(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を介して対向するフリー磁性層とを有する積層体と、該積層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前記固定磁性層は、強磁性材料からなる第１の固定磁性層が前記反強磁性層と接触して、前記第１の固定磁性層、非磁性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第２の固定磁性層が順次積層して形成され、前記第１の固定磁性層は、前記第２の固定磁性層よりも比抵抗が高い第１層と、前記第２の固定磁性層と同じ材料からなる第２層とを備えて、前記第１層が前記反強磁性層に接触して形成されると共に、前記第２層が前記非磁性層に接触して形成されて、前記第１の固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層との磁気的結合により磁化の向きが揃えられると共に固定されて、前記第１、第２の固定磁性層が、前記非磁性層を挟んで反平行に結合し、人工的なフェリ磁性状態を形成していることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項２】
前記第１の固定磁性層の前記第１層は、Ｃｏ系アモルファス合金であり、前記第１の固定磁性層の前記第２層と前記第２の固定磁性層は、結晶質のＣｏ、或いはＣｏ系合金である請求項１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項３】
前記Ｃｏ系アモルファス合金は、比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項４】
前記Ｃｏ系アモルファス合金は、Ｃｏ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｈｆ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ−Ｂのいずれかで、Ｔは、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉから選ばれる１種または２種以上の元素であり、前記Ｃｏ系合金は、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかである請求項２または３記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項５】
前記Ｃｏ系アモルファス合金は、Ｃｏを７０原子％以上含有しており、前記Ｃｏ系合金は、Ｃｏを５０原子％以上含有している請求項２ないし４のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項６】
前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれかである請求項２ないし５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項７】
前記積層体には、一対の前記電極層からセンス電流が印加されており、該センス電流により生じる磁界の向きは、前記第１の固定磁性層の位置で、前記第１の固定磁性層の磁化の向きに一致している請求項１ないし６のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項８】
前記反強磁性層は、元素ＸとＭｎを含有する合金からなり、元素Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素である請求項１ないし７のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項９】
前記反強磁性層と固定磁性層の界面構造は、結晶学的な非整合状態である請求項８記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１０】
前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’合金からなり、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であり、Ｘ’は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、 Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｂ、及び希土類のうち１種または２種以上の元素であり、Ｘ−Ｍｎ空間格子の隙間に元素Ｘ’が侵入しているか、Ｘ−Ｍｎ結晶格子の一部が元素 Ｘ’に置換されている請求項９記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１１】
前記反強磁性層の比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以上であり、且つ、前記反強磁性層の膜厚が８乃至１５ｎｍである請求項７ないし１０のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１２】
前記反強磁性層は、絶縁層上に直接形成されている請求項１ないし１１のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１３】
前記請求項１ないし１２のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からなる一対のシールド層間に設けられている薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部磁界により磁化の向きが回転するフリー磁性層と、磁化の向きが固定された固定磁性層を有し、フリー磁性層の磁化の向きにより電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子及びこれを用いた薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、下地層７０と、反強磁性層７１と、固定磁性層Ｐ７と、非磁性導電層７５と、フリー磁性層Ｆ７と、保護層７９が順次積層された積層体Ｃ７を有し、固定磁性層Ｐ７は、Ｃｏ、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の強磁性材料からなり、反強磁性層７１との界面に発生する交換異方性磁界によって磁化の向きが固定されている。
【０００３】
積層体Ｃ７の両側には、ハードバイアス層８１と、ハードバイアス層８１上に形成された電極層８０が設けられている。電極層８０からは、積層体Ｃ７にセンス電流が印加されて、センス電流の中心は、最も導電性の高い非磁性導電層７５の中心にほぼ一致している。
【０００４】
フリー磁性層Ｆ７が外部磁界（Ｈ）を検知すると、フリー磁性層Ｆ７の磁化の向きは、外部磁界（Ｈ）の向きと平行に近くなるように回転する。そして、フリー磁性層Ｆ７の磁化の向きにより、センス電流の伝導電子の平均自由行程が変化するＧＭＲ（Giant Magnetoresistive)効果が生じ、電極層８０間のＧＭＲ効果による抵抗変化（ΔＲ）から電極層８０間の出力電圧（Ｖ）を生じ、外部磁界（Ｈ）の検出を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
固定層Ｐ７の磁化状態を、熱的により安定させるためには、固定磁性層Ｐ７を、反強磁性層７１側から、強磁性材料からなる第１の固定磁性層、非磁性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第２の固定磁性層が順次積層された３層構造として、第１、第２の固定磁性層が、非磁性層を介して磁気的に結合した人工的なフェリ磁性状態とすることが提案されている。
【０００６】
しかし、このような３層構造の固定磁性層Ｐ７では、全体の膜厚が増加して電気抵抗が低下するので、センス電流の中心が非磁性導電層７５の中心から固定層Ｐ７側にズレる傾向があった。センス電流中心が固定層Ｐ７側にズレると、フリー磁性層Ｆ７からセンス電流中心が遠ざかり、フリー磁性層Ｆ７には、センス電流磁界により生じる磁界（センス電流磁界）の影響がより大きく及ぶことになる。
【０００７】
センス電流磁界の影響が大きい場合では、図１０に示すように、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電流磁界の向き）に印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線形的に減少し、外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈs２）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は一定の値（Ｒ４）となる。また、外部磁界（Ｈ）が＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線形的に増加し、外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈs１）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は、一定の値（Ｒ３）となる。
【０００８】
このとき、センス電流磁界の向きに平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ２）は、センス電流磁界の影響によって、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ１）よりも小さく、センス電流磁界の向きに平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ２）に対応する電気抵抗（Ｒ４）は、外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の電気抵抗（Ｒ０）からの変化が、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ１）に対応する電気抵抗（Ｒ３）よりも小さい。
【０００９】
よって、等しい大きさ（絶対値）の外部磁界（Ｈ）が、それぞれ−ｚの向き（センス電流磁界の向き）と＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加された外部磁界（Ｈ）に対して、より大きく変化する。
【００１０】
このような外部磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係では、出力電圧波形に非対称性（Asymmetry−Plus）を生じて、デジタル信号処理上好ましくない。また、センス電流磁界が＋ｚの向きである場合にも、外部磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係は、図１１に示すようになり、出力電圧波形に非対称性（Asymmetry−Minus）を生じる。このような非対称の出力電圧波形では、デジタル信号処理がし難い問題があった。
本発明は、固定磁性層の磁化状態を熱的に安定させた状態で、出力電圧の対称性を保持して、デジタル信号処理のし易い出力電圧波形を得ることができるスピンバルブ型薄膜磁気素子及びこれを用いた薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を介して 対向するフリー磁性層とを有する積層体と、該積層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前記固定磁性層は、強磁性材料からなる第１の固定磁性層が前 記反強磁性層と接触して、前記第１の固定磁性層、非磁性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第２の固定磁性層が順次積層して形成され、前記第１の固 定磁性層は、前記第２の固定磁性層よりも比抵抗が高い第１層と、前記第２の固定磁性層と同じ材料からなる第２層とを備えて、前記第１層が前記反強磁性層に 接触して形成されると共に、前記第２層が前記非磁性層に接触して形成されて、前記第１の固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層との磁気的結合により磁化 の向きが揃えられると共に固定されて、前記第１、第２の固定磁性層が、前記非磁性層を挟んで反平行に結合し、人工的なフェリ磁性状態を形成している。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１の固定磁性層の非磁性層との界面である第２層が第２の固定磁性層と同じ材料であるので、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層は、磁気的に反平行状態に結合しやすく、人工的なフェリ磁性状態である固定磁性層の磁化状態は熱的に安定しており、且つ、第１の固定磁性層が比抵抗の高い第１層を有するので、第１の固定磁性層には、センス電流が分流し難く、センス電流中心は、第１の固定磁性層側にズレることなく、非磁性導電層のほぼ中心に一致する。よって、フリー磁性層には、センス電流により生じる磁界の影響が比較的少なく、ＧＭＲ効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きがフリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であるときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極層間の出力電圧は対称になるので、出力電圧波形のデジタル信号処理がし易くなる。
【００１５】
また、センス電流が第１の固定磁性層に分流し難いことにより、ＧＭＲ効果に寄与するフリー磁性層、非磁性導電層、第２の固定磁性層へのセンス電流を確保できるので、ＧＭＲ効果による抵抗変化率が向上して、信頼性の高い外部磁界の検出を行うことができる。
【００１６】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記第１の固定磁性層の前記第１層が、Ｃｏ系アモルファス合金であり、前記第１の固定磁性層の前記第２層と前記第２の固定磁性層が、結晶質のＣｏ、或いはＣｏ系合金である。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１の固定磁性層の第２層と第２の固定磁性層が、両方ともＣｏ系材料であるから、固定磁性層をより安定した人工的なフェリ磁性状態とすることができ、また、第１の固定磁性層の第１層はアモルファス状態なので、比抵抗を高くすることができる。
【００１７】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記Ｃｏ系アモルファス合金の比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以上である。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、センス電流の第１の固定磁性層への分流を確実に抑えることができる。
【００１８】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記Ｃｏ系アモルファス合金が、Ｃｏ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｈｆ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ−Ｂのいずれかで、Ｔは、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉから選ばれる１種または２種以上の元素であり、前記Ｃｏ系合金は、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかである。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１、第２の固定磁性層の反平行な磁気的結合が強いので、固定磁性層の磁化状態をより安定して形成することができる。
【００１９】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記Ｃｏ系アモルファス合金が、Ｃｏを７０原子％以上含有しており、前記Ｃｏ系合金が、Ｃｏを５０原子％以上含有している。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１、第２の固定磁性層の反平行な磁気的結合が強いので、固定磁性層の磁化状態をより安定して形成することができる。
【００２０】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記非磁性層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれかである。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記非磁性層を介した第１、第２の固定磁性層の反平行な磁気的結合が強いので、固定磁性層の磁化状態をより安定して形成することができる。
【００２１】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記積層体に、一対の前記電極層からセンス電流が印加されており、該センス電流により生じる磁界の向きは、前記第１の固定磁性層の位置で、前記第１の固定磁性層の磁化の向きに一致している。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、センス電流により生じる磁界により、固定磁性層の磁化状態をより安定させることができる。
【００２２】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記反強磁性層を、元素ＸとＭｎを含有する合金からなり、元素Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、 Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であるものにできる。このようなスピンバルブ型 薄膜磁気素子では、反強磁性層と固定磁性層の磁気的な結合（交換異方性磁界）が大きく、且つ、耐食性に優れ、ブロッキング温度が高いので、外部磁界や環境 温度の上昇によっても、固定磁性層の磁化方向が変動することがなく、信頼性の高いスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００２３】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記反強磁性層と固定磁性層の界面構造は、結晶学的な非整合状態である。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層と固定磁性層の磁気的な結合（交換異方性磁界）がさらに大きくなり、固定磁性層の磁化が変動することなく、信頼性をさらに高めたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００２４】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’合金からなり、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であり、Ｘ’は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｂ、及び希土類のうち１種または２種以上の元素であり、Ｘ−Ｍｎ空間格子の隙間に元素Ｘ’が侵入しているか、Ｘ−Ｍｎ結晶格子の一部が元素Ｘ’に置換されている。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層と固定磁性層の界面構造を、確実に非整合状態とすることができる。
【００２５】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記反強磁性層の比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以上であり、且つ、前記反強磁性層の膜厚が８乃至１５ｎｍである。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、センス電流の反強磁性層への分流も抑えることができる。
【００２６】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記反強磁性層が、絶縁層上に直接形成されている。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層と絶縁層の間に導電性の層がないので、センス電流が反強磁性層より更に外側の層に分流することがない。
【００２７】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記いずれかに記載のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からなる一対のシールド層間に設けられている。
このような薄膜磁気ヘッドでは、シールド層間以外の磁界がシールド層に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子は、シールド層間に現れた媒体からの磁界のみを検知することができる。また、磁界の向きが媒体から薄膜磁気ヘッドに向かう向きとその反対とで、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力電圧は、磁界がないときの出力電圧に関して対称になる。出力電圧波形が対称であればデジタル信号処理しやすいので、読みとりエラーが発生することが少なく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の薄膜磁気ヘッドが形成されたスライダを示す説明図、図２は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の概略図、図３は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の要部断面図、図４は、本発明の実施の形態を説明するための前提となるスピンバルブ型薄膜磁気素子の説明図、図５は、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の実施の形態の説明図、図６、図７は、ＧＭＲ効果の説明図、図８は、本発明のスピンバルブ型素子の電気抵抗の外部磁界依存性を模式的に示すグラフである。
【００２９】
図４に示されるスピンバルブ型薄膜磁気素子は、アルミナやＳｉＯ２等からなる絶縁層４上に、Ｔａ等の導電材料からなる下地層２２、反強磁性層１１、固定磁性層Ｐ、非磁性導電層１５、フリー磁性層Ｆ、保護層１９が順次積層された積層体Ｃと、積層体Ｃの両側に、ハードバイアス層２１と、ハードバイアス層２１上に形成された電極層２０とを備えている。
【００３０】
反強磁性層１１は、固定磁性層Ｐとの界面に生じる交換異方性磁界により、固定磁性層Ｐの磁化の向きを固定する役割を果たしており、Ｘ−Ｍｎ合金（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうち１種または２種以上の元素）からなり、膜厚は８〜２０ｎｍ程度、元素Ｘの組成は、３７〜６３原子％、より好ましくは４４〜５７原子％である。
【００３１】
このような反強磁性層１１は、耐食性に優れており、また、固定磁性層Ｐとの界面に生じる交換異方性磁界が強いので、固定磁性層Ｐの磁化の向きをより確実に固定することができる。さらに、ブロッキング温度が高く、高温まで交換異方性磁界が消失することがない。
【００３２】
Ｘ−Ｍｎ合金のなかでも、Ｐｔ−Ｍｎ合金は、特に耐食性に優れ、ブロッキング温度が３８０℃と特に高く、交換異方性磁界が６．４×１０4（Ａ／ｍ）を越える。反強磁性層１１をＰｔ−Ｍｎ合金としたときには、反強磁性層１１と固定磁性層Ｐとの界面に熱拡散層を形成する必要がある。
【００３３】
このような反強磁性層１１と固定磁性層Ｐとの界面の熱拡散層は、スピンバルブ型薄膜素子の製造工程において、下地層２２、反強磁性層１１、固定磁性層Ｐ、非磁性導電層１５、フリー磁性層Ｆ、保護層１９をスパッタ成膜した後の、磁場中熱処理工程により形成される。
【００３４】
なお、反強磁性層１１は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし、Ｘ’は、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｐｄ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）としてもよい。
【００３５】
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’合金は、元素Ｘ’が侵入した侵入型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ’に置換された置換型固溶体であることが好ましい。これによって、反強磁性層１１の格子定数を大きくすることができ、反強磁性層１１と固定磁性層Ｐとの界面において、反強磁性層１１と固定磁性層Ｐの原子配列が１対１に対応しない原子配列（非整合状態）を形成することができる。
【００３６】
このように、反強磁性層１１を、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ’として、反強磁性層１１の大きな格子定数とする手法等により、反強磁性層１１と第１の固定磁性層１４との界面における原子配列を非整合状態とすれば、反強磁性層１１と固定磁性層Ｐの交換結合磁界を、さらに強固なものとできる。
【００３７】
固定磁性層Ｐは、反強磁性層１１と接触して形成された第１の固定磁性層１２から順に、非磁性層１３、第２の固定磁性層１４が積層された三層構造である。
【００３８】
第１の固定磁性層１２は、Ｃｏ系アモルファスの強磁性材料からなり、比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以上である。第１の固定磁性層１２は、Ｃｏの含有率が７０原子％以上であり、２元系のものとして、Ｃｏ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｈｆ、Ｃｏ−ＴｉＣｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔａ、３元系のものとして、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ、４元系のものとして、Ｃｏ−Ｔ−Ｚ−Ｂ（ただし、Ｔは、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａのうち１種または２種以上の元素、Ｚは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉのうち１種または２種以上の元素である）等を用いることができる。このような第１の固定磁性層１２の膜厚は、１〜５ｎｍであることが好ましい。
【００３９】
非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ等の非磁性導電材料からなり、膜厚が０．７〜１．０ｎｍであることが好ましい。
【００４０】
第２の固定磁性層１４は、結晶質であるＣｏ系の強磁性材料からなり、Ｃｏの含有率が５０原子％以上である。結晶質であるＣｏ系の強磁性材料は、Ｃｏ、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等を用いることができる。このような第２の固定磁性層１４の比抵抗は、１５〜３０μΩ・ｃｍ程度である。第２の固定磁性層１４の膜厚は、第１の固定磁性層１２の膜厚よりも厚く、３〜７ｎｍであることが好ましい。第１の固定磁性層１２の膜厚の第２の固定磁性層１４の膜厚に対する比は、０．３３〜０．９５、より好ましくは、０．５３〜０．９５である。
【００４１】
第１の固定磁性層１２は、反強磁性層１１との界面に生じる交換磁気異方性磁界により、磁化の向きが固定されている。第２の固定磁性層１４は、第１の固定磁性層１２と非磁性層１３を介して磁気的に結合しており、第２の固定磁性層１４の磁化の向きは、第１の固定磁性層１２の磁化の向きと反平行に固定されている。
【００４２】
このように、第１、第２の固定磁性層１２、１４は、磁化の向きが互いに反平行であり、第２の固定磁性層１４の単位面積あたりの磁気モーメントが、第１の固定磁性層１２よりも大きい人工的なフェリ磁性状態を形成している。図４中に示すように、第１の固定磁性層１２の磁化の向きを＋ｚ方向、第２の固定磁性層１４の磁化の向きを−ｚ方向とする。
【００４３】
固定磁性層Ｐの磁化の向きは、反強磁性層１１との強い交換異方性磁界により固定されており、外部磁界や高い環境温度によっても変動することがない。さらに、固定磁性層Ｐが人工的なフェリ磁性状態であるから、固定磁性層Ｐの磁化状態は、熱的により安定して、磁化の向きが変動することがない。固定磁性層Ｐのフェリ磁性状態は、第１、第２の固定磁性層１２、１４が、両方ともＣｏ系材料であり、第１の固定磁性層１２がＣｏを７０原子％以上含有すると共に、第２の固定磁性層１４がＣｏを５０原子％以上含有するので、安定したフェリ磁性状態を形成することができる。
【００４４】
なお、第１、第２の固定磁性層１２、１４がフェリ磁性状態を形成するとき、第２の固定磁性層１４の膜厚は、第１の固定磁性層１２の膜厚よりも薄くても良い。このとき、第１の固定磁性層１２の膜厚は、３〜７ｎｍであることが好ましく、一方、第２の固定磁性層１４の膜厚は、第１の固定磁性層よりも薄く、１〜５ｎｍであることが好ましく、第１の固定磁性層１２の膜厚の第２の固定磁性層１４の膜厚に対する比が１．０５〜３、より好ましくは、１．０５〜１．８である。
【００４５】
このような固定磁性層Ｐの磁化状態は、反強磁性層１１と固定磁性層Ｐの界面に熱拡散層を形成する磁場中熱処理工程において、印加磁界の大きさ、方向により決められる。
【００４６】
磁場中熱処理工程において、第１の固定磁性層１２は、印加磁界方向に磁化されて、磁化の向きが反強磁性層１１との交換異方性磁界により固定される。このとき、第２の固定磁性層１４は、非磁性層１３を介して第１の固定磁性層１２と磁気的に結合して、第１の固定磁性層１２と反平行状態に磁化され、第２の固定磁性層１４の磁化の向きは、第１の固定磁性層１２の磁化の向きと反平行に固定される。
【００４７】
非磁性導電層１５は、Ｃｕ等の良導電材料からなり、固定磁性層Ｐとフリー磁性層Ｆの間に挟まれて、固定磁性層Ｐとフリー磁性層Ｆを磁気的に分離する役割と、固定磁性層Ｐとの界面、及びフリー磁性層Ｆとの界面において、伝導電子のスピンに依存した散乱を起こしてＧＭＲ効果を発現させる役割と、センス電流の主な経路としての役割を果たしており、膜厚は、１．５〜４ｎｍに形成されている。
【００４８】
フリー磁性層Ｆは、非磁性導電層１５上に拡散防止層１７、軟磁性層１８が順次積層された二層構造であり、３〜８ｎｍの膜厚に形成されている。
【００４９】
軟磁性層１８は、ＮｉＦｅ合金からなり、Ｆｅの含有率が０．１原子％から０．３原子％の間において、特に、低飽和磁化、低保磁力である優れた軟磁気特性と、最適な磁歪特性が得られる。
【００５０】
拡散防止層１７は、ＣｏやＣｏＦｅ合金からなり、軟磁性層１８のＮｉ原子が非磁性導電層１５に相互拡散することを防いでおり、０．５ｎｍ以上の膜厚が必要である。
【００５１】
フリー磁性層Ｆの磁化は外部磁界（Ｈ）により回転する。フリー磁性層Ｆの磁化の回転は、軟磁性層１８が主導的であり、拡散防止層１７の磁化は、軟磁性層１８の磁化に追従して回転し、拡散防止層１７の磁化の向きと軟磁性層１８の磁化の向きは一致する。拡散防止層１７は、Ｃｏの保磁力が大きく、厚くしすぎるとフリー磁性層Ｆの磁化回転を阻害することになるので、１ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００５２】
フリー磁性層Ｆの上には、Ｔａ、Ｃｒ等からなる保護層１９が形成されている。下地層２２、反強磁性層１１、固定磁性層Ｐ、非磁性導電層１５、フリー磁性層Ｆ、保護層１９が順次積層された積層体Ｃの両側には、ハードバイアス層２１が積層体Ｃと接触して形成されており、ハードバイアス層２１は、高保磁力である永久磁石材料、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金等より成る。
【００５３】
ハードバイアス層２１は、フリー磁性層Ｆに固定磁性層Ｐの磁化方向（ｚ方向）と垂直な方向（図４に示すｘ方向）にバイアス磁界を印加する役割を果たしている。フリー磁性層Ｆは、磁気異方性分散が抑制されているので、外部磁界がないとき、ｘ方向に印加されたバイアス磁界によって、ｘ方向に揃えられている。ハードバイアス層２１は、フリー磁性層Ｆの両側に設けられているので、フリー磁性層Ｆにバイアス磁界を効率良く印加することができる。
【００５４】
電極層２０は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｈ、Ｉｒから選ばれる１種またはそれ以上からなる単層膜、もしくは多層膜に形成されており、積層体Ｃの両側で、ハードバイアス層２１上に形成されている。
【００５５】
積層体Ｃには、両側の電極層２０から、固定磁性層Ｐの磁化方向と直交する方向（ｘ方向）に、センス電流が印加される。また、センス電流が印加される向き（図４に示す＋ｘ方向）は、センス電流により生じる磁界（センス電流磁界）の向きが、第１の固定磁性層１２の位置で、第１の固定磁性層１２の磁化の向きと一致するようになっている。このようなセンス電流磁界によって、固定磁性層Ｐの磁化状態は、熱的により安定したものになっている。
【００５６】
センス電流は、第１の固定磁性層１２の比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以上であるから、第１の固定磁性層１２には殆ど流入することなく、主に、積層体Ｃのうち最も電気抵抗の低い非磁性導電層１５、及び固定磁性層Ｐのうち第２の固定磁性層１４、フリー磁性層Ｆを流れる。このようなセンス電流中心は、非磁性導電層１５の中心にほぼ一致している。
【００５７】
フリー磁性層Ｆの位置では、センス電流磁界が−ｚ方向に印加されるが、センス電流中心は、固定磁性層Ｐ側にズレることなく非磁性導電層１５のほぼ中心に一致しておりフリー磁性層Ｆに近接しているので、フリー磁性層Ｆには、ｚ方向のセンス電流磁界の影響が比較的少ない。
【００５８】
次に、第１の実施の形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子が、外部磁界を検出するときを説明する。スピンバルブ型薄膜磁気素子に外部磁界が印加されると、フリー磁性層Ｆの磁化の向きは、外部磁界の向きと平行に近づくように回転する。
【００５９】
このとき、フリー磁性層Ｆには、センス電流磁界は外部磁界に比べて小さいので、フリー磁性層Ｆは、外部磁界のみを検知することができる。
【００６０】
フリー磁性層Ｆは、磁化の向きがバイアス磁界により揃えられており、磁化の向きが回転するときに、磁区の乱れを伴わないので、バルクハウゼンノイズを生じることがない。
【００６１】
また、フリー磁性層Ｆの軟磁性層１８は、ＮｉＦｅ合金が軟磁気特性に優れ低保磁力であるから、フリー磁性層Ｆの磁化は、外部磁界の変化に速やかに対応して、回転することができる。
【００６２】
フリー磁性層Ｆの磁化が回転すると、ＧＭＲ（Giant Magnetoresistive)効果によって、積層体Ｃを挟む電極層２０間の電気抵抗値（Ｒ）が変化する。以下、ＧＭＲ効果について説明する。
【００６３】
ＧＭＲ効果は、センス電流の伝導電子が、非磁性導電層１５とフリー磁性層Ｆの界面、及び非磁性導電層１５と固定磁性層Ｐの界面において、スピンの向きによって散乱される確率が異なるスピン依存性散乱によるものである。
【００６４】
図６に示すように、外部磁界の向きが−ｚ方向であり、フリー磁性層Ｆの磁化と、第２の固定磁性層１４の磁化（以下、固定磁化）の向きが平行である場合において、センス電流の伝導電子が、非磁性導電層１５側からフリー磁性層Ｆとの界面に入射したとき、downスピンでは散乱される確率が高く、upスピンでは散乱される確率が低くなる。（スピン依存性散乱）
【００６５】
即ち、センス電流の伝導電子は、upスピンに関して、非磁性導電層１５とフリー磁性層Ｆの界面で散乱されることなくフリー磁性層Ｆに入射する確率が高い。
【００６６】
一方、図７に示すように、外部磁界の向きが＋ｚ方向であり、フリー磁性層Ｆの磁化と、固定磁化の向きが反平行である場合において、センス電流の伝導電子は、非磁性導電層１５側からフリー磁性層Ｆとの界面に入射したとき、downスピン、upスピンともに、散乱される確率が高く、フリー磁性層Ｆに入射することができない。
【００６７】
このように、センス電流の伝導電子は、フリー磁性層Ｆの磁化と固定磁化の向きが平行であるとき、upスピンがフリー磁性層Ｆを通り抜けて、フリー磁性層Ｆと保護層１９の界面に至るので、平均自由行程が長く、一方、フリー磁性層Ｆの磁化と固定磁化の向きが反平行であるとき、upスピンもdownスピンも非磁性導電層１５とフリー磁性層Ｆの界面を通り抜けることが出来ないので、平均自由行程が短い。
【００６８】
よって、外部磁界の向きが−ｚ方向であるとき、ｕｐスピン電子の平均自由行程が長いので、電極層２０間の電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界がないときの電気抵抗（Ｒ０）に比べて低くなり、一方、外部磁界の向きが＋ｚ方向であるとき、ｕｐスピン、downスピン電子両方の平均自由行程が短いので、電極層２０間の電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界がないときの電気抵抗（Ｒ０）に比べて高くなる。（ＧＭＲ効果）
【００６９】
図８のグラフは、外部磁界（Ｈ）と、電極層２０間の電気抵抗（Ｒ）との関係を示している。図６に示すように、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電流磁界の向き）に印加されたとき、電極層２０間の電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界がないときの電気抵抗（Ｒ０）から減少する。電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線形的に減少し、外部磁界（Ｈ）の大きさがバイアス磁界の大きさとフリー磁性層Ｆの特性により定まる値（Ｈs）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は、一定の値（Ｒ２）となる。
【００７０】
一方、図７に示すように、外部磁界（Ｈ）が＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加されたとき、電極層２０間の電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界がないときの電気抵抗（Ｒ０）から増加する。電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って、線形的に増加して、外部磁界（Ｈ）の大きさがバイアス磁界の大きさとフリー磁性層Ｆの特性により定まる値（Ｈs）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は、一定の値（Ｒ１）となる。
【００７１】
外部磁界（Ｈ）の大きさ（絶対値）が同じであれば、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電流磁界の向き）と＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加されたとき、それぞれの電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の電気抵抗（Ｒ０）からの変化量（ΔＲ）の大きさが等しくなっている。
【００７２】
このようなＧＭＲ効果による電気抵抗（Ｒ）の変化は、電極層２０間の出力電圧（Ｖ）として取り出される。外部磁界（Ｈ）の大きさ（絶対値）が等しいとき、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電流磁界の向き）に印加されたときの出力電圧（Ｖ１）と、外部磁界（Ｈ）が＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加されたときの出力電圧（Ｖ２）は、それぞれ外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の出力電圧（Ｖ０）からの変化量（ΔＶ）の大きさが等しく、出力電圧（Ｖ１、Ｖ２）は、外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の出力電圧（Ｖ０）に関して対称になっている。対称な出力電圧波形では、デジタル信号処理がし易い。
【００７３】
一方、従来のようにセンス電流磁界の影響が大きい場合、図１０に示すように、外部磁界（Ｈ）が−ｚの向き（センス電流磁界の向き）に印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線形的に減少し、外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈs２）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は一定の値（Ｒ４）となる。また、外部磁界（Ｈ）が＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、外部磁界（Ｈ）の大きさの増加に従って線形的に増加し、外部磁界（Ｈ）が一定値（Ｈs１）以上になると、電気抵抗（Ｒ）は、一定の値（Ｒ３）となる。
【００７４】
このとき、センス電流磁界の向きに平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ２）は、センス電流磁界の影響によって、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ１）よりも小さく、センス電流磁界の向きに平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ２）に対応する電気抵抗（Ｒ４）は、外部磁界がないとき（Ｈ＝０）の電気抵抗（Ｒ０）からの変化が、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の一定値（Ｈｓ１）に対応する電気抵抗（Ｒ３）よりも小さい。
【００７５】
よって、等しい大きさ（絶対値）の外部磁界（Ｈ）が、それぞれ−ｚの向き（センス電流磁界の向き）と＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加されたとき、電気抵抗（Ｒ）は、＋ｚの向き（センス電流磁界の向きに反平行）に印加された外部磁界（Ｈ）に対して、より大きく変化する。
【００７６】
このような外部磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係では、出力電圧波形に非対称性（Asymmetry−Plus）を生じて、デジタル信号処理上好ましくない。また、センス電流磁界が＋ｚの向きである場合にも、外部磁界（Ｈ）と電気抵抗（Ｒ）の関係は、図１１に示すようになり、出力電圧波形に非対称性（Asymmetry−Minus）を生じる。
【００７７】
また、ＧＭＲ効果に寄与しない第１の固定磁性層１２の比抵抗が高いと、第１の固定磁性層１２へのセンス電流の分流が少なく、より多くのセンス電流を、ＧＭＲ効果に寄与する第２の固定磁性層１４、非磁性導電層１５、フリー磁性層Ｆに流すことができる。ＧＭＲ効果に寄与しない層へのセンス電流の分流（シャントロス）が少ないと、ＧＭＲ効果による抵抗変化（ΔＲ）が向上し、ＧＭＲ効果による抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上して、信頼性の高い外部磁界の検出を行うことができる。
【００７８】
さらに、反強磁性層１１の比抵抗を２００μΩ・ｃｍ以上として、且つ、反強磁性層１１の膜厚を１５ｎｍ以下にすると、反強磁性層１１へのシャントロスも抑制することができる。比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以上である反強磁性層１１の製造方法は、反強磁性層１１を成膜後アニールして、反強磁性層１１の結晶構造を変化させる。
【００７９】
さらに、絶縁層４と反強磁性層１１の界面状態が良好であり、密着性の確保ができれば、下地層２２をなくすことにより、下地層２２へのシャントロスもなくすことができる。
【００８０】
本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施の形態は、図５に示すように、固定磁性層Ｐの第１の固定磁性層１２は、反強磁性層１１側の部分がＣｏ系アモルファスからなる第１層１２ａであり、非磁性層１３との界面部分が、第２の固定磁性層１４と同じ結晶質のＣｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金からなる第２層１２ｂとなっている。このような実施の形態は、固定磁性層Ｐ以外は、図４のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様である。
【００８１】
第１、第２の固定磁性層１２、１４の非磁性層１３を介した磁気的な結合は、第１、第２の固定磁性層１２、１４の非磁性層１３との界面部分に生じるので、第１の固定磁性層１２の非磁性層１３との界面部分である第２層１２ｂを第２の固定磁性層１４と同じ結晶質のＣｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等の材料とすることにより、第１の固定磁性層１２全体をＣｏ系アモルファス合金とするよりも第１、第２の固定磁性層１２、１４の磁気的な結合が強くなり、固定磁性層Ｐの磁化方向が安定する。このとき、第２層１２ｂは、膜厚が厚いと第１の固定磁性層１２の電気抵抗が低下する。第１、第２の固定磁性層１２、１４の磁気結合の向上を得るためには、第２層１２ｂの膜厚は、０．３ｎｍ以上あれば十分である。
【００８２】
次に、このような本発明のスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドを説明する。本発明の薄膜磁気ヘッドは、図１のように、セラミックスからなる矩形状のスライダ６１のヘッド形成面６１ａ上に形成されている。スライダ６１は、ヘッド形成面６１ａと略垂直な磁気ディスク対向面６１ｂを有している。
【００８３】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、複合磁気ヘッドである場合、図２、３に示すように、スライダ６１のヘッド形成面６１ａ上に、再生部ｈ１と記録部ｈ２とが積層して形成されている。再生部ｈ１において、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、パーマロイ等の軟磁性材料からなる上部、下部シールド層２、３間に、絶縁層４を介して挟持されている。
【００８４】
再生部ｈ１上に積層された記録部ｈ２は、上部シールド層２と兼用される下部コア層と、上部シールド層２上に形成された無機絶縁材料からなる磁気ギャップ層８と、磁気ギャップ層８上に無機絶縁層５を介して形成され、スパイラル状であるコイル層９と、コイル層９を覆う有機絶縁層７と、有機絶縁層７上からコイル層９を覆うパーマロイ等の軟磁性材料からなる上部コア層１０とを有し、上部コア層１０は、スライダ６１の磁気ディスク対向面６１ｂ側において、磁気ギャップ層８表面に接触して形成され、上部シールド層２と、磁気ギャップ層８を挟持している。また、上部コア層１０は、コイル層９の巻き中心部近傍において、上部シールド層２と接続されている。
【００８５】
なお、上記薄膜磁気ヘッドでは、再生部ｈ１と記録部ｈ２を備えた複合型ヘッドを説明したが、記録部ｈ２を形成せず、再生部ｈ１のみの再生専用ヘッドでも良い。
【００８６】
次に、このような薄膜磁気ヘッドがハード磁気ディスク装置に搭載されて、記録磁界の検出を行う場合を説明する。ハード磁気ディスク装置には、記録磁化パターンが付与された記録媒体である磁気ディスク（図示せず）が内蔵されており、スライダ６１は、磁気ディスクの記録磁化パターンが付与された面に、磁気ディスク対向面６１ｂが対向するように取り付けられている。
【００８７】
再生ヘッド部ｈ１には、磁気ディスクからの漏れ磁界が、磁気ディスク対向面６１ｂと直交する方向（図３に示すハイト方向）に印加される。
【００８８】
このとき、上部シールド層３と下部シールド層２間以外の漏れ磁界は、下部、上部シールド層２、３に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子１に検出されることがなく、スピンバルブ型薄膜磁気素子１は、上部シールド層３と下部シールド層２間の漏れ磁界のみを検出することができる。
【００８９】
磁気ディスクから漏れる磁界の向きは、スピンバルブ型薄膜磁気素子１が、図４に示す本発明の第１の実施の形態である場合、固定磁性層Ｐの第２の固定磁性層１４の磁化の向き（図４に示す−ｚ方向）と、平行、或いは反平行になっている。
【００９０】
磁気ディスクが回転すると、上部シールド層３と下部シールド層２間に現れる磁気ディスクの漏れ磁界は変化して、漏れ磁界の変化は、スピンバルブ型薄膜磁気素子１のＧＭＲ効果による抵抗変化（ΔＲ）として検出される。
【００９１】
ハード磁気ディスク装置の高密度記録化に伴って、検出感度を上げるために、センス電流密度が増大する傾向があるが、スピンバルブ型薄膜磁気素子１は、固定磁性層Ｐの磁化状態は、センス電流の発熱によって変動することがなく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【００９２】
また、漏れ磁界の向きが磁気ディスクから薄膜磁気ヘッドに向かう向きとその反対とで、スピンバルブ型薄膜磁気素子１の出力電圧（Ｖ）は、漏れ磁界がないときの出力電圧（Ｖ０）に関して対称になる。出力電圧（Ｖ）が対称であればデジタル信号処理しやすいので、読みとりエラーが発生することがなく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【００９３】
さらに、スピンバルブ型薄膜磁気素子１は、センス電流のシャントロスが抑制されているので、ＧＭＲ効果による抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が高く、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、固定磁性層が、反強磁性層側から第１の固定磁性層、非磁性層、第２の固定磁性層が順次積層された３層構造で、第１、第２の固定磁性層が非磁性層を介して磁気的に反平行に結合した人工的フェリ磁性状態を形成しており、第１の固定磁性層は、反強磁性層と接触する第１層と、前記非磁性層と接触して、前記第２の固定磁性層と同じ材料からなる第２層とを有し、前記第１層は、前記第２層や第２の固定磁性層よりも比抵抗が高い。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、固定磁性層の磁化状態が熱的に安定しており、且つ、比抵抗の高い第１の固定磁性層には、センス電流が分流し難く、センス電流中心は、第１の固定磁性層側にズレることがない。よって、センス電流中心は、非磁性導電層のほぼ中心に一致するので、フリー磁性層には、センス電流により生じる磁界の影響が比較的少なく、ＧＭＲ 効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きがフリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であるときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極 層間の出力電圧は対称になるので、出力電圧波形のデジタル信号処理がし易くなる。さらに、第１の固定磁性層は、非磁性層を介して第２の固定磁性層と磁気的 に結合する第２層が、第２の固定磁性層と同じ材料であるので、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層は、磁気的に反平行に結合しやすく、固定磁性層の磁化状 態を、より安定した人工的フェリ磁性状態とすることができる。
【００９６】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記いずれかに記載のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からなる一対のシールド層間に設けられている。
このような薄膜磁気ヘッドでは、シールド層間以外の磁界がシールド層に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子は、シールド層間に現れた磁界のみを検知することができる。また、磁界の向きが媒体から薄膜磁気ヘッドに向かう向きとその反対とで、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力電圧は、漏れ磁界がないときの出力電圧に関して対称になる。出力電圧が対称であればデジタル信号処理しやすいので、読みとりエラーが発生することがなく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜磁気ヘッドが形成されたスライダを示す説明図。
【図２】本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の概略図。
【図３】本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の断面図。
【図４】スピンバルブ型素子の説明図。
【図５】本発明のスピンバルブ型素子の第２の実施の形態の説明図。
【図６】ＧＭＲ効果の説明図。
【図７】ＧＭＲ効果の説明図。
【図８】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵抗と外部磁界の関係を示すグラフ。
【図９】従来のスピンバルブ型素子の説明図。
【図１０】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵抗と外部磁界の関係を示すグラフ。
【図１１】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵抗と外部磁界の関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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