferromagnetic layer 91, and a lead electrode 95 are sequentially stacked. Prepare.
【0075】尚、第1の反強磁性層81は強磁性フリー
層83の両端部(図9(a)中の斜線ハッチング部)と
交換結合し、その結果、強磁性フリー層83の端部から
強磁性フリー層83の中央感磁領域へバイアス磁界が与
えられ、信号磁界がゼロの状態で、感磁領域は図9
(a)の矢印で示す磁化を備える。The first antiferromagnetic layer 81 is exchange-coupled with both ends of the ferromagnetic free layer 83 (hatched portions in FIG. 9A). 9 applies a bias magnetic field to the central magnetosensitive region of the ferromagnetic free layer 83, and when the signal magnetic field is zero, the magnetosensitive region is in FIG.
It has the magnetization indicated by the arrow in FIG.
【0076】この素子では、第1の実施形態において説
明したのと同様に、強磁性ピン層87の磁化固着、及び
強磁性フリー層83へのバイアス付与のために用いる二
つの反強磁性層81、93の熱処理工程数を従来に比べ
て低減可能である。In this device, two antiferromagnetic layers 81 used to fix the magnetization of the ferromagnetic pinned layer 87 and to apply a bias to the ferromagnetic free layer 83, as described in the first embodiment. , 93 can be reduced as compared with the prior art.
【0077】さて、第3の実施形態では、離間して配置
された二つの第1の反強磁性層81間は強磁性フリー層
83である必要はなく、図9(b)の媒体対向面側より
観察した断面図に示すように、間隔層97を用いてもよ
い。この間隔層97は、シャント効果を低減するため
に、磁気ヘッド等の磁性デバイスに用いられるAl
Ox,SiOx等の絶縁物質が好ましい。また、強磁性フ
リー層83の結晶配向性を高める趣旨から、Cu、Ru、
NiFe、NiFeCr等を用いることができる。さら
には、これらのうちで異なる材料層を積層すること、あ
るいは、混層体としてもよい。In the third embodiment, there is no need for the ferromagnetic free layer 83 between the two first antiferromagnetic layers 81 that are spaced apart from each other, and the medium facing surface shown in FIG. As shown in a sectional view observed from the side, a spacing layer 97 may be used. This spacing layer 97 is made of Al used for a magnetic device such as a magnetic head in order to reduce the shunt effect.
Insulating materials such as O x and SiO x are preferred. Further, in order to enhance the crystal orientation of the ferromagnetic free layer 83, Cu, Ru,
NiFe, NiFeCr, or the like can be used. Furthermore, different material layers may be laminated or a mixed layer may be used.
【0078】(第4の実施の形態)図10は、本発明の
第4の実施形態に係るスピンバルブ素子の断面を、信号
流入面より観察した図である。(Fourth Embodiment) FIG. 10 is a diagram in which a cross section of a spin valve element according to a fourth embodiment of the present invention is observed from a signal inflow surface.
【0079】第4の実施形態のスピンバルブ素子は、図
10に示すように、下地層47の上に、互いに離間して
形成された二つの第1の反強磁性層101、二つの第1
の反強磁性層101間とその上に延在する強磁性層10
3、強磁性層103及び強磁性フリー層107の磁化が
略直交になるように、両層を磁気結合させる磁化結合層
105、強磁性フリー層107、中間非磁性層109、
強磁性ピン層111、第2の反強磁性層113、リード
電極115とを備える。As shown in FIG. 10, the spin valve element according to the fourth embodiment has two first antiferromagnetic layers 101 and two first antiferromagnetic layers 101 formed separately from each other on an underlayer 47.
Layer 10 extending between and above the antiferromagnetic layers 101
3. The magnetic coupling layer 105 for magnetically coupling the ferromagnetic layer 103 and the ferromagnetic free layer 107 so that the magnetizations thereof are substantially orthogonal to each other, the ferromagnetic free layer 107, the intermediate nonmagnetic layer 109,
A ferromagnetic pin layer 111, a second antiferromagnetic layer 113, and a lead electrode 115 are provided.
【0080】また、図11は、第4の実施形態におい
て、互いに離間する第1の反強磁性層101間に、第3
の実施の形態において説明したと同様に、間隔層117
を配置したスピンバルブ素子の断面を、外部磁界の流入
面側から観察した図である。この間隔層117として
は、第3の実施形態のおいて説明したような材料を採用
することができる。FIG. 11 shows that the third antiferromagnetic layer 101 is separated from the third antiferromagnetic layer 101 in the fourth embodiment.
As described in the embodiment, the spacing layer 117
FIG. 5 is a diagram of a cross section of the spin valve element in which is disposed, observed from the inflow surface side of the external magnetic field. The material described in the third embodiment can be used for the spacing layer 117.
【0081】図10及び図11では、強磁性層103の
うち、第1の反強磁性層101上に積層された両端部
(図10、及び図11の斜線ハッチング部)は、第1の
反強磁性層101との交換結合により磁化が固着され、
この両端部に挟まれた中央感磁領域はこの両端部からの
磁気バイアスにより紙面表から裏方向への磁化を備え
る。In FIGS. 10 and 11, of the ferromagnetic layer 103, both end portions (hatched portions in FIGS. 10 and 11) laminated on the first antiferromagnetic layer 101 are the first antiferromagnetic layer. The magnetization is fixed by exchange coupling with the ferromagnetic layer 101,
The central magnetically sensitive region sandwiched between the two ends has magnetization from the front to the back of the page due to the magnetic bias from the two ends.
【0082】また、強磁性ピン層111は反強磁性層1
13との交換結合により紙面表から裏向きの磁化を備
え、従って、この実施形態においても、強磁性ピン層1
11への固着磁化の付与と、強磁性層103への磁気バ
イアスの付与に必要な熱処理工程数を低減でき、他の実
施形態で説明したと同様の効果が得られる。The ferromagnetic pin layer 111 is the antiferromagnetic layer 1
13, the magnetization of the ferromagnetic pinned layer 1 is also turned down from the front of the paper.
11 and the number of heat treatment steps required for applying a magnetic bias to the ferromagnetic layer 103 can be reduced, and the same effects as described in the other embodiments can be obtained.
【0083】以上、第1乃至第4の実施の形態とその変
更例に関る磁気抵抗効果素子について、図面を用いて説
明した。The magnetoresistive elements according to the first to fourth embodiments and their modifications have been described with reference to the drawings.
【0084】次に、本発明における直交結合用の磁化結
合層(中間層)に用いる材料と直交結合について説明す
る。Next, the material used for the magnetic coupling layer (intermediate layer) for orthogonal coupling and the orthogonal coupling in the present invention will be described.
【0085】磁化結合層(中間層)には、同一金属の価
数の異なる酸化物を2種以上含む混相膜、あるいは、同
一金属の価数の異なる酸化物層が2層以上積層された積
層膜を用いることができる。ここで、価数の異なる酸化
物としては、 1)Feの酸化物からなり、FeO,Fe3O4,α‐F
e2O3,γ‐Fe2O3から選ばれる。 2)Crの酸化物からなり、CrO,Cr2O3,CrO
2,Cr2O5,CrO3,CrO5から選ばれる。 3)価数の異なる酸化物は、Mnの酸化物からなり、M
nO,MnO2から選ばれる。As the magnetic coupling layer (intermediate layer), a multi-phase film containing two or more kinds of oxides of the same metal having different valences, or a laminate in which two or more oxide layers of the same metal having different valences are stacked. A membrane can be used. Here, oxides having different valences include: 1) an oxide of Fe, FeO, Fe 3 O 4 , α-F
e 2 O 3 or γ-Fe 2 O 3 . 2) an oxide of Cr, CrO, Cr 2 O 3 , CrO
2, Cr 2 O 5, CrO 3, selected from CrO 5. 3) The oxide having a different valence is composed of an oxide of Mn.
It is selected from nO and MnO 2 .
【0086】また、磁化結合層には、Au、Al、A
g、Cu、Cr、Mn等のいずれか、これらの混合層、
あるいはこれら単一元素層、混合層の積層膜で実現でき
る。Further, Au, Al, A
g, any of Cu, Cr, Mn, etc., a mixed layer thereof,
Alternatively, it can be realized by a laminated film of a single element layer and a mixed layer.
【0087】直交結合用中間層を介して二つの強磁性層
が積層された、強磁性層/直交結合用中間層/強磁性層
の2枚の強磁性層がもつ磁化の単位ベクトルがそれぞれ
M1、M2であるとき、強磁性層間の結合エネルギーEc
は、 で表される。ここで、A12は通常の双一次交換結合定
数、B12は双二次交換結合定数である。略90度(直
交)結合は|A12|<|B12|かつB12<0のときに起
こる。The two unit ferromagnetic layers of the ferromagnetic layer / intermediate layer for orthogonal coupling / ferromagnetic layer in which two ferromagnetic layers are stacked via the intermediate layer for orthogonal coupling have a unit vector of magnetization M 1 , M 2 , the binding energy Ec between the ferromagnetic layers
Is It is represented by Here, A 12 is a normal bilinear exchange coupling constant, and B 12 is a biquadratic exchange coupling constant. Substantially 90 degree (orthogonal) coupling occurs when | A 12 | <| B 12 | and B 12 <0.
【0088】B12は、A12<0である反強磁性結合状態
とA12>0である強磁性結合状態の混在している場合に
誘起されるものである。一方、A12は中間層の膜厚が増
加するにしたがって振動するため、実際の試料が凹凸を
もっていると膜厚分布ができ、結果としてA12<0とA
12>0が混在して略90度結合が起こることになる。中
間層に1原子分の表面凹凸が周期2Lで存在し、その凹
凸による双一次結合エネルギーの差が2ΔJであると
き、双二次結合定数B12は、 B12=−[2(ΔJ)2L/(Aπ3)]Σm=1∞[coth[π(2m−1)(D1 /L) ]/(2m−1)3+coth[π(2m−1)(D2/L)]/(2m− 1)3] (2) と表される(Phys. Rev. B 67, 3172 (1991))。B 12 is induced when the antiferromagnetic coupling state where A 12 <0 and the ferromagnetic coupling state where A 12 > 0 coexist. On the other hand, since A 12 vibrates as the thickness of the intermediate layer increases, the film thickness distribution occurs when the actual sample has irregularities, and as a result, A 12 <0 and A
A mixture of 12 > 0 results in approximately 90 ° coupling. When surface irregularities of one atom are present in the intermediate layer at a period of 2L, and the difference in bilinear binding energy due to the irregularities is 2ΔJ, the biquadratic coupling constant B 12 is represented by B 12 = − [2 (ΔJ) 2 L / (Aπ 3 )] Σm = 1∞ [coth [π (2m−1) (D 1 / L)] / (2m−1) 3 + coth [π (2m−1) (D 2 / L)] / (2m-1) 3 ] (2) (Phys. Rev. B 67, 3172 (1991)).
【0089】ここで、 D1、D2は二つの強磁性層の膜
厚を夫々示し、Aは強磁性体固有の交換スティフネス定
数である。これからわかるように、B12は膜の平滑性と
膜厚に大きく依存する。そのため試料作成の設定条件に
よってB12にばらつきが出ると予想される。エピタキシ
ャル成長によって、様々な強磁性層/直交結合用中間層
/強磁性層からなる3層膜を作成して、その配向面と得
られたB12について、表1に示す。Here, D 1 and D 2 represent the thicknesses of the two ferromagnetic layers, respectively, and A is the exchange stiffness constant inherent to the ferromagnetic material. As can be seen, B 12 depends largely on the smoothness and thickness of the film. Therefore variations in B 12 by setting the conditions of sample preparation are expected to appear. By epitaxial growth, to create a three-layer film made of different ferromagnetic layer / orthogonal coupling intermediate layer / ferromagnetic layer, the B 12 obtained and their orientation plane, are shown in Table 1.
【0090】[0090]
【表1】 [Table 1]
【0091】表1中、MLは原子層の単位であり、1MLは
1原子層を示す。In Table 1, ML is a unit of an atomic layer, and 1 ML represents one atomic layer.
【0092】尚、直交結合用中間層の膜厚は、90度結
合が実現する範囲である約0.2nmから2nmが望ま
しい。The thickness of the intermediate layer for orthogonal coupling is desirably about 0.2 nm to 2 nm, which is a range in which 90 ° coupling can be realized.
【0093】また、本発明の直交結合用中間層として、
先に述べた材料に加えて、金属酸化物、金属窒化物、及
び金属フッ化物が考えられる。これらの中で、価数によ
って磁性が異なる金属を含む材料であれば、酸化、窒
化、フッ化の進行を制御することで、強磁性相、反強磁
性相、フェリ磁性相の混相状態を実現することができ
る。Further, as the intermediate layer for orthogonal coupling of the present invention,
In addition to the materials mentioned above, metal oxides, metal nitrides and metal fluorides are conceivable. Among these, if the material contains a metal whose magnetism varies depending on the valence, a mixed phase state of ferromagnetic, antiferromagnetic, and ferrimagnetic phases is realized by controlling the progress of oxidation, nitridation, and fluorination. can do.
【0094】例えば、Fe酸化物(FeO、Fe3O4、
α−Fe2O3、γ−Fe2O3)、あるいはこれらの混相
膜、あるいは積層膜が挙げられる。これらの直交結合用
中間層の厚さは約0.2nmから約10nm、好ましく
は約0.5nmから約3nmとする。直交結合用中間層
にFe酸化物を用いたスピンバルブ膜に関する実施例1
乃至4の測定により、Fe酸化物が隣接する強磁性層の
磁化を結合させることを確認するとともに、その結合エ
ネルギーを以下のようにして測定した。For example, Fe oxides (FeO, Fe 3 O 4 ,
α-Fe 2 O 3 , γ-Fe 2 O 3 ), a mixed phase film thereof, or a laminated film. The thickness of these orthogonal coupling intermediate layers is about 0.2 nm to about 10 nm, preferably about 0.5 nm to about 3 nm. Example 1 Regarding Spin Valve Film Using Fe Oxide for Intermediate Layer for Orthogonal Coupling
4 to 4, it was confirmed that the Fe oxide couples the magnetization of the adjacent ferromagnetic layer, and the binding energy was measured as follows.
【0095】実施例1乃至4は、DCマグネトロンスパ
ッタ法を用いて、熱酸化Si上に、順次成膜した。その
後、真空中で7kOeの磁場を印加しながら、熱酸化S
iを270℃に暖めて1時間の熱処理を行った。これに
より、各実施例のIrMn/CoFe界面の交換結合エ
ネルギーJua=Hua・Ms・t≒0.14erg/
cm2によりCoFeの磁化が固着される。ここでHu
aは交換結合磁場(ここでは500Oe)、Msはピン
層の飽和磁化(1.8T)、tはピン層の厚さ(2nm)
である。各実施例の層構成を表2に示す。各実施例は、
表2の左から順に、既述の方法によって、熱酸化Si基
板上に形成したものである。In Examples 1 to 4, films were sequentially formed on thermally oxidized Si using a DC magnetron sputtering method. Then, while applying a magnetic field of 7 kOe in a vacuum, the thermal oxidation S
i was heated to 270 ° C. and heat-treated for 1 hour. Thus, the exchange coupling energy Jua = Hua · Ms · t ≒ 0.14 erg / at the IrMn / CoFe interface in each example.
The magnetization of CoFe is fixed by cm 2 . Where Hu
a is the exchange coupling magnetic field (here, 500 Oe), Ms is the saturation magnetization of the pinned layer (1.8 T), and t is the thickness of the pinned layer (2 nm).
It is. Table 2 shows the layer configuration of each example. Each example is
In the order from the left of Table 2, they were formed on a thermally oxidized Si substrate by the above-described method.
【0096】[0096]
【表2】 [Table 2]
【0097】ここで、langmuireは、酸化強度に関する
単位であり、酸素分圧1×10-6Torr雰囲気に1秒間暴
露して酸化物が形成される量を示す。Here, langmuire is a unit relating to the oxidation strength, and indicates the amount of oxide formed when exposed to an atmosphere having an oxygen partial pressure of 1 × 10 −6 Torr for 1 second.
【0098】直交結合用中間層にFe酸化物を用いた実
施例1の磁化曲線とMR曲線を、夫々図12(a)、
(c)と図12(b)、(d)に示す。IrMn反強磁
性層からの交換バイアス磁場方向(Hua)に対して外
部磁場(Hex)を平行に導入した際の磁化曲線とMR
曲線が図12(a)、(c)であり、垂直に導入した際
の磁化曲線とMR曲線が図12(b)、(d)である。
HuaとHexが平行では8%弱のMR変化率を示し、
HuaとHexが垂直では10%強のMR変化率を示し
た。Cu中間非磁性層を挟んだCoFe強磁性フリー層
とCoFe強磁性ピン層の磁化が完全な反平行となる状
態が実現するときに、MRが最大値を示すことを考える
と、平行挿引のときには、フリー層とピン層の磁化が完
全な反平行となっておらず、垂直挿引のときに、反平行
が実現していることがわかる。すなわち、IrMnから
の交換バイアス磁場によって磁化を固着されているCo
Fe強磁性層と、この強磁性層とFe酸化物からなる直
交結合用中間層を挟んで存在するCoFe強磁性ピン層
の磁化は、略直交の関係にあると言える。FIG. 12A shows the magnetization curve and the MR curve of Example 1 in which Fe oxide was used for the intermediate layer for orthogonal coupling.
(C) and FIGS. 12 (b) and 12 (d). The magnetization curve and MR when an external magnetic field (Hex) is introduced in parallel to the exchange bias magnetic field direction (Hua) from the IrMn antiferromagnetic layer.
The curves are FIGS. 12 (a) and 12 (c), and the magnetization curves and MR curves when introduced perpendicularly are FIGS. 12 (b) and 12 (d).
When Hua and Hex are parallel, the MR change rate is less than 8%,
Hua and Hex exhibited an MR change rate of slightly more than 10% when perpendicular. Considering that the MR shows the maximum value when the magnetization of the CoFe ferromagnetic free layer and the CoFe ferromagnetic pinned layer sandwiching the Cu intermediate nonmagnetic layer is completely antiparallel, it is considered that the parallel Sometimes, it can be seen that the magnetizations of the free layer and the pinned layer are not completely anti-parallel, and anti-parallelism is realized during vertical insertion. That is, Co whose magnetization is fixed by the exchange bias magnetic field from IrMn is
It can be said that the magnetization of the Fe ferromagnetic layer and the magnetization of the CoFe ferromagnetic pinned layer that exists with the orthogonal coupling intermediate layer formed of the ferromagnetic layer and the Fe oxide are substantially orthogonal.
【0099】さて、実施例1において、外部磁場を印加
していったときにCoFe強磁性ピン層とCoFeフリ
ー層の磁化が反平行でなくなる磁場は380Oe程度であ
った。これは、Fe酸化物による磁気結合エネルギーが
0.11erg/cm2以上であることを意味する。In the first embodiment, when an external magnetic field was applied, the magnetic field at which the magnetization of the CoFe ferromagnetic pinned layer and the CoFe free layer became antiparallel was about 380 Oe. This means that the magnetic coupling energy of the Fe oxide is 0.11 erg / cm 2 or more.
【0100】実施例2では、直交結合用中間層の自然酸
化における酸化強度を変化させた。In Example 2, the oxidation strength in the natural oxidation of the intermediate layer for orthogonal coupling was changed.
【0101】図13に、磁場を垂直挿引したときの、反
平行状態が破れる磁場H90°および電気抵抗変化率の酸
化強度依存性を示す。600Langmuiersでは90度結合
させるのに必要なFe酸化物ができておらず、1200
Langmuiers 以上で90度結合が実現する。FIG. 13 shows the oxidative strength dependence of the magnetic field H 90 ° at which the antiparallel state is broken and the rate of change in electric resistance when the magnetic field is vertically inserted. In 600 Langmuiers, the Fe oxide necessary for bonding at 90 degrees is not formed, and 1200
Above Langmuiers, 90 degree coupling is realized.
【0102】また、このように直交結合用中間層が絶縁
物である場合には、電子反射によるMR増大効果が得ら
れる。CuとTaは自己酸化によってCu−Ta酸化物
を形成すると考えられ、このCu−Ta酸化物とCoF
e強磁性フリー層との界面、及びFe酸化物と強磁性ピ
ン層との界面において、伝導電子の鏡面反射が起こって
いるため、Fe酸化物のない場合のスピンバルブではお
よそ10%がMRの最大値であるのに対し、Fe酸化物
を用いる実施例2の1200 Langmuiersでは13%のMR
が得られた。しかし、1200Langmuiersより酸化を強くし
ていくと、膜面が荒れるためにMRが少しずつ減少して
しまう。When the orthogonal coupling intermediate layer is made of an insulating material, an effect of increasing MR by electron reflection can be obtained. It is considered that Cu and Ta form a Cu-Ta oxide by self-oxidation, and this Cu-Ta oxide and CoF
e Since specular reflection of conduction electrons occurs at the interface between the ferromagnetic free layer and the interface between the Fe oxide and the ferromagnetic pinned layer, about 10% of the MR in the spin valve without the Fe oxide is MR. In contrast to the maximum value, an MR of 13% was obtained for the 1200 Langmuiers of Example 2 using Fe oxide.
was gotten. However, if the oxidation is made stronger than 1200 Langmuiers, the MR gradually decreases because the film surface becomes rough.
【0103】従って、安定した磁気結合と高いMRを両
立させるためには、1000Langmuiersから8000La
ngmuiers程度の酸化強度が適当である。Therefore, in order to achieve both stable magnetic coupling and high MR, 1000 Langmuiers to 8000 La
An oxidation strength of about ngmuiers is appropriate.
【0104】次に、実施例3は、IrMn反強磁性層と
Fe酸化物の直交結合用中間層の厚さについて検討し
た。表3にその結果を示す。Next, in Example 3, the thickness of the IrMn antiferromagnetic layer and the intermediate layer for orthogonal coupling of the Fe oxide was examined. Table 3 shows the results.
【0105】[0105]
【表3】 [Table 3]
【0106】これより、良好な磁気結合を実現するため
には、IrMn反強磁性層とFe酸化物中間層に挟まれ
るCoFe強磁性層の膜厚を少なくとも1nm以上、望
ましくは2nm以上にすべきであることがわかる。しか
し、厚すぎると磁化(Ms・t積)が増大してHuaが
低下するので、2nm以上3nm以下にすべきである。Thus, in order to achieve good magnetic coupling, the thickness of the CoFe ferromagnetic layer sandwiched between the IrMn antiferromagnetic layer and the Fe oxide intermediate layer should be at least 1 nm or more, preferably 2 nm or more. It can be seen that it is. However, if the thickness is too large, the magnetization (Ms · t product) increases and Hua decreases, so the thickness should be 2 nm or more and 3 nm or less.
【0107】実施例4では、直交結合用中間層の酸化さ
せる前のFeの膜厚を変化させた。ここで酸化強度は、
Feが2nm以下の場合3000Langmuirs、2nm以
上の場合、12000 Langmuirsとした。Feの厚さに応じ
て酸化強度を変化させたのは、Feが厚くても深層部ま
で酸化されるよう配慮したためであるが、先述の通り、
酸化の強い領域では膜面が荒れてMRが低下した。図1
4にFe膜厚と直交結合磁場H90°及び、電気抵抗変化
率の関係を示す。この結果より、Feの膜厚は1nmか
ら3nmが好適と言える。特に、1.5nmから2nm
がより望ましい。In Example 4, the thickness of Fe before oxidation of the intermediate layer for orthogonal coupling was changed. Here, the oxidation strength is
When the Fe content is 2 nm or less, it is 3000 Langmuirs, and when it is 2 nm or more, it is 12000 Langmuirs. The reason why the oxidation strength was changed in accordance with the thickness of Fe was to take into account that even if the Fe was thick, it was oxidized to a deep layer, but as described above,
In the region where the oxidation was strong, the film surface was rough and the MR was lowered. FIG.
FIG. 4 shows the relationship between the Fe film thickness, the orthogonal coupling magnetic field H 90 °, and the rate of change in electric resistance. From these results, it can be said that the thickness of Fe is preferably 1 nm to 3 nm. In particular, 1.5 nm to 2 nm
Is more desirable.
【0108】また、実施例5は、Crを自然酸化して直
交結合用中間層としたスピンバルブのMR曲線を図15
に示す。90度結合磁場はFeのときよりも小さいもの
の、約50Oe(この場合、0.014erg/c
m2)で結合されている。In Example 5, the MR curve of a spin valve obtained by naturally oxidizing Cr to form an orthogonal coupling intermediate layer is shown in FIG.
Shown in Although the 90 degree coupling magnetic field is smaller than that of Fe, it is about 50 Oe (in this case, 0.014 erg / c
m 2 ).
【0109】ここでは成膜室への酸素導入によりFe,
Crを自然酸化させた実施例1−5を挙げたが、Fe,
Crのほか、Mnを用いることも可能であり、酸化の方
法の他の例として、(1)プラズマで生成した酸素ラデ
ィカルによる酸化、(2)エキシマランプから紫外線を
照射することで生成した酸素ラディカルによる酸化、
(3)酸素を含む雰囲気中におけるFe,Cr,Mnの
反応性スパッタ、等が考えられる。(1)は緻密で薄い
酸化膜を作成するのに適しており、Fe,Cr,Mnの
価数をコントロールしやすくなる。(2)は(1)に加
えて酸素イオンによるダメージが少なく、平滑な界面が
作成できる。これにより、電子鏡面反射の効果を高め、
出力を向上させることができる。(3)は化学的に安定
した酸化膜が得られ、素子として安定な動作を継続でき
る。更に(1)から(3)において、基板を40℃〜1
00℃に加熱しつつ酸化を進行させると、酸化物が平滑
にかつ化学的に安定した状態で得ることができる。また
(1)、(2)では、基板を77K〜295Kに冷却し
て酸化させると、酸素分子が解離して自然酸化するのを
抑制できるため、酸素ラディカルの寄与が高くなって、
緻密で薄い酸化膜を作成することができる。Here, by introducing oxygen into the film forming chamber, Fe,
Examples 1-5 in which Cr was naturally oxidized were described.
In addition to Cr, Mn can be used. Other examples of the oxidation method include (1) oxidation by oxygen radical generated by plasma, and (2) oxygen radical generated by irradiating ultraviolet rays from an excimer lamp. Oxidation,
(3) Reactive sputtering of Fe, Cr, and Mn in an atmosphere containing oxygen can be considered. (1) is suitable for forming a dense and thin oxide film, and makes it easy to control the valences of Fe, Cr and Mn. In (2), in addition to (1), damage due to oxygen ions is small, and a smooth interface can be formed. This enhances the effect of electron specular reflection,
Output can be improved. In (3), a chemically stable oxide film is obtained, and stable operation as an element can be continued. Further, in (1) to (3), the substrate is kept at 40 ° C. to 1
When the oxidation proceeds while heating to 00 ° C., the oxide can be obtained in a smooth and chemically stable state. In (1) and (2), when the substrate is cooled to 77 K to 295 K and oxidized, the dissociation of oxygen molecules and spontaneous oxidation can be suppressed, so that the contribution of oxygen radical increases,
A dense and thin oxide film can be formed.
【0110】また、ここでは基板に熱酸化Siを用いた
が、平坦性を向上させる等の目的で、サファイア基板、
MgO基板、GaAs基板、Si基板を用いることも可
能である。さらに、素子のノイズ減対策としての、フリ
ー層の軟磁気特性下地をNiFeの代わりにfcc構造
を有する金属、たとえばRu、Cu、Au、NiFeC
rのうちのいずれかによる単層膜、あるいはこれらの積
層膜、混相膜にしてもよい。Although the thermally oxidized Si is used here as the substrate, a sapphire substrate,
It is also possible to use an MgO substrate, a GaAs substrate, or a Si substrate. Further, as a measure for reducing the noise of the element, the soft magnetic characteristic base of the free layer is made of a metal having an fcc structure instead of NiFe, for example, Ru, Cu, Au, NiFeC.
Alternatively, a single-layer film, a laminated film thereof, or a mixed-phase film may be used.
【0111】ところで、強磁性フリー層と反強磁性層と
の間に直交結合用の中間層を挿入するには、スピンバル
ブとしての感度を向上させるための工夫が必要である。
直交結合用中間層を挟んだ2層の強磁性層が同じ磁化
(Ms・t積)を持っていると、強磁性フリー層全体と
しての磁化は強磁性ピン層に対して45度を向いている
ため、記録媒体からの外部磁場が印加されても、磁化が
回転しにくくなる可能性がある。By the way, in order to insert an intermediate layer for orthogonal coupling between the ferromagnetic free layer and the antiferromagnetic layer, a device for improving the sensitivity as a spin valve is required.
When the two ferromagnetic layers sandwiching the orthogonal coupling intermediate layer have the same magnetization (Ms · t product), the magnetization of the entire ferromagnetic free layer is oriented at 45 degrees with respect to the ferromagnetic pinned layer. Therefore, even when an external magnetic field is applied from the recording medium, the magnetization may be difficult to rotate.
【0112】これを防ぎ、直交結合用中間層を介した2
層の強磁性層の足しあわせた磁化を、ピン層の磁化と略
直交するように、Ms・t積に差を設けることである。
強磁性フリー層と、反強磁性層に接している強磁性層の
Ms・t積の比を1:5程度とすれば、強磁性ピン層の磁
化と、直交結合用中間層を介した両強磁性の磁化のなす
角が約80deg.となり、感度劣化を抑制できる。To prevent this, the two
The difference is to provide a difference in the Ms · t product so that the added magnetization of the ferromagnetic layers of the layers is substantially orthogonal to the magnetization of the pinned layer.
If the ratio of the Ms · t product of the ferromagnetic free layer and the ferromagnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer is about 1: 5, the magnetization of the ferromagnetic pinned layer and the magnetization through the orthogonal coupling intermediate layer are The angle formed by the ferromagnetic magnetization is about 80 deg., And the sensitivity degradation can be suppressed.
【0113】また、直交結合を弱めるという方法があ
る。反強磁性層に接する強磁性層の磁化は固着されたま
まで、強磁性フリー層の磁化だけが回転する。この場
合、感度として、強磁性フリー層の磁化が回転し始める
外部磁場が5Oe以下であることが好ましく、例えば強
磁性フリー層の磁化が3.6nmTでは、直交結合エネ
ルギーは1.4 ×10-3 erg/cm2以下である必
要がある。Further, there is a method of weakening orthogonal coupling. While the magnetization of the ferromagnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer remains fixed, only the magnetization of the ferromagnetic free layer rotates. In this case, as the sensitivity, the external magnetic field at which the magnetization of the ferromagnetic free layer starts to rotate is preferably 5 Oe or less. For example, when the magnetization of the ferromagnetic free layer is 3.6 nmT, the orthogonal coupling energy is 1.4 × 10 −. It needs to be 3 erg / cm 2 or less.
【0114】以上述べた略直交に結合する磁化結合層
(挿入層)を用いた磁気抵抗効果素子は、磁気ディスク
装置等の磁気再生装置の再生ヘッドとして用いることが
可能である。The above-described magnetoresistive element using the magnetic coupling layer (insertion layer) that couples substantially orthogonally can be used as a reproducing head of a magnetic reproducing device such as a magnetic disk device.
【0115】磁気再生ヘッドのうち、これまでに用いら
れているシールド型磁気ヘッドは、ヘッドの媒体対向面
近傍に上述の磁気抵抗効果素子を備えている。Among the magnetic read heads, the shield type magnetic head used so far has the above-described magnetoresistive element near the medium facing surface of the head.
【0116】また、シールド型磁気ヘッドの他に、図1
6の概略斜視図に示すヨーク型磁気ヘッドにも適用でき
る。このヨーク型磁気ヘッドは、図16にあるように、
媒体対向面1200において記録媒体上の記録トラック
1202からの信号磁界をひろい、ヘッド内部に配置さ
れた磁気抵抗効果素子に導く一対のヨーク1204を備
える。実際は、記録媒体が面内で回転して、磁気ヘッド
はその表面上を空気を介して、あるいは互いに接触して
相対移動する。In addition to the shield type magnetic head, FIG.
6 can also be applied to a yoke type magnetic head shown in a schematic perspective view. As shown in FIG. 16, this yoke type magnetic head has:
A pair of yokes 1204 are provided on the medium facing surface 1200 to spread a signal magnetic field from a recording track 1202 on the recording medium and guide the signal magnetic field to a magnetoresistive element disposed inside the head. In practice, the recording medium rotates in the plane, and the magnetic heads move relative to each other on the surface via air or in contact with each other.
【0117】図16中、一対のヨーク内に付した矢印は
信号磁界の進入方向を示す。この信号磁界は、ヨーク1
204の一方によって、媒体対抗面1200より後方に
配置された本発明の磁気抵抗効果素子1210に導か
れ、ヨーク1204の他方により媒体へ戻り、一つの磁
気回路を構成できる。磁気抵抗効果素子1210は、磁
気抵抗効果膜1206と、この磁抵抗効果膜1206の
両端に接続された一対のリード電極1208により構成
されている。磁気抵抗効果膜1206とリード電極に付
された点線上の矢印はセンス電流の方向を示す。In FIG. 16, arrows attached to the pair of yokes indicate the direction in which the signal magnetic field enters. This signal magnetic field is applied to the yoke 1
One of the yoke 1204 leads to the magnetoresistive element 1210 of the present invention disposed behind the medium facing surface 1200 and returns to the medium by the other of the yokes 1204, thereby forming one magnetic circuit. The magnetoresistive element 1210 includes a magnetoresistive film 1206 and a pair of lead electrodes 1208 connected to both ends of the magnetoresistive film 1206. Dotted arrows on the magnetoresistive film 1206 and the lead electrodes indicate the direction of the sense current.
【0118】このようなヨーク1204を用いる場合
に、磁束を効率的に磁気抵抗効果膜1206へ導くに
は、ヨーク1204の透磁率が高いことが望まれ、その
ためには一様な磁気異方性を持たないことが望ましい。
しかし、スピンバルブに対する熱処理はヨーク1204
と積層形成されてから行われるため、スピンバルブに対
する熱処理によりヨーク部が一様な磁気異方性を持つ恐
れがある。従って、本発明の磁気抵抗効果素子のように
熱処理を少なく済ませられることは、ヨーク型磁気ヘッ
ドの大きな利点といえる。尚、このようなヨーク型磁気
ヘッドにおける利点は、図16に示す構造に限られず、
磁気抵抗効果素子が媒体対抗面から後退した位置に配置
され、媒体対向面と磁気抵抗効果素子が磁気ヨークによ
って橋渡しされた構造であれば同様に得られるものであ
る。When such a yoke 1204 is used, it is desirable that the yoke 1204 has a high magnetic permeability in order to efficiently guide the magnetic flux to the magnetoresistive film 1206. It is desirable not to have.
However, the heat treatment for the spin valve is not performed on the yoke 1204.
The yoke may have a uniform magnetic anisotropy due to the heat treatment of the spin valve. Therefore, it is a great advantage of the yoke type magnetic head that the heat treatment can be reduced as in the magnetoresistive element of the present invention. The advantage of such a yoke type magnetic head is not limited to the structure shown in FIG.
The same effect can be obtained if the magnetoresistive element is arranged at a position retreated from the medium facing surface and the medium facing surface and the magnetoresistive element are bridged by a magnetic yoke.
【0119】また、ヨーク型ヘッドでは、設計上、リー
ド電極1208を図16に示すように、x方向に互いに
対向する位置に置く構成となる。これは、図16に示す
ように磁気抵抗効果膜の主面1206を磁気媒体120
2に垂直に形成した構造でも、ヨーク1204の後方面
に形成して磁気媒体1202に平行に形成した構造でも
同様である。In the yoke type head, the design is such that the lead electrodes 1208 are arranged at positions facing each other in the x direction as shown in FIG. This is because the main surface 1206 of the magnetoresistive film is formed on the magnetic medium 120 as shown in FIG.
2 and a structure formed on the rear surface of the yoke 1204 and parallel to the magnetic medium 1202.
【0120】磁気抵抗効果膜中での磁束の流れは図16
中の矢印で示したように、x方向を向く。すなわち、セ
ンス電流と、強磁性フリー層7に流れ込む磁束の向きが
平行あるいは反平行となる。このような状況で、略直交
を用いない従来スピンバルブを搭載すると、図17
(a)中z方向に対向するように、強磁性フリー層7の
磁気バイアス付与(磁区制御)の反強磁性層9を配置す
ることになる。つまり、磁区制御反強磁性層がフリー層
に接している磁界不感領域に、シャント電流が流れてし
まい、出力が低下してしまう。The flow of the magnetic flux in the magnetoresistive film is shown in FIG.
As shown by the arrow in the middle, it faces the x direction. That is, the sense current and the direction of the magnetic flux flowing into the ferromagnetic free layer 7 are parallel or anti-parallel. In such a situation, when a conventional spin valve that does not use substantially orthogonal is mounted, FIG.
(A) An antiferromagnetic layer 9 for applying a magnetic bias (magnetic domain control) to the ferromagnetic free layer 7 is arranged so as to face the middle z direction. That is, a shunt current flows in a magnetic field insensitive region where the magnetic domain control antiferromagnetic layer is in contact with the free layer, and the output is reduced.
【0121】これに対し、略直交結合の磁化結合層(挿
入層)12065を用いたスピンバルブ素子を搭載すれ
ば、図17(b)に示すように強磁性フリー層1206
4の磁区制御を、強磁性層12066への磁気バイアス
を介して反強磁性層12067はx方向に互いに対向配
置され、リード電極1208を反強磁性層12067よ
りも中央の中央能動領域まで伸ばすことで、強磁性フリ
ー層12064の磁界不感領域をバイパスすることがで
きる。このことから、ヨーク型磁気ヘッドと略直交結合
用の磁化結合層(挿入層)12065を用いたスピンバ
ルブ素子を組み合わせることは、出力向上の観点から大
きな利点を生み出すと言える。On the other hand, if a spin valve element using a magnetic coupling layer (insertion layer) 12065 of substantially orthogonal coupling is mounted, as shown in FIG.
In the magnetic domain control of No. 4, the antiferromagnetic layers 12067 are arranged to face each other in the x direction via a magnetic bias to the ferromagnetic layer 12066, and the lead electrode 1208 is extended to a central active region that is more central than the antiferromagnetic layer 12067. Thus, the magnetic field insensitive region of the ferromagnetic free layer 12064 can be bypassed. From this, it can be said that the combination of the yoke type magnetic head and the spin valve element using the magnetic coupling layer (insertion layer) 12065 for substantially orthogonal coupling produces a great advantage from the viewpoint of improving the output.
【0122】また、図18のヨーク型磁気ヘッドの概略
を示す斜視図にあるように磁気抵抗効果膜1206の主
面(膜の堆積方向に対し垂直な面)を磁気記録媒体12
02の主面に平行となるように形成した場合、一対の硬
質磁性材料層あるいは反強磁性材料層12067を磁気
抵抗効果膜1206aを挟み、かつ記録媒体のトラック
上方のトラック幅形成部分を挟む位置に設置して、ヨー
ク1204の磁化をy方向へそろえることができる。こ
のようにすることで、ヨークのx方向の透磁率が一様に
かつ小さくなり、記録媒体1202からの信号磁束が効
率よくフリー層へと流れ込む。このとき磁気抵抗効果膜
1206aのピン層の磁化はヨークやフリー層の磁化と
直交関係(x方向)に固着する必要がある。すなわち、
ピン層の磁化固着のための熱処理と、ヨーク1204の
磁化固着のための熱処理とが必要となる。ここで、直交
結合膜をピン層あるいはフリー層に挿入することで、ヨ
ーク1204とピン層あるいは、フリー層に挿入するこ
とで、ヨーク1204とピン層への熱処理を同時に行う
ことが出来るようになり、製造工程数の削減が可能とな
る。尚、図18の磁気抵抗効果膜1206aには、各実
施形態にて説明した磁気抵抗効果膜を用いることが可能
であり、ここでは、詳細な説明は省略する。尚、図18
に示すようなヨーク型ヘッドでは、磁気抵抗効果素子と
して、主面に垂直に電流を流す(CPP方式)のGMR
素子が適している。この場合には、一対の電極は、磁気
抵抗効果膜を上下から挟むように配置される。Further, as shown in the perspective view schematically showing the yoke type magnetic head of FIG. 18, the main surface (the surface perpendicular to the film deposition direction) of the magnetoresistive film 1206 is set to the magnetic recording medium 12.
02, a pair of hard magnetic material layers or antiferromagnetic material layers 12067 are sandwiched between the magnetoresistive film 1206a and the track width forming portion above the track of the recording medium. , The magnetization of the yoke 1204 can be aligned in the y direction. By doing so, the magnetic permeability in the x direction of the yoke becomes uniform and small, and the signal magnetic flux from the recording medium 1202 efficiently flows into the free layer. At this time, the magnetization of the pinned layer of the magnetoresistive film 1206a needs to be fixed in a perpendicular relationship (x direction) with the magnetization of the yoke and the free layer. That is,
Heat treatment for fixing the magnetization of the pin layer and heat treatment for fixing the magnetization of the yoke 1204 are required. Here, by inserting the orthogonal coupling film into the pin layer or the free layer, the yoke 1204 and the pin layer can be simultaneously heat-treated by inserting the orthogonal coupling film into the pin layer or the free layer. Thus, the number of manufacturing steps can be reduced. Note that the magnetoresistive film described in each embodiment can be used for the magnetoresistive film 1206a in FIG. 18, and the detailed description is omitted here. Note that FIG.
In the yoke type head as shown in FIG. 1, a GMR of a current flowing perpendicularly to the main surface (CPP method) is used as a magnetoresistive element.
Elements are suitable. In this case, the pair of electrodes are arranged so as to sandwich the magnetoresistive film from above and below.
【0123】以上に述べた略直交に結合する物質を用い
た膜構造は、スピンバルブのみに限らず、人工格子膜や
スピンバルブ構造を2重に備えるいわゆるデュアルスピ
ンバルブ素子にも適用可能であり、さらには、トンネル
効果を用いたトンネル磁気抵抗効果膜や、センス電流を
磁気抵抗効果膜の膜面垂直方向に流すCPP(Curr
ent Perpendicular to Plan
e)磁気抵抗効果素子にも適用可能である。一例の断面
を図19に示す。The above-described film structure using a substance which is bonded substantially orthogonally can be applied to not only a spin valve but also a so-called dual spin valve element having an artificial lattice film and a double spin valve structure. Further, a tunnel magnetoresistive film using a tunnel effect or a CPP (Curr) in which a sense current flows in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film.
ent Perpendicular to Plan
e) It can be applied to a magnetoresistance effect element. FIG. 19 shows a cross section of an example.
【0124】このトンネル磁気抵抗効果素子は、下部電
極を兼ねた下地層47の表面に、第1の反強磁性層12
1、強磁性層123、直交結合用の磁化結合層125、
強磁性ピン層127、非磁性トンネル絶縁層129、強
磁性フリー層131、第2の反強磁性層133、このト
ンネル磁気抵抗効果膜の側壁を囲む絶縁層135、及び
上部電極層137を備える。上部及び下部電極間をトン
ネル電流が流れ、強磁性ピン層127及び強磁性フリー
層131の磁方向の相対変化によって、トンネル抵抗が
変化し、この情報から外部磁場の方向を検知することが
できる。尚、このようなトンネル磁気抵抗効果膜は、磁
気ヘッド等のいわゆる磁気センサの他、基板上にダイオ
ードやトランジスタ共にセルを構成し、このセルを複数
集積形成した不揮発性の磁気ランダムアクセスメモリ
(MRAM)にも適用可能である。This tunnel magnetoresistive element has a structure in which the first antiferromagnetic layer 12 is formed on the surface of the underlayer 47 also serving as the lower electrode.
1, a ferromagnetic layer 123, a magnetic coupling layer 125 for orthogonal coupling,
It includes a ferromagnetic pinned layer 127, a nonmagnetic tunnel insulating layer 129, a ferromagnetic free layer 131, a second antiferromagnetic layer 133, an insulating layer 135 surrounding the side wall of the tunnel magnetoresistive film, and an upper electrode layer 137. A tunnel current flows between the upper and lower electrodes, and the tunnel resistance changes due to a relative change in the magnetic direction of the ferromagnetic pinned layer 127 and the ferromagnetic free layer 131. The direction of the external magnetic field can be detected from this information. Incidentally, such a tunnel magnetoresistive film forms a cell including both a diode and a transistor on a substrate in addition to a so-called magnetic sensor such as a magnetic head, and a nonvolatile magnetic random access memory (MRAM) in which a plurality of such cells are formed. ) Is also applicable.
【0125】以上説明したような磁気抵抗効果素子を磁
気再生ヘッドに用い、これを搭載した磁気ヘッドアッセ
ンブリは、次に述べる構成を備える。A magnetic head assembly using the above-described magnetoresistive element for a magnetic reproducing head and having the same mounted thereon has the following configuration.
【0126】アクチュエータアームは、磁気ディスク装
置内の固定軸に固定されるための穴を有し、アクチュエ
ータアームの一端にはサスペンションが接続されてい
る。The actuator arm has a hole to be fixed to a fixed shaft in the magnetic disk drive, and a suspension is connected to one end of the actuator arm.
【0127】サスペンションの先端には上述の各形態及
び各実施例にある磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッド
を搭載したヘッドスライダが取り付けられている。ま
た、サスペンションは信号の書き込み及び読み取り用の
リード線が配線され、このリード線の一端とヘッドスラ
イダに組み込まれた磁気抵抗効果ヘッドの各電極とが電
気的に接続され、リード線の他端は電極パッドに接続さ
れている。At the tip of the suspension, a head slider on which a magnetic head having the magnetoresistive element according to each of the above embodiments and embodiments is mounted. The suspension is provided with lead wires for signal writing and reading, and one end of the lead wire is electrically connected to each electrode of the magnetoresistive head incorporated in the head slider, and the other end of the lead wire is connected to the suspension. It is connected to the electrode pad.
【0128】また、本発明の磁気記録装置の一種であ
る、磁気ヘッドアッセンブリを搭載した磁気ディスク装
置の内部構造を次に述べる。Next, the internal structure of a magnetic disk drive equipped with a magnetic head assembly, which is a kind of the magnetic recording apparatus of the present invention, will be described below.
【0129】磁気ディスクはスピンドルに装着され、駆
動装置制御部からの制御信号に応答するモータにより回
転する。磁気ディスクが浮上した状態で情報の記録再生
を行うヘッドスライダは薄膜状のサスペンションの先端
に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダは上記
磁気抵抗効果再生ヘッドを具備している。The magnetic disk is mounted on a spindle, and is rotated by a motor responsive to a control signal from a drive controller. A head slider for recording and reproducing information while the magnetic disk floats is attached to the tip of a thin-film suspension. Here, the head slider has the above-mentioned magnetoresistive effect reproducing head.
【0130】磁気ディスクが回転すると、ヘッドスライ
ダの媒体対向面は磁気ディスクの表面から所定量浮上し
た状態で保持される。When the magnetic disk rotates, the medium facing surface of the head slider is held in a state of floating above the surface of the magnetic disk by a predetermined amount.
【0131】サスペンションは駆動コイルを保持するボ
ビン部等を有するアクチュエータアームの一端に接続さ
れている。アクチュエータアームの他端にはリニアモー
タの1種であるボイスコイルモータが設けられている。
ボイスコイルモータはアクチュエータアームのボビン部
に巻き上げられた駆動コイルと、このコイルを挟み込む
ように対向して配置された永久磁石、及び対向ヨークか
らなる磁気回路とから構成される。The suspension is connected to one end of an actuator arm having a bobbin for holding a drive coil. A voice coil motor, which is a type of linear motor, is provided at the other end of the actuator arm.
The voice coil motor is composed of a drive coil wound around a bobbin of an actuator arm, a permanent magnet opposed to the coil, and a magnetic circuit including an opposed yoke.
【0132】アクチュエータアームは固定軸の上下2ヶ
所に設けられたボールベアリングによって保持され、ボ
イスコイルモータにより回転摺動が自在にできるように
なっている。The actuator arm is held by ball bearings provided at two positions above and below the fixed shaft, and can be freely rotated and slid by a voice coil motor.
【0133】以上説明した実施の形態、及び実施例にお
いて例示した層の材料等はこれに限られるものではな
い。The materials and the like of the layers exemplified in the embodiments and examples described above are not limited to these.
【0134】また、層の成膜方法等、例えばスパッタ工
程のスパッタ圧やスパッタ温度、成膜後の熱処理工程に
おける処理温度、処理雰囲気、及び処理時間に依存し
て、隣接する層や離間した層から原子の拡散が起こるこ
とが容易に想定できる。従って、これらの製法の調整等
によって、例示したターゲット材を用いて成膜しても、
拡散によって結果的に異なる材料を含む層になるが、こ
のような拡散が生じても、本発明の趣旨に基づいて得ら
れるべき特性(強磁性、反強磁性、略直交の磁気結合、
スピン依存散乱等)が得られるならば、本発明の効果を
十分に発揮できる。In addition, depending on the method of forming a layer, for example, the sputtering pressure and sputtering temperature in the sputtering step, the processing temperature, the processing atmosphere, and the processing time in the heat treatment step after the film formation, the adjacent layer or the separated layer may be used. It can easily be assumed that diffusion of atoms occurs from. Therefore, even if a film is formed using the exemplified target material by adjusting these manufacturing methods or the like,
Although the diffusion results in a layer containing a different material, even if such a diffusion occurs, the characteristics (ferromagnetic, antiferromagnetic, substantially orthogonal magnetic coupling,
If the spin-dependent scattering is obtained, the effect of the present invention can be sufficiently exhibited.
【0135】[0135]
【発明の効果】安価で高性能の磁気抵抗効果素子を提供
することが可能である。また、薄膜化の素子を提供する
ことができ、狭ギャップを要する磁気再生ヘッド、さら
にハードディスクドライブ等の磁気再生装置に好適であ
る。また、新規な磁性積層体を提供することが可能であ
る。As described above, it is possible to provide an inexpensive and high-performance magnetoresistive element. Further, a thin-film element can be provided, which is suitable for a magnetic reproducing head requiring a narrow gap and a magnetic reproducing apparatus such as a hard disk drive. Further, it is possible to provide a novel magnetic laminate.
【図1】本発明の第1の実施形態による磁気抵抗効果素
子を示す斜視断面図である。FIG. 1 is a perspective sectional view showing a magnetoresistive element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施形態を例に用いて、本発明の磁気抵
抗効果素子の製造にあたって行う、磁場中熱処理工程の
履歴を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a history of a heat treatment step in a magnetic field performed in manufacturing the magnetoresistive element of the present invention using the first embodiment as an example.
【図3】本発明の第1の実施形態による磁気抵抗効果素
子のリードを素子の中央能動部まで重ねた変形例1−1
を示す断面図である。FIG. 3 is a modified example 1-1 in which leads of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present invention are overlapped with the central active portion of the element.
FIG.
【図4】本発明の第1の実施形態による磁気抵抗効果素
子の強磁性フリー層に接する反強磁性層を面内に2分し
ない変形例1−2を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a modified example 1-2 in which the antiferromagnetic layer in contact with the ferromagnetic free layer of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present invention is not bisected in the plane.
【図5】本発明の第1の実施形態による磁気抵抗効果素
子の強磁性フリー層と反強磁性層との間に非磁性層を挿
入した変形例1−3を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing Modification 1-3 in which a nonmagnetic layer is inserted between a ferromagnetic free layer and an antiferromagnetic layer in the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第1の実施形態による磁気抵抗効果素
子の強磁性ピン層に積層フェリ構造を用いた変形例1−
4を示す断面図である。FIG. 6 is a first modification of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present invention in which a ferromagnetic pinned layer has a laminated ferrimagnetic structure
FIG.
【図7】本発明の第2の実施形態による磁気抵抗効果素
子を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a magnetoresistive element according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第2の実施形態による磁気抵抗効果素
子の変形例を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the magnetoresistive element according to the second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第3の実施形態による磁気抵抗効果素
子を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a magnetoresistive element according to a third embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第4の実施形態による磁気抵抗効果
素子を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a magnetoresistive element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第4の実施形態による磁気抵抗効果
素子の変形例を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a modification of the magnetoresistive element according to the fourth embodiment of the present invention.
【図12】実施例1の磁化曲線とMR曲線を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing a magnetization curve and an MR curve of Example 1.
【図13】実施例2の反平行状態が破れる磁場H90とM
Rの酸化強度依存性を示す図である。FIG. 13 shows magnetic fields H 90 and M at which the antiparallel state of Example 2 is broken.
It is a figure which shows the oxidation intensity dependence of R.
【図14】実施例4の反平行状態が破れる磁場H90とM
Rに関する、酸化させる前のFeの膜厚依存性を示す図
である。FIG. 14 shows magnetic fields H 90 and M at which the antiparallel state of Example 4 is broken.
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of R on the thickness of Fe before oxidation.
【図15】実施例5のMR曲線を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an MR curve of Example 5.
【図16】ヨーク型磁気ヘッドに関する概略斜視図であ
る。FIG. 16 is a schematic perspective view of a yoke type magnetic head.
【図17】ヨーク型磁気ヘッドにおける磁気抵抗効果素
子の各層とヨークとの一関係を示す斜視図である。FIG. 17 is a perspective view showing a relationship between each layer of the magnetoresistance effect element and the yoke in the yoke type magnetic head.
【図18】ヨーク型磁気ヘッドの他の例を示す概略斜視
図である。FIG. 18 is a schematic perspective view showing another example of a yoke type magnetic head.
【図19】本発明のトンネル効果素子を示す断面図であ
る。FIG. 19 is a sectional view showing a tunnel effect element of the present invention.
【図20】従来のパターンドバイアス方式の磁気抵抗効
果素子を示す斜視図である。FIG. 20 is a perspective view showing a conventional patterned bias type magnetoresistance effect element.
31…第1の反強磁性層 33…第1の強磁性層 35…直交結合用中間層 37…第2の強磁性層 39…中間非磁性層 41…第3の強磁性相 43…第2の反強磁性層 45…リード電極 REFERENCE SIGNS LIST 31 first antiferromagnetic layer 33 first ferromagnetic layer 35 intermediate layer for orthogonal coupling 37 second ferromagnetic layer 39 intermediate nonmagnetic layer 41 third ferromagnetic phase 43 second Antiferromagnetic layer 45 ... lead electrode
Claims (23)
と、 前記第1の強磁性層と積層形成された磁化結合層と、 前記磁化結合層を介して前記第1の強磁性層と積層形成
され、前記磁化結合層により前記第1の強磁性層と磁化
結合されて前記第1方向と略直交方向の磁化を備える第
2の強磁性層と、 中間非磁性層と、 前記中間非磁性層を介して前記第2の強磁性層と積層形
成され、外部磁場がゼロの状態で第1方向と略同方向の
磁化を備える第3の強磁性層とを備えることを特徴とす
る磁気抵抗効果素子。A first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction; a magnetic coupling layer formed by laminating the first ferromagnetic layer; and the first ferromagnetic layer via the magnetic coupling layer. A second ferromagnetic layer having a magnetization in a direction substantially orthogonal to the first direction, the second ferromagnetic layer being magnetically coupled to the first ferromagnetic layer by the magnetic coupling layer, the intermediate nonmagnetic layer; A third ferromagnetic layer laminated with the second ferromagnetic layer via an intermediate non-magnetic layer and having a magnetization substantially in the same direction as the first direction in a state where the external magnetic field is zero. Magnetoresistive element.
る酸化物を2種以上含む混相膜、あるいは、同一金属の
価数の異なる酸化物層を2層以上含む積層膜を備えるこ
とを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗効果素子。2. The magnetic coupling layer according to claim 1, wherein the magnetic coupling layer comprises a mixed phase film including two or more oxides of the same metal having different valences, or a laminated film including two or more oxide layers of the same metal having different valences. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein:
と、 同一金属の価数の異なる酸化物を2種以上含む混相膜、
あるいは、同一金属の価数の異なる酸化物層を2層以上
備える積層膜を具備し、前記第1の強磁性層と積層形成
された挿入層と、 前記挿入層を介して前記第1の強磁性層と積層形成さ
れ、前記第1方向と略直交方向の磁化を備える第2の強
磁性層と、 中間非磁性層と、 前記中間非磁性層を介して前記第2の強磁性層と積層形
成され、外部磁場がゼロの状態で第1方向と略同方向の
磁化を備える第3の強磁性層とを備えることを特徴とす
る磁気抵抗効果素子。A first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction; a mixed phase film containing two or more oxides of the same metal having different valences;
Alternatively, a laminated film including two or more oxide layers of the same metal having different valences is provided, and an insertion layer formed by laminating the first ferromagnetic layer and the first ferromagnetic layer via the insertion layer. A second ferromagnetic layer laminated and formed with a magnetic layer and having a magnetization substantially perpendicular to the first direction; an intermediate nonmagnetic layer; and a second ferromagnetic layer laminated via the intermediate nonmagnetic layer. And a third ferromagnetic layer having a magnetization substantially in the same direction as the first direction when the external magnetic field is zero.
の反強磁性層、及び前記第3の強磁性層に積層形成され
た第2の反強磁性層とを備えることを特徴とする請求項
1または3記載の磁気抵抗効果素子。4. A first ferromagnetic layer laminated on the first ferromagnetic layer.
4. The magnetoresistive element according to claim 1, further comprising: an antiferromagnetic layer formed by: and a second antiferromagnetic layer laminated on the third ferromagnetic layer. 5.
からなり、FeO,Fe3O4,α‐Fe2O3,γ‐Fe
2O3から選ばれることを特徴とする請求項2または3記
載の磁気抵抗効果素子。5. The oxide having a different valence comprises an oxide of Fe, FeO, Fe 3 O 4 , α-Fe 2 O 3 , γ-Fe
4. The magnetoresistive element according to claim 2, wherein the element is selected from 2 O 3 .
からなり、CrO,Cr2O3,CrO2,Cr2O5,C
rO3,CrO5から選ばれることを特徴とする請求項2
または3記載の磁気抵抗効果素子。6. The oxide having a different valence comprises an oxide of Cr, and is CrO, Cr 2 O 3 , CrO 2 , Cr 2 O 5 , C 2.
3. A material selected from rO 3 and CrO 5.
Or a magnetoresistive element according to 3.
からなり、MnO,MnO2から選ばれることを特徴と
する請求項2または3記載の磁気抵抗効果素子。7. The magnetoresistive element according to claim 2, wherein said oxides having different valences are oxides of Mn, and are selected from MnO and MnO 2 .
伴い前記磁化の方向が変化する磁化自由層であり、前記
第3の強磁性層は、前記第2の強磁性層の磁化方向が変
化する外部磁場において、前記磁化方向が実質的に変化
しない磁化固着層であることを特徴とする請求項1乃至
7のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。8. The second ferromagnetic layer is a magnetization free layer in which the direction of the magnetization changes in accordance with a change in an external magnetic field, and the third ferromagnetic layer is a magnetic free layer of the second ferromagnetic layer. 8. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the pinned layer is a pinned layer in which the magnetization direction does not substantially change in an external magnetic field in which the magnetization direction changes.
伴い前記磁化の方向が変化する磁化自由層であり、前記
第2の強磁性層は、前記第3の強磁性層の前記磁化方向
が変化する外部磁場において、前記磁化方向が実質的に
変化しない磁化固着層であることを特徴とする請求項1
乃至7のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。9. The third ferromagnetic layer is a magnetization free layer in which the direction of the magnetization changes in accordance with a change in an external magnetic field, and the second ferromagnetic layer is formed of the third ferromagnetic layer. 2. A magnetization fixed layer in which the magnetization direction does not substantially change in an external magnetic field in which the magnetization direction changes.
8. The magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 7.
て、第1方向の磁化を備える第1の強磁性層と、 前記第1の強磁性層と積層形成された磁化結合層と、 前記磁化結合層を介して前記第1の強磁性層と積層形成
され、前記磁化結合層により前記第1の強磁性層と磁化
結合されて前記第1方向と略直交方向の磁化を備える第
2の強磁性層と、 中間非磁性層と、 前記中間非磁性層を介して前記第2の強磁性層と積層形
成され、外部磁場がゼロの状態で第1方向と略同方向の
磁化を備える第3の強磁性層と、 前記第3の強磁性層と交換結合した第2の反強磁性層と
を備える磁気抵抗効果素子を具備することを特徴とする
磁気抵抗効果ヘッド。10. A first antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer exchange-coupled to the first antiferromagnetic layer, wherein the first ferromagnetic layer has a magnetization in a first direction, and A magnetic coupling layer laminated with the first ferromagnetic layer; a magnetic coupling layer laminated with the first ferromagnetic layer via the magnetic coupling layer; and a magnetic coupling with the first ferromagnetic layer by the magnetic coupling layer. A second ferromagnetic layer having a magnetization in a direction substantially perpendicular to the first direction, an intermediate nonmagnetic layer, and the second ferromagnetic layer laminated via the intermediate nonmagnetic layer. A magnetoresistive element including a third ferromagnetic layer having a magnetization substantially in the same direction as the first direction in a zero state; and a second antiferromagnetic layer exchange-coupled to the third ferromagnetic layer. A magnetoresistive head.
なる酸化物を2種類以上含んだ混相膜、あるいは同一金
属の価数の異なる酸化物層を2層以上含む積層膜を備え
ることを特徴とする請求項10記載の磁気抵抗効果ヘッ
ド。11. The magnetic coupling layer according to claim 1, wherein the magnetic coupling layer includes a mixed phase film including two or more kinds of oxides of the same metal having different valences, or a laminated film including two or more oxide layers of the same metal having different valences. The magnetoresistive head according to claim 10, wherein:
と、 同一金属の価数の異なる酸化物を2種以上含む混相膜、
あるいは、同一金属の価数の異なる酸化物層が2層以上
積層された積層膜を具備し、前記第1の強磁性層と積層
形成された挿入層と、 前記挿入膜を介して前記第1の強磁性層と積層形成さ
れ、前記第1方向と略直交方向の磁化を備える第2の強
磁性層と、 中間非磁性層と、 前記中間非磁性層を介して前記第2の強磁性層と積層形
成され、外部磁場がゼロの状態で第1方向と略同方向の
磁化を備える第3の強磁性層とを備える磁気抵抗効果素
子を具備することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。12. A first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction, a mixed phase film containing two or more oxides of the same metal having different valences,
Alternatively, the semiconductor device includes a laminated film in which two or more oxide layers of the same metal having different valences are laminated, and the first ferromagnetic layer and the insertion layer laminated and formed; A second ferromagnetic layer having a magnetization in a direction substantially orthogonal to the first direction, an intermediate nonmagnetic layer, and the second ferromagnetic layer via the intermediate nonmagnetic layer. And a third ferromagnetic layer having a magnetization substantially in the same direction as the first direction when the external magnetic field is zero.
物からなり、FeO,Fe3O4,αFe2O3,γFe2
O3から選ばれることを特徴とする請求項11または1
2記載の磁気抵抗効果ヘッド。13. The oxide having a different valence comprises an oxide of Fe, FeO, Fe 3 O 4 , αFe 2 O 3 , γFe 2
12. The method according to claim 11, wherein the element is selected from O 3.
3. The magnetoresistive head according to 2.
物からなり、CrO,Cr2O3,CrO2,Cr2O5,
CrO3,CrO5から選ばれることを特徴とする請求項
11または12記載の磁気抵抗効果ヘッド。14. The oxide having a different valence comprises an oxide of Cr, wherein CrO, Cr 2 O 3 , CrO 2 , Cr 2 O 5 ,
CrO 3, the magnetoresistive head according to claim 11 or 12, wherein the selected from CrO 5.
物からなり、MnO,MnO2から選ばれることを特徴
とする請求項11または12記載の磁気抵抗効果ヘッ
ド。15. The magnetoresistive head according to claim 11, wherein said oxides having different valences are oxides of Mn, and are selected from MnO and MnO 2 .
に伴い前記磁化の方向が変化する磁化自由層であり、前
記第3の強磁性層は、前記第2の強磁性層の磁化方向が
変化する外部磁場において、前記磁化方向が実質的に変
化しない磁化固着層であることを特徴とする請求項10
乃至15のいずれかに記載の磁気抵抗効果ヘッド。16. The second ferromagnetic layer is a magnetization free layer in which the direction of the magnetization changes in accordance with a change in an external magnetic field, and the third ferromagnetic layer is formed of the second ferromagnetic layer. 11. The pinned layer, wherein the magnetization direction does not substantially change in an external magnetic field in which the magnetization direction changes.
16. The magnetoresistive effect head according to any one of items 15 to 15.
に伴い前記磁化の方向が変化する磁化自由層であり、前
記第2の強磁性層は、前記第3の強磁性層の前記磁化方
向が変化する外部磁場において、前記磁化方向が実質的
に変化しない磁化固着層であることを特徴とする請求項
10乃至15のいずれかに記載の磁気抵抗効果ヘッド。17. The third ferromagnetic layer is a magnetization free layer in which the direction of the magnetization changes in accordance with a change in an external magnetic field, and the second ferromagnetic layer is formed of the third ferromagnetic layer. 16. The magnetoresistive head according to claim 10, wherein the fixed layer is a magnetization fixed layer in which the magnetization direction does not substantially change in an external magnetic field in which the magnetization direction changes.
面より離間して前記磁気抵抗効果素子が配置され、前記
媒体対向面と前記磁気抵抗効果素子間に配置され、前記
媒体対抗面で外部磁場をひろい、前記外部磁場を前記磁
気抵抗効果素子に導く磁気ヨークを備えることを特徴と
する請求項10乃至17のいずれかに記載の磁気抵抗効
果ヘッド。18. A medium facing surface at one end, wherein said magnetoresistive element is disposed at a distance from said medium facing surface, and disposed between said medium facing surface and said magnetoresistive effect element. 18. The magnetoresistive head according to claim 10, further comprising a magnetic yoke for expanding an external magnetic field and guiding the external magnetic field to the magnetoresistive element.
抵抗効果ヘッドであって、 第1方向の磁化を備える第1の強磁性層と、 同一金属の価数の異なる酸化物を2種以上含む混相膜、
あるいは、同一金属の価数の異なる酸化物層が2層以上
積層された積層膜を具備し、前記第1の強磁性層と積層
形成された挿入層と、 前記挿入膜を介して前記第1の強磁性層と積層形成さ
れ、前記第1方向と略直交方向の磁化を備える第2の強
磁性層と、 中間非磁性層と、 前記中間非磁性層を介して前記第2の強磁性層と積層形
成され、外部磁場がゼロの状態で第1方向と略同方向の
磁化を備える第3の強磁性層とを備える磁気抵抗効果ヘ
ッドを搭載することを特徴とする磁気再生装置。19. A magnetic recording medium, a magnetoresistive head for reproducing magnetic information recorded on the magnetic recording medium, wherein a first ferromagnetic layer having a first direction of magnetization; A mixed phase film containing two or more oxides having different numbers,
Alternatively, there is provided a laminated film in which two or more oxide layers of the same metal having different valences are laminated, wherein the first ferromagnetic layer and the insertion layer laminated and formed; A second ferromagnetic layer having a magnetization in a direction substantially orthogonal to the first direction, an intermediate nonmagnetic layer, and the second ferromagnetic layer via the intermediate nonmagnetic layer. And a third ferromagnetic layer having a magnetization substantially in the same direction as the first direction in a state where the external magnetic field is zero.
と、 前記第1方向の磁化と略直交方向の第2の磁化を備える
第2の強磁性層と、 前記第1及び第2の強磁性層の間に形成された層間膜で
あって、同一金属の価数の異なる酸化物を2種類以上含
んだ混相膜、あるいは同一金属の価数の異なる酸化層を
2層以上含む積層膜を備える層間膜とを具備することを
特徴とする磁性積層体。20. A first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction, a second ferromagnetic layer having a second magnetization in a direction substantially orthogonal to the magnetization in the first direction, and the first and second ferromagnetic layers. An inter-layer film formed between two ferromagnetic layers, wherein the multi-phase film includes two or more oxides of the same metal having different valences, or includes two or more oxide layers of the same metal having different valences. A magnetic laminated body comprising: an interlayer film having a laminated film.
物からなり、FeO,Fe3O4,α‐Fe2O3,γ‐F
e2O3から選ばれることを特徴とする請求項20記載の
磁性積層体。21. The oxide having a different valence comprises an oxide of Fe, FeO, Fe 3 O 4 , α-Fe 2 O 3 , γ-F
magnetic multilayer structure according to claim 20, wherein the selected from e 2 O 3.
物からなり、CrO,Cr2O3,CrO2,Cr2O5,
CrO3,CrO5から選ばれることを特徴とする請求項
20記載の磁性積層体。22. The oxide having a different valence is composed of an oxide of Cr, such as CrO, Cr 2 O 3 , CrO 2 , Cr 2 O 5 ,
CrO 3, magnetic multilayer structure according to claim 20, wherein a is selected from CrO 5.
物からなり、MnO,MnO2から選ばれることを特徴
とする請求項20記載の磁性積層体。23. The magnetic laminate according to claim 20, wherein the oxides having different valences are oxides of Mn, and are selected from MnO and MnO 2 .
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