(57)【要約】【課題】ＩｒＭｎＣｒを反強磁性層として用いた積層フェリ型固定層を有する磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、外部ストレスによる固定層の磁化反転を防止する。【解決手段】磁気抵抗効果型ヘッドの素子部２０は、反強磁性層１、第１固定層２、反強磁性結合層４、第２固定層５、非磁性導電層６、自由層７が積層されている。反強磁性層１と接する第１固定層２と、非磁性導電層層６と接する第２固定層５の異方性エネルギーの差を小さくするために、第１固定層２の組成はＣｏ75Ｆｅ25で、第２の固定層５の組成はＣｏ95Ｆｅ5とする。膜厚はそれぞれ１８オングストローム（３．５ｎｍ・Ｔ）と２１オングストローム（３．９ｎｍ・Ｔ）である。これによって第１固定層２と第２固定層５の磁歪定数の差｜λ１-λ２｜を５．０×１０−６以下にすることができる。このため、外部からの応力や磁界による固定層回転が抑止できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部磁気シールド層と上部磁気シールド層の間に、反強磁性層と、該反強磁性層と交換結合して磁化方向が固定されている固定層と、非磁性導電層と、外部磁界に対して磁化方向が回転可能である自由層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎを主成分とする反強磁性体であり、
前記固定層は、前記反強磁性層と接するＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）合金の第１固定層と、前記非磁性導電層と接し、前記第１固定層と反強磁性結合しているＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦１０）合金の第２固定層とを有し、
前記第１固定層の磁化量をＭ１とし、前記第２固定層の磁化量をＭ２としたときに、磁化量の差Ｍ２−Ｍ１が、０≦Ｍ２−Ｍ１≦０．５（ｎｍ・Ｔ）の範囲にあることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項２】
前記第２固定層は、Ｃｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦５）合金であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項３】
前記第１固定層は、前記反強磁性層と接するＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）合金の第１固定層Ａ層と、反強磁性結合層と接するＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦１０）合金の第１固定層Ｂ層とを有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４】
前記第１固定層Ａ層と前記第１固定層Ｂ層との間に、第１固定層Ａ層のＦｅ組成と第１固定層Ｂ層のＦｅ組成の間のＦｅ組成を有する少なくとも一層のＣｏＦｅ合金層を有することを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５】
前記第１固定層は、前記反強磁性層の側から前記第２固定層側に向けて、Ｆｅ組成が連続的に減少していることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６】
前記第１固定層と第２固定層は、Ｒｕからなる反強磁性結合層を介して反強磁性結合していることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項７】
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎＣｒであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項８】
下部磁気シールド層と上部磁気シールド層の間に、反強磁性層と、該反強磁性層と交換結合して磁化方向が固定されている固定層と、非磁性導電層と、外部磁界に対して磁化方向が回転可能である自由層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎを主成分とする反強磁性体であり、
前記固定層は、前記反強磁性層と接するＣｏＦｅ合金の第１固定層と、前記非磁性導電層と接し、前記第１固定層と反強磁性結合しているＣｏＦｅ合金の第２固定層とを有し、
前記第１固定層の磁化量をＭ１とし、前記第２固定層の磁化量をＭ２としたときに、磁化量の差Ｍ２−Ｍ１が、０≦Ｍ２−Ｍ１≦０．５（ｎｍ・Ｔ）の範囲にあり、
前記第１固定層の磁歪定数をλ１とし、前記第２固定層の磁歪定数をλ２としたときに、磁歪定数の差｜λ１−λ２｜が５．０×１０−６以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項９】
前記第１固定層はＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）合金であり、前記第２固定層はＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦１０）合金であることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１０】
前記第１固定層はＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）合金であり、前記第２固定層はＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦５）合金であることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１１】
前記第１固定層は、前記反強磁性層と接するＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）合金の第１固定層Ａ層と、反強磁性結合層と接するＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦１０）合金の第１固定層Ｂ層とを有することを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１２】
前記第１固定層Ａ層と前記第１固定層Ｂ層との間に、第１固定層Ａ層のＦｅ組成と第１固定層Ｂ層のＦｅ組成の間のＦｅ組成を有する少なくとも一層のＣｏＦｅ層を有することを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１３】
前記第１固定層は、前記反強磁性層の側から前記第２固定層側に向けて、Ｆｅ組成が連続的に減少していることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１４】
前記第１固定層と第２固定層は、Ｒｕからなる反強磁性結合層を介して反強磁性結合していることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１５】
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎＣｒであることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１６】
下部磁気シールド兼電極層と上部磁気シールド兼電極層の間に、反強磁性層と、該反強磁性層と交換結合して磁化方向が固定されている固定層と、絶縁層と、外部磁界に対して磁化方向が回転可能である自由層とを備えたトンネル磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎを主成分とする反強磁性体であり、
前記固定層は、前記反強磁性層と接するＣｏＦｅ合金の第１固定層と、前記絶縁層と接し、前記第１固定層と反強磁性結合しているＣｏＦｅＢ合金の第２固定層とを有し、
前記第１固定層の磁化量をＭ１とし、前記第２固定層の磁化量をＭ２としたときに、磁化量の差Ｍ２−Ｍ１が、０≦Ｍ２−Ｍ１≦０．５（ｎｍ・Ｔ）の範囲にあり、
前記第１固定層の磁歪定数をλ１とし、前記第２固定層の磁歪定数をλ２としたときに、磁歪定数の差｜λ１−λ２｜が５．０×１０−６以下であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１７】
前記第１固定層はＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）合金であり、前記第２固定層は１５〜３０ａｔ％のＢを含むＣｏＦｅＢ合金であることを特徴とする請求項１６記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１８】
前記第１固定層は、前記反強磁性層と接するＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）合金の第１固定層Ａ層と、反強磁性結合層と接するＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦１０）合金の第１固定層Ｂ層とを有することを特徴とする請求項１６記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１９】
前記第１固定層と第２固定層は、Ｒｕからなる反強磁性結合層を介して反強磁性結合していることを特徴とする請求項１６記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項２０】
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎＣｒであることを特徴とする請求項１６記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録装置に用いる磁気ヘッドに関し、特に再生ヘッドとして用いる磁気抵抗効果型ヘッドの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気記録装置の高性能化、低コスト化のために、面記録密度の向上を図る技術の開発が強力に進められている。磁気ヘッドでは記録および再生ヘッドのトラック幅の狭幅化や再生ギャップの狭小化が必須となっている。このため再生素子として用いているＧＭＲ(Giant Magnetoresistive)素子などの磁気抵抗効果素子の寸法は縮小され、また膜厚も薄くすることが求められている。ＧＭＲ素子の基本構成は、自由層と固定層という２枚の磁性層が薄い非磁性導電層を挟んで積層されており、これら２枚の磁性層の磁化の成す角度によって抵抗が変化する現象を利用して、磁界を検出する。さらに最近では、非磁性導電性層ではなく、絶縁層を用いて、２枚の磁性層に流れるトンネル電流がそれぞれの磁化の成す角度によって変化する現象を利用して、磁界を検出するＴＭＲ(Tunneling Magnetoresistive)素子も実用化されている。
【０００３】
上記、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子の固定層と呼ばれる磁性層の磁化は、外部信号磁界に対して変化しないように、反強磁性層との交換結合磁界によって固定されている。この固定された磁化による磁荷の発生によって、自由層の磁化の運動が影響を受けるので、固定層をさらに２枚の磁性層に分け、互いに反平行な磁化を持つように、薄い非磁性層を介して反強磁性結合させた固定層を用いる技術が特許文献１に開示されている。これによって、自由層の磁化に悪影響を及ぼす固定層の磁化が打ち消され、ヘッド特性が改善される。また、反強磁性結合した２枚の固定層の磁化の差を、ほぼゼロにする技術が特許文献２に開示されている。反強磁性層との結合磁界は正味の固定層磁化に反比例するので、磁化の差をゼロにすることにより結合磁界を大きくすることができる。さらに、まったく同じ膜厚の場合には、フェリ状態になりにくくなるので、わずかに膜厚差を設ける技術が特許文献３に開示されている。
【０００４】
特許文献４には、固定層磁化方向の安定化を図るために、磁歪定数を調整して、磁気弾性効果により固定層の異方性を制御する技術が開示されている。特許文献５や特許文献６には、反強磁性層を用いずに、固定層だけで磁化を固定するいわゆる自動ピン止め構造において、磁化を安定化するために、各層の磁歪定数を正にする技術が開示されている。特許文献７には、積層フェリ固定層を２組もつデュアルスピンバルブヘッドにおいて、ヘッドのスライダ加工時や、媒体との接触時のダメージで固定層の磁化反転が発生しないように、各固定層の積層膜厚関係と磁歪定数を適正化する技術が開示されている。特許文献８には、特に固定層積層後に反強磁性層を積層するいわゆるトップスピンバルブ型や上下２つの固定層を持つデュアルスピンバルブ型において、ＩｒＭｎ反強磁性層との結合エネルギーを大きくするために、ＣｏＦｅの組成を適正化する技術が開示されている。特許文献９にもＰｔＭｎ反強磁性層と固定層の結合エネルギーを大きくするために、固定層の組成範囲を適正化する技術が開示されている。
さらに、非特許文献１には、固定層が電気的な放電現象を受けた場合や機械的な衝撃を受けた場合にも耐える強化策として、２枚の固定層のそれぞれの異方性エネルギーを大きくすることと、その差分の絶対値を小さくすることが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１６９０２６号公報
【特許文献２】特開平９−１６９２０号公報
【特許文献３】特開平２０００−４０２０９号公報
【特許文献４】特開平１０−３０２２２７号公報
【特許文献５】特開平２０００−１１３４１８号公報
【特許文献６】特開平２００４−２５９９１４号公報
【特許文献７】特開平２００５−３１０２６５号公報
【特許文献８】特開平２００６−０３２５２２号公報
【特許文献９】特開平２００６−０１８８６２号公報
【非特許文献１】西岡浩一、外５名、“ＧＭＲヘッド 固定層磁化挙動解析と改善策” 日本応用磁気学会研究会資料、２００５年２月１５日、ｐ４９〜５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献及び非特許文献のいずれにも、磁気抵抗効果素子のトラック幅が１００ｎｍ以下、素子高さが１００ｎｍ以下にまで縮小された場合に、高出力で、固定層磁化の外部耐力が高い磁気ヘッドを得るための、総合的で具体的な技術は開示されていない。
さらなる記録密度の向上のため、磁気抵抗効果素子の素子サイズは益々縮小されており、トラック幅が約１００ｎｍあるいはそれ以下、素子高さも約１００ｎｍあるいはそれ以下にまで縮小されている。素子サイズの縮小に伴って、素子体積が減るため、固定層の磁化固定に蓄積されるエネルギーは減少している。一方、高密度記録のため、磁気ヘッド浮上量の低減が進み、磁気ヘッドと媒体表面の衝突頻度が増大しており、衝突により固定層磁化が回転するという不具合が出てきている。また、磁気ヘッド作製工程における静電気や機械的応力によっても、固定層磁化が回転しやすくなっている。
固定層の磁化が変化しないようにするには、固定層磁化の蓄積エネルギーを大きくして耐力を高めておく必要がある。さらに、衝撃によって固定層磁化が変化しても元に復元するような素子構造とする必要がある。
本発明の目的は、外部ストレスに対して固定層の磁化が変化し難く、変化しても復元し易い再生素子構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記、従来技術の課題を解決するために、本発明は、磁気抵抗効果型ヘッドの固定層構成において、積層フェリ固定層を構成する第１固定層と第２固定層の材料組成、磁気特性の適正化を行った。第１固定層と反強磁性層との交換結合エネルギーを大きく保ち、外部エネルギーによって第１固定層の磁化が変化するのを生じ難くするために、ＩｒＭｎを主成分とする反強磁性層を用いるとともに第１固定層の組成を適正化した。さらに第１固定層の磁化量と第２固定層の磁化量の差を適正に保ち、各固定層の異方性エネルギーを適正に保つことによって、外部磁界ストレスを受けて固定層の磁化変化が生じても復元し易い構造を得ることができた。これらによって、外部ストレス耐性が高く、高密度記録に適した再生ヘッドを得ることができた。
具体的には反強磁性層と接する側を第１固定層、非磁性導電層と接する側を第２固定層としたときに、反強磁性層との交換結合エネルギーを高くできるように第１固定層の組成をＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）とし、第２固定層の組成をＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦ｘ≦１０）とした。異方性エネルギーの差を小さくするために第２固定層と第１固定層の磁化量の差を０−０．５ｎｍ・Ｔとし、第１固定層と第２固定層の磁歪定数の差を５．０×１０−６以下となるようにした。
また、第１の固定層をさらにＡ層とＢ層の２層に分割して２枚のＣｏＦｅ層で構成した。このうち反強磁性層と接するＡ層の組成をＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦Ｘ≦３０）とし、Ｒｕ膜と接するＢ層の組成をＣｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で０≦Ｘ≦１０）とし、Ａ層Ｂ層の比率によって磁気特性を調整した。
これによって、第１固定層と反強磁性層との交換結合エネルギーを落とさずに、磁歪定数の差｜λ１-λ２｜を５．０×１０−６以下にすることができるようになり、外部からの応力や磁界による固定層回転が抑止できるようになった。
【０００８】
なお、上記のように第１固定層と第２固定層の磁化量の差が、完全にゼロではなく若干正側に幅を有している理由は、第１固定層と第２固定層が膜厚方向に積層されているために、実効的に各固定層に働いている応力の大きさに僅かな差があること、各固定層の組成が異なるために磁気異方性に差があること等に起因している。この応力の大きさの差と、磁気異方性の差を考慮しないで、第１固定層と第２固定層の磁化量の差を設定した場合には、固定層磁化量差が僅かに変化しただけで固定層磁化が反転することになり、固定層磁化量差に対してマージンが少なくなるか、あるいはマージンがゼロとなる。したがって、固定層磁化量差の範囲は、０−０．５ｎｍ・Ｔとするのが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外部ストレスに対して固定層の磁化が変化し難く、変化しても復元し易い再生素子構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図９及び図１０を参照して、本発明に関連する磁気ディスク装置の概略構成について説明する。図９は磁気ディスク装置の全体構成を示す上面図であり、図１０は磁気ヘッドが磁気ディスク上を浮上する様子を示す側面図である。磁気ディスク装置１００は、スピンドルモータ１０２によって回転される磁気ディスク１０４と、少なくとも再生素子２０を搭載する磁気ヘッド５０と、磁気ヘッド５０を支持するサスペンション１０８と、サスペンション１０８を回転させるボイスコイルモータにより構成されるアクチュエータ１１２と、磁気ヘッド５０が退避するランプ機構１１４とを備えている。磁気ヘッド５０は、サスペンション１０８に支持されて、回転する磁気ディスク上を浮上し、磁気ディスク上に記録された磁気情報を読み書きする。アクチュエータ１１２は、磁気ヘッド５０の記録再生動作の終了時、あるいは磁気ディスク装置の停止時に、サスペンション先端部のリフトタブ１１０を介して、磁気ヘッド５０をランプ機構１１４に退避させる。近年、磁気ヘッド５０の浮上量ｈは、１０ｎｍ程度あるいは１０ｎｍ以下まで縮められている。したがって、磁気ヘッド５０が磁気ディスク１０４表面に衝突する機会が増えている。
【００１１】
磁気ディスク１０４は記録単位が１ビットで表される磁気情報１０５を保持しており、磁気情報１０５からの漏れ磁界１０６を、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子からなる再生素子２０が感知して信号として読み取る。なお、上記の磁気ヘッド５０は、再生素子２０を搭載する磁気抵抗効果型ヘッドの例であるが、再生素子２０に隣接して、インダクティブ型記録素子が配置された複合ヘッドであっても良い。
＜実施例１＞
図１に、実施例１による磁気ヘッド（磁気抵抗効果型ヘッド）の素子部を浮上面から見た図を示す。磁気抵抗効果型ヘッドは、ＧＭＲヘッドであり、素子部２０の積層構造は、次の通りである。反強磁性層１は、膜厚６ｎｍのＩｒＭｎＣｒ膜で構成されており、その上に第１固定層２、反強磁性結合層４、第２固定層５、非磁性導電層６、自由層７、保護層８が積層されている。なお、反強磁性層１は、ＩｒＭｎＣｒ膜に限らず、ＩｒＭｎを主成分とする反強磁性体であれば良い。
第１固定層２および第２固定層５ともＣｏＦｅ合金で、第１固定層２の組成はＣｏ75Ｆｅ25（以下ＣｏＦｅ２５％と略す）で、第２の固定層５はＣｏ95Ｆｅ5（以下ＣｏＦｅ５％と略す）であり、膜厚はそれぞれ１８オングストローム（磁化：３．５ｎｍ・Ｔ）と２１オングストローム（磁化：３．９ｎｍ・Ｔ）である。反強磁性結合層４には膜厚４．５オングストロームのＲｕ膜を使用した。この上に非磁性導電層６として膜厚１８オングストロームのＣｕ膜を積層し、さらに自由層７と保護層８を積層する。自由層７は２層膜であり、Ｃｕ膜側を膜厚１０オングストロームのＣｏＦｅ層とし、保護層側を膜厚１５オングストロームのＮｉＦｅ層としてある。保護層８は膜厚２０ｎｍのＴａ膜で形成した。
【００１２】
上記素子部２０を磁気ディスク装置用の再生ヘッドとして用いるためには、図１中には省略されて記載されていないが、下部磁気シールド層、絶縁層をこの順に形成したあと、その上に上記構成の多層膜を積層する。その後、磁気抵抗効果素子形状を形成するために、紙面の奥行き方向に存在する後端部、さらにトラック幅となる素子両側の境界をエッチングにより形成する。続いてＣｏＣｒＰｔからなる磁区制御用の永久磁石層９および膜厚１００ｎｍのＲｈ膜１０を積層する。ここで、電極形成部のエッチングでは永久磁石層９の高さ位置と自由層７の位置とを合わせるために、反強磁性層１のエッチングを途中で止めて、この上に永久磁石層９を積層している。この後、更に図中に記載されていない絶縁層、上部磁気シールド層を積層する。このように絶縁層を介して２枚の磁気シールド層で素子部２０を挟むようにすることによって再生ヘッド（磁気抵抗効果型ヘッド）５０となる。
【００１３】
図２に上記磁気抵抗効果型ヘッド５０の外部磁界耐力の評価結果を示す。図１で示した素子部２０の素子高さ方向、すなわち紙面に垂直方向に外部磁界（±１０ｋＯｅ：±８００ｋＡ／ｍ）を印加した後の、固定層の磁化方向の安定性を評価したものである。磁気抵抗効果型ヘッド５０に磁界を印加して磁界を除いた時に、第１固定層２と第２固定層５の磁化の方向が逆転したかどうかを判定し、反転したヘッドの発生比率を縦軸にとって、これを外部磁界に対する耐力として比較したものである。外部磁界によって第１と第２固定層とも印加磁界の向きに一旦向いた後に、磁界が減少してゼロ磁界に向かうときに、元の方向にそれぞれの固定層の磁化が戻るか、逆転してしまうかで、外部磁界に対する耐力が評価できる。実ヘッドが装置内で受ける衝撃を考察すると、媒体上の異物による突起物との衝突で、素子面は圧縮応力を受けて、固定層が磁気弾性効果によって磁化が回転し、その後回復すると考えられる。外部磁界印加では、このような状態と類似した磁化状態を作り出すことができるので、本評価は外部ストレス耐力の指標となる。同図の横軸は第２固定層５の磁化Ｍ２と第１固定層２の磁化Ｍ１との磁化量の差ｄＭを示し、磁化量の差ｄＭ（＝Ｍ２-Ｍ１）によって反転率が変化し、正負にかかわらず差が増加すると反転率が増えることがわかる。図１に示した条件のヘッドは、図２中の○印で、ｄＭ＝０．４ｎｍ・Ｔの場合に対応し、この条件では反転率が０％で、きわめて安定であることがわかる。さらにｄＭに対して±０．２ｎｍ・Ｔ変化しても反転率はゼロであり、固定層の磁化量の差に対してもマージンを有していることがわかる。
【００１４】
図２において、第１固定層２と第２固定層５の磁歪定数の差を変えた場合のｄＭ依存性を、○印（磁歪定数差：３．０×１０−６）、△印（磁歪定数差：５．０×１０−６）、＊印（磁歪定数差：７．０×１０−６）、Ｘ印（磁歪定数差：１０．０×１０−６で示す。後述するように、主に第２固定層５の組成を変えることによって磁歪定数差を変化させた。またｄＭは第１固定層２の膜厚を固定して、第２固定層５の厚さを変えることによって変化させた。同図からわかるように磁歪定数差が大きくなると、ｄＭを変えても固定層反転率の最小値がゼロにならず、磁界印加に対する耐力が低下していることがわかる。磁歪定数差が５．０×１０−６であれば反転率がゼロを実現できているが、ｄＭのマージンが若干低下している。このように固定層の磁歪定数差によって固定層の磁界耐力が変化することがわかる。
【００１５】
ところで、上で述べた磁歪定数の調整法としては、第２固定層５のＦｅ組成の選択で行った。図３に示すように第２固定層５の磁歪定数はＦｅ組成を０から２０％まで増加させることによって、６．５×１０−６からほぼゼロまで変化させることができることがわかる。一方、図示はしていないが、第１固定層２のＣｏＦｅ組成をＦｅ２５％とすると、磁歪定数は９．５×１０−６となる。第一義的には磁歪定数はＦｅ組成で決まるが、特に薄膜の場合には下地膜の影響を受けて、同一組成でも下地によって異なるため、同じ組成であっても下地膜が異なると磁歪定数が異なる場合がある。したがって、第１固定層２がＣｏＦｅ２５％の場合に第２固定層５のＦｅ組成を０から２０％まで変えると、第４図に示すように磁歪定数差（λ１−λ２）は、３．０×１０−６から、１０．０×１０−６まで変化させることできる。本図からわかるように、磁歪定数の差を小さくするためには、第２固定層５のＦｅ組成は１０％よりも小さく、好ましくは５％以下であることが望ましい。これによって、図２で示した固定層の磁化反転率を低くすることのできる固定層磁歪定数差を選択することができる。
【００１６】
ここで、図２のように、外部磁界印加による固定層の磁化反転率が、ｄＭおよび磁歪定数差に依存する原因はつぎのように考えられる。外部磁界によって飽和したあと磁界を下げたときに、反強磁性層１と交換結合した第１固定層２の磁化が、本来とは逆の方向に磁化回転を始めるのがここで示した固定層磁化反転である。第１固定層２よりも第２固定層５の異方性エネルギーの方が大きいために、磁界を下げていくと第１固定層２の方が本来の方向とは逆の方向を向きはじめることになる。異方性エネルギーは各固定層の磁化量および膜厚に依存するので、最小反転率を示すｄＭを境にｄＭが大きい側では第２固定層５の磁化が支配的に振る舞い、本来の方向と逆の方向に第１固定層２の磁化が反転する。他方ｄＭが小さい側では第１固定層２が支配的に振舞うので、本来の方向と逆の方向に第２固定層５が反転する。固定層の磁歪定数差（λ１−λ２）は、磁気弾性効果を通じて異方性磁界の大きさを変えるパラメータとなるので、磁歪定数差によって異方性磁界が変化して反転率のｄＭ依存性のプロファイルは変化する。さらに、個々の磁気ヘッドは浮上面の加工後に、電極層１０や永久磁石層９からの局所的な応力を受ける。また、研磨加工工程においても応力を受けるので、磁気ヘッド毎に大きさが異なる残留応力が発生している可能性が高い。応力分布があった場合、磁歪定数差が大きいと磁気弾性効果により異方性磁界分布も大きくなる。このため反転率が最小となるｄＭにおいても、反転率がゼロとならない可能性が考えられる。このような現象が生じているため、磁歪定数差が大きいものの反転率がゼロとならないと考えられる。
【００１７】
以上の説明のとおり、実施例１によれば、固定層の磁化がきわめて安定であり、変化し難い。また、２枚の固定層の磁化量の差が変化しても、磁化の反転率を低く保つことができる。さらに、２枚の固定層の磁化量の差を適正に保ち、各固定層の異方性エネルギーを適正に保つことにより、磁化方向が変化しても復元しやすい構成である。
＜実施例２＞
図５に実施例２による磁気抵抗効果型ヘッドの素子部３０を浮上面から見た図を示す。反強磁性層１は、膜厚６ｎｍのＩｒＭｎＣｒ膜で構成され、その上に２つに分割された第１固定層Ａ層３−１および第１固定層Ｂ層３−２が積層され、その上に反強磁性結合層４を介して第２固定層５が積層され、さらにその上に非磁性導電層６、自由層７、保護層８が積層されている。なお、反強磁性層１は、ＩｒＭｎＣｒ膜に限らず、ＩｒＭｎを主とする反強磁性体であれば良い。ここで、第１固定層Ａ層３−１は膜厚１０オングストロームのＣｏＦｅ２５％膜からなり、第１固定層Ｂ層３−２は膜厚９．４オングストロームのＣｏＦｅ１０％膜からなる。また、第２固定層５はＣｏＦｅ１０％膜であり、膜厚は２１オングストローム（磁化：３．９ｎｍ・Ｔ）である。非磁性導電層６、自由層７及び保護層８は、実施例１と同じである。図６に示すように、第１固定層の磁歪定数はＡ層とＢ層の比率Ｘによって定まり、磁歪定数は約５．０×１０−６から１０．０×１０−６まで変化する。上記のＡ層、Ｂ層の膜厚はＸ＝０．５６に相当し、このときの磁歪定数は、７．２×１０−６となる。ここで反強磁性層１と接する側のＡ層にＣｏＦｅ２５％を用いているので、ＩｒＭｎＣｒとの交換結合エネルギーの大きな低下を招くことはない。Ｂ層のＣｏＦｅ１０％の比率を変えることによって磁歪定数のみを調整することができる。また第２固定層５の磁歪定数は３．０×１０−６となるので、固定層の磁歪定数差（λ１−λ２）は、図４の右端に示すように、４．２×１０−６となる。この場合の固定層の磁化反転率を図２中に□印で示すように、ｄＭ＝０〜０．２ｎｍ・Ｔの範囲で反転率ゼロを実現できる。
【００１８】
以上のように、第１固定層の構成を２層に分割して磁歪定数を調整することによって、第２固定層との磁歪定数差を任意に調整することができる。これによって、外部磁界印加で生じる固定層の磁化反転発生を抑えることができる。なお、本実施例では第１固定層を２層に分割したが、さらに層数を増やすことによっても同様な効果が得られる。この場合は、反強磁性層の側から上層に向かってＦｅの組成比を小さくする。また、膜厚方向に組成を連続的に変えて成膜することによっても同様な効果が得られる。この場合は、反強磁性層の側から上部に向かってＦｅの組成比を連続的に小さくする。また、上記実施例では第１固定層Ｂ層にＣｏＦｅ１０％を用いたが、磁歪定数の調整の観点から異なる組成のＣｏＦｅ層を用いることは可能である。
＜実施例３＞
図７に実施例３によるトンネル型磁気抵抗効果ヘッドの素子部４０を浮上面から見た図を示す。反強磁性層１には、膜厚６０オングストロームのＩｒＭｎＣｒ膜を用い、第１固定層２には膜厚１７オングストロームのＣｏＦｅ２５％膜を用い、反強磁性結合層には４．５オングストロームのＲｕ膜を用い、第２の固定層２には膜厚１９オングストロームのＣｏＦｅＢ膜を用いた。障壁層１１としては、膜厚１０オングストロームのＭｇＯ膜を用い、自由層７には膜厚３５オングストロームのＣｏＦｅ１０％膜を用い、その上に保護層として膜厚１００オングストロームのＴａ膜を用いた。なお、反強磁性層１は、ＩｒＭｎＣｒ膜に限らず、ＩｒＭｎを主とする反強磁性体であれば良い。第１固定層の組成は、Ｃｏ100-ｘＦｅｘ（ｘはａｔ％で２０≦ｘ≦３０）の範囲であれば良い。
【００１９】
再生ヘッドを構成するために、図８に示すように、図７の素子構造４０を、下部磁気シールド層１４上に形成し、その後、紙面奥行にある素子後端部の形成およびトラック幅となる両端部をエッチングで除去した後に、膜厚１０ｎｍの絶縁層１２を介して自由層の磁区制御のために永久磁石層９を形成する。その後、電極層１３として膜厚１０ｎｍのＲｈ膜を積層し、さらに上部磁気シールド層１５を形成する。電流は電極を兼用する上下磁気シールド層１４、１５を介して紙面の上下の方向に流れる。
【００２０】
第２固定層５であるＣｏＦｅＢ膜の磁歪定数は８．０×１０−６で、第１固定層２に用いたＣｏＦｅ２５％膜の磁歪定数は７．０×１０−６である。これにより磁歪定数差は十分に５．０×１０−６以下にすることができる。また固定層磁化量の差ｄＭは０．４ｎｍ・Ｔとした。第１の実施例と同様な固定層磁化反転率の評価によれば、反転率はゼロとなり、外部磁界に対して安定な固定層であることがわかった。
上記素子構造において、ＣｏＦｅ１０％膜では３．０×１０−６の磁歪定数を持つのに対して、１５〜３０％のＢ添加により、ＣｏＦｅＢ膜では磁歪定数は８．０×１０−６と増大する。したがって、Ｂ添加のない場合よりも、第１固定層と第２固定層の磁歪定数差は小さくすることができる。
【００２１】
なお、上記トンネル磁気抵抗効果型素子では、障壁層としてＭｇＯを用いたが、アルミナやチタニアを用いた場合であっても同様な効果が得られる。さらに第１固定層はＣｏＦｅ２５％の１層を用いたが、実施例２と同様に２層の固定層としても同様に磁歪定数の調整ができるので同様な効果が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１による磁気抵抗効果型ヘッドの素子部を浮上面から見た図である。
【図２】固定層反転率と固定層磁化量差と磁歪定数差の関係を示す図である。
【図３】第２固定層のＦｅ組成と磁歪定数との関係を示す図である。
【図４】第２固定層のＦｅ組成と第１固定層と第２固定層の磁歪定数差との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例２による磁気抵抗効果型ヘッドの素子部を浮上面から見た図である。
【図６】２層で構成した第１固定層の構成比と磁歪定数との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例３によるＴＭＲ型ヘッドの素子部を浮上面から見た図である。
【図８】本発明の実施例３によるＴＭＲヘッドを浮上面から見た図である。
【図９】本発明に関連する磁気ディスク装置の全体構成を示す上面図である。
【図１０】磁気ディスク上を浮上する磁気ヘッドの様子を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…反強磁性層、
２…第１固定層、
３-１…第１固定層Ａ層、
３-２…第１固定層Ｂ層、
４…反強磁性結合層、
５…第２固定層、
６…非磁性導電層、
７…自由層、
８…保護層、
９…永久磁石層、
１０…電極層、
１１…障壁層、
１２…絶縁層、
１３…電極層、
１４…下部磁気シールド層、
１５…上部磁気シールド層、
２０，３０…ＧＭＲ素子、
４０…ＴＭＲ素子、
５０…磁気ヘッド（磁気抵抗効果ヘッド）。
【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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