(57)【要約】【課題】ピンド層の磁化を固定する反強磁性層の腐食を防止し得る構造を持つＭＲ素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置を提供すること。【解決手段】スペーサ層１５０は、一面が、フリー層１６０の一面に隣接しており、ピンド層１４０は、一面がスペーサ層１５０の他面に隣接している。反強磁性層１３０は、一面がピンド層１４０の他面に隣接している。犠牲層１２０は、一面が反強磁性層１３０の他面に隣接している。犠牲層１２０は、反強磁性層１３０を構成する材料よりも、腐食電位の低い金属又はそれらを含む合金で構成され、厚さが０．１ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲にある。【選択図】図１
2007251013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリー層と、スペーサ層と、ピンド層と、反強磁性層と、犠牲層とを含む磁気抵抗効果素子であって、
前記スペーサ層は、一面が、前記フリー層の一面に隣接しており、
前記ピンド層は、一面が前記スペーサ層の他面に隣接しており、
前記反強磁性層は、一面が前記ピンド層の他面に隣接しており、
前記犠牲層は、一面が前記反強磁性層の他面に隣接し、前記反強磁性層を構成する材料よりも、腐食電位の低い金属又はそれらを含む合金で構成され、厚さが０．１ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲にある、
磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１に記載された磁気抵抗効果素子であって、前記犠牲層は、厚さが０．５ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲にある、磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された磁気抵抗効果素子であって、
前記反強磁性層は、Ｍｎを含有しており、
前記犠牲層は、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｋ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌの群から選択された少なくとも一種を含有する、
磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項３に記載された磁気抵抗効果素子であって、
前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ又はＰｔＭｎＣｒの何れかである、
磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項３に記載された磁気抵抗効果素子であって、
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎであり、
前記犠牲層は、Ａｌである、
磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項５に記載された磁気抵抗効果素子であって、前記反強磁性層は、Ｍｎ含有率８５〜７０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金でなる、磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載された磁気抵抗効果素子であって、前記ピンド層は、シンセティック構造を有する磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
磁気抵抗効果素子と、スライダとを含む薄膜磁気ヘッドであって、
前記磁気抵抗効果素子は、請求項１乃至７の何れかに記載されたものでなり、
前記スライダは、前記磁気抵抗効果素子を支持する、
薄膜磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載された薄膜磁気ヘッドであって、更に書込素子を有する薄膜磁気ヘッド。
【請求項１０】
薄膜磁気ヘッドと、ヘッド支持装置とを含む磁気ヘッド装置であって、
前記薄膜磁気ヘッドは、請求項８又は９に記載されたものでなり、
前記ヘッド支持装置は、前記薄膜磁気ヘッドを支持する、
磁気ヘッド装置。
【請求項１１】
磁気ヘッド装置と、磁気ディスクとを含む磁気記録再生装置であって、
前記磁気ヘッド装置は、請求項１０に記載されたものでなり、
前記磁気ディスクは、前記磁気ヘッド装置との協働により、磁気記録の書込及び読み出しを行う、
磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子（以下ＭＲ素子と称する）は、磁気記憶素子、磁気センサまたは薄膜磁気ヘッドなどに用いられる。ＭＲ素子としては、強磁性トンネル接合を用いた素子（以下ＴＭＲ素子と称する）及び、スピンバルブ膜（ＳＶ膜）を用いた巨大磁気抵抗効果素子
（以下ＧＭＲ素子と称する）が知られている。
【０００３】
ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子は、よく知られているように、磁化自由層（フリー層）、スペーサ層、磁化固着層（ピンド層）、および、交換結合によりピンド層の磁化方向を固定する反強磁性層を含んでいる。その動作は、よく知られているように、外部から印加される磁場に対応して、フリー層の磁化方向が外部磁界に応答して回転したとき、ピンド層の磁化方向に対するフリー層の磁化方向の回転角度に応じて、抵抗値が大きく変化し、その抵抗値の変化から、外部磁場が検出される。
【０００４】
上述したように、磁気抵抗効果素子の出力特性は、ピンド層の磁化方向とフリー層の磁化方向のなす角度によって決まるから、安定した高い出力特性を得るためには、ピンド層の磁化方向が安定していなければならない。ピンド層の磁化方向は、ピンド層に対する反強磁性層の交換結合によって決定されるので、ピンド層の磁化方向を安定化するためには、反強磁性層の物性的安定性を確保することが極めて重要である。
【０００５】
ところが、反強磁性層には、一般に、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ又はＰｔＭｎＣｒ等のＭｎ含有合金が用いられており、これらは耐食性が低い。このため、例えば、薄膜磁気ヘッドにおいて、スライダの空気ベアリング面を水を用いて研磨するなどの際に、Ｍｎ成分のために、腐食してしまうという問題点がある。具体的に述べると、ＩｒＭｎ合金としては、Ｍｎ含有率が、６０〜４０ａｔ％の範囲のものと、８５〜７０ａｔ％の範囲のものとの２種類が知られている。このうち、Ｍｎ含有率６０〜４０ａｔ％のものは、ＩｒＭｎ合金を反強磁性体に変化させるための熱処理(規則化処理)を必要とする。そこで、反強磁性層を構成する材料としては、一般に、Ｍｎ含有率８５〜７０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金が用いられる。ところが、Ｍｎ含有率８５〜７０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金で構成された反強磁性層は、耐食性が悪く、腐食し易いという問題点を抱えているのである。
【０００６】
Ｍｎ含有の反強磁性層が腐食性を有することを認識し、その対応策を提案した先行技術は知られている。例えば、特許文献１は、反強磁性層の腐食を防止する手段として、反強磁性層の上に、Ｆｅ、Ｍｎよりも酸化物形成エネルギーが小さいＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕでなる保護膜を、１０ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚で形成する技術を開示している。
【０００７】
しかし、特許文献１は、もともと、ＮｉＦｅでなるＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）を単軸化するための反強磁性層に、保護膜を設けるものであるから、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子において、ピンド層の磁化固定に用いられる反強磁性層について、その特有の問
題を示唆するものではないし、その解決手段の指針を与えるものでもない。
【特許文献１】特開平７−９３７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、ピンド層の磁化を固定する反強磁性層の腐食を防止し得る構造を持つＭＲ素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係るＭＲ素子は、フリー層と、スペーサ層と、ピンド層と、反強磁性層と、犠牲層とを含む。前記スペーサ層は、一面が、前記フリー層の一面に隣接しており、前記ピンド層は、一面が前記スペーサ層の他面に隣接している。
前記反強磁性層は、一面が前記ピンド層の他面に隣接している。
【００１０】
本発明に係るＭＲ素子は、ピンド層と、スペーサ層と、フリー層とを含む。即ち、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子である。ピンド層は、反強磁性層と隣接して交換結合を生じ、磁化方向がピン止め（固定）される。スペーサ層は、ピンド層の一面に隣接しており、フリー
層はスペーサ層の他面と隣接している。
【００１１】
上記のＭＲ素子において、フリー層の磁化方向が外部磁界に応答して回転したとき、ピンド層の固定された磁化方向に対するフリー層の磁化方向の回転角度に応じて、ＭＲ素子の抵抗値が大きく変化する。薄膜磁気ヘッド等の出力等の特性は、スペーサ層によって仕
切られたピンド層の磁化方向とフリー層の磁化方向のなす角度によって決まる。
【００１２】
本発明では、上述したＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子の構造において、犠牲層を含む点に特徴がある。前記犠牲層は、一面が前記反強磁性層の他面に隣接し、前記反強磁性層を構成する材料よりも、腐食電位の低い金属又はそれらを含む合金で構成され、厚さが０．１ｎ
ｍ〜１.０ｎｍの範囲にある。
【００１３】
上述した犠牲層を含むことにより、水分の存在下で、反強磁性層と犠牲層との間で、局部電池機構が構成され、反強磁性層よりも、腐食電位の低い金属又はそれらを含む合金で構成された犠牲層が腐食され、反強磁性層の腐食が阻止される。
【００１４】
一般的なＭＲ素子の膜構造では、バッファ層の上に反強磁性層を設けることが多い。バッファ層は、その結晶構造を反強磁性層に引き継がせることによって、反強磁性層の特性を改善し、高いＭＲ変化率を確保するために設けられている。この膜構造に本発明を適用した場合、必然的に、犠牲層が、バッファ層と反強磁性層との間に介在することになるので、バッファ層を設けたことの技術的意義が損なわれかねない。そこで、本発明では、犠牲層の膜厚を、０．１ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲、より好ましくは０．５ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲に設定する。この膜厚範囲であれば、バッファ層と反強磁性層との間に犠牲層を介在させたにも関わらず、バッファ層を設けたことの技術的意義が損なわれず、従って、反強磁性層の腐食を防止しつつ、高いＭＲ変化率を確保することができる。
【００１５】
反強磁性層によって磁化方向が固定されるピンド層は、シンセティック構造を有するものであってもよいし、単層構造のものであってもよい。また、素子の膜面と平行にセンス電流を流すタイプ（current in plane ＣＩＰタイプ）、電流を膜面に対して垂直に流すタイプ（current perpendicular to the plane ＣＰＰタイプ）、更には、フリー層を反強磁性層よりも下側に配置したタイプ（bottom type)、フリー層を反強磁性層よりも上側に配置したタイプ（top type)の何れであっても、本発明は適用可能である。
【００１６】
本発明は、更に上述したＭＲ素子を用いた薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記
録再生装置についても開示する。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、ピンド層の磁化を固定する反強磁性層の腐食を防止し得る構造を持つＭＲ素子、薄膜磁気ヘッド、磁気ヘッド装置及び磁気記録再生装置を
提供することができる。
【００１８】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は単なる例示に過ぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
１．ＭＲ素子
図１は本発明に係るＭＲ素子の膜構造を示す図である。図は、ピンド層１４０と、反強磁性層１３０と、スペーサ層１５０と、フリー層１６０と、犠牲層１２０とを含むＧＭＲ
素子を示している。実施例はシンセティックピンド構造を持ち、反強磁性層をフリー層
よりも下側に配置したタイプ（bottom type)を示している。
【００２０】
ピンド層１４０は、第１の強磁性層１４１と、第２の強磁性層１４３と、非磁性金属層１４２とを含んでいる。第１の強磁性層１４１は、一面が反強磁性層１３０と隣接して交換結合を生じる。非磁性金属層１４２は、例えば、ルテニウムＲｕによって構成され、一面が第２の強磁性層１４３の他面に隣接し、他面は、第１の強磁性層１４１に隣接している。
【００２１】
第１の強磁性層１４１及び第２の強磁性層１４３は、磁化方向が、非磁性金属層１４２を介して、互いに反平行になるように交換結合している。第２の強磁性層１４３は、一面がスペーサ層１５０の一面と隣接している。第２の強磁性層１４３は、実施例では、ＣｏＦｅによって構成されている。第１の強磁性層１４１も同じＣｏＦｅで構成されている。この構造により、シンセティックピンド構造が得られる。
【００２２】
反強磁性層１３０は、支持体１００の表面に付着されたバッファ層（Buffer)１１０の一面に隣接して設けられている。反強磁性層１３０は、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎＣｒなどによって構成される。図示実施例において、反強磁性層１３０はＩｒＭｎ膜によって構成され、バッファ層１１０はＮｉＣｒなどで構成されている。
【００２３】
反強磁性層１３０は、Ｍｎ含有率８５〜７０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金によって構成することが好ましい。既に述べたように、Ｍｎ含有率が、６０〜４０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金を用いた反強磁性体も知られているが、この場合は、ＩｒＭｎ合金を反強磁性体に変化させるための熱処理(規則化処理)を必要とする。これに対して、Ｍｎ含有率８５〜７０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金を用いると、このような熱処理を必要としないので、工業的観点から有利である。
【００２４】
また、第１の強磁性層１４１と反強磁性層１３０との間には、第１の強磁性層１４１を一方向に固定するように交換結合が生じている。第２の強磁性層１４３は、この交換結合磁界による第１の強磁性層１４１の磁化とは反平行になるように磁化され、ピン止めされる。
【００２５】
スペーサ層１５０は、一面が第２の強磁性層１４３に隣接している。フリー層１６０は、一面がスペーサ層１５０の他面と隣接している。スペーサ層１５０は、ＧＭＲ素子の場合はＣｕ等を主成分とする導電性材料で構成され、ＴＭＲ素子の場合にはＡｌ２Ｏ３などで構成される。
【００２６】
図示実施例のフリー層１６０は、ＦｅＮｉとＣｏＦｅの積層膜として構成されている。フリー層１６０の表面は、Ｔａなどで成る保護膜（ｃａｐ)１７０によって覆われている。
【００２７】
上述した材料組成、及び、膜構造は、本発明の適用可能な一例として例示されたにすぎず、これらに関しては、既に知られ、又はこれから提案されることのある技術を適用できる。
【００２８】
上記のＧＭＲ素子において、フリー層１６０の磁化方向が外部磁界に応答して回転したとき、ピンド層１４０において、第２の強磁性層１４３の固定された磁化の方向に対するフリー層１６０の磁化方向の回転角度に応じて、ＧＭＲ素子の抵抗値が大きく変化する。薄膜磁気ヘッド等の出力等の特性は、スペーサ層１５０によって仕切られたピンド層１４０のピン止めされた磁化の方向と、フリー層１６０の磁化方向のなす角度によって決まる。
【００２９】
また、ピンド層１４０が、第１の強磁性層１４１／非磁性金属層１４２／第２の強磁性層１４３のシンセティックピンド構造となるから、第１の強磁性層１４１と、第２の強磁性層１４３との間に強い交換結合を与え、反強磁性層１３０からの交換結合力を実効的に増大させることができる。このシンセティックピンド構造では漏洩磁界を原理的にはゼロにできるので、動作点の確保が容易である。
【００３０】
本発明の特徴は、上述したＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子の構造において、犠牲層１２０を含む点にある。犠牲層１２０は、一面が反強磁性層１３０の他面（ピンド層１４０と隣接する一面とは反対側の面）に隣接している。反強磁性層１３０の下側にバッファ層１００を配置したボトム型では、犠牲層１２０は、バッファ層１００と反強磁性層１３０との間に介在することになる。この犠牲層１２０は、反強磁性層１３０を構成する材料よりも、
腐食電位の低い金属又はそれらを含む合金で構成される。
【００３１】
上述した犠牲層１２０を含むことにより、水分の存在下で、反強磁性層１３０と犠牲層１２０との間で、局部電池機構が構成され、反強磁性層１３０よりも、腐食電位の低い金属又はそれらを含む合金で構成された犠牲層１２０が腐食され、反強磁性層１３０の腐食が阻止される。
【００３２】
水中の金属の腐食反応は、金属の陽極酸化反応と、水中の溶存酸素の電解還元反応や、
水の電解による水素発生反応というような陰極還元反応の２つの電極反応の組み合わせ（局部電池機構）によって起こる。図２は反強磁性層１３０をＩｒＭｎで構成し、犠牲層
１２０をＡｌで構成した場合における犠牲層１２０の腐食現象の概念を示している。
【００３３】
図２を参照すると、犠牲層１２０を構成するＡｌは、反強磁性層１３０を構成するＩｒやＭｎよりも、腐食電位が低いので、犠牲層１２０をアノードとする局部電池が形成され
る。この局部電池において、Ａｌのアノード溶解反応は次式で表せる。
【００３４】
アノード溶解反応：Ａｌ→Ａｌ３＋＋３ｅ-                （１）
他方、Ａｌが溶解した周辺の腐食されていないところでは、次のような水素発生反応（カソード反応）がおきる。
カソード反応：３Ｈ＋＋３ｅ−→３／２Ｈ２                （２）
式（１）の反応で、Ａｌの中に残された電子は、その周辺に移動し、式（２）で示した水分中のＨ＋イオンとの反応に消費される。
【００３５】
上述した局部電池のメカニズムによって、犠牲層１２０を構成するＡｌがＡｌ３＋として溶液(水分)中に溶解し、腐食され、反射的に、ＩｒＭｎで構成された反強磁性層１３０の腐食が防止されることになる。
【００３６】
本発明では、反強磁性層１３０は、ＩｒＭｎ合金を反強磁性体に変化させるための熱処理を必要としないＭｎ含有率８５〜７０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金で構成されている。ただ、Ｍｎ含有率８５〜７０ａｔ％の範囲のＩｒＭｎ合金で構成された反強磁性層１３０は、耐食性が悪く、腐食し易い。本発明によれば、反強磁性層１３０の有する利点を確保しつつ、その難点である腐食を、犠牲層１２０の働きにより抑えることができるので、その工業的利用の観点から、極めて有用である。なお、特許文献２（特開２００１−３５８３８１号公報）には、ＩｒＭｎ合金を用いた反強磁性層の下地金属層を、Ａｌによって構成する点が記載されているが、反強磁性層を構成するＩｒＭｎ合金のＭｎ含有率は５５ａｔ％以下であるので、もともと、腐食の問題を生じない。
【００３７】
上述したアノード溶解反応を進行させるためには、電子のスムーズな輸送と、Ｈ２及びＡｌ３＋のスムーズな除去が必須である。また、溶液(水分)中の電位勾配解消のためにはカソード反応の起こる部位と、アノード反応の起こる部位とが近い方が有利であり、電荷移動的にも半反応が起こる箇所は近いほうが有利である。本発明では、犠牲層１２０が反強磁性層１３０に隣接しているので、これらの条件を満たすことができる。
【００３８】
図示の実施例では、バッファ層１１０が設けられている。バッファ層１１０の本来の目的は、その結晶構造を反強磁性層１３０に引き継がせることによって、反強磁性層１３０の特性を改善し、高いＭＲ変化率を確保することにある。ところが、この膜構造に本発明を適用した場合、犠牲層１２０が、必然的に、バッファ層１１０と反強磁性層１３０との間に挿入されることになるので、バッファ層１１０を設けたことの技術的意義が損なわれかねない。そこで、本発明では、犠牲層１２０の膜厚を、０．１ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲、特に好ましくは、０.５ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲に設定する。この膜厚範囲であれば、バッファ層１１０と反強磁性層１３０との間に犠牲層１２０を挿入したにも関わらず、バッファ層１１０を設けたことの技術的意義を損なわれず、従って、反強磁性層１３０の腐食を防止しつつ、高いＭＲ変化率を確保することができる。
【００３９】
犠牲層１２０の構成材料としては、反強磁性層１３０がＭｎを含有する場合、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｋ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌの群から選択された少なくとも一種を含有する。Ｍｎを含有する反強磁性層１３０を用いた場合の一般的な理解としては、イオン化傾向が、Ｍｎよりも高いものであれば、犠牲層１２０の構成材料として用いる得る可能性があるということである。Ｍｎを含有する反強磁性層１３０の例としては、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ又はＰｔＭｎＣｒなどを挙げることができる。
【００４０】
上述した材料系の中で、反強磁性層１３０をＩｒＭｎで構成し、犠牲層１２０をＡｌで構成した場合に良好な結果が得られることが分かった。この場合は、腐食性が改善される
ことは勿論のこと、ＭＲ変化率も高くなる。
【００４１】
図３は本発明に係るＭＲ素子の別の実施例を示す図である。図において、図１に現れた構成部分と対応する部分については、同一の参照符号を付してある。この実施例は、ピン
ド層１４０を単層構造とし、反強磁性層１３０を、フリー層１６０よりも下側に配置
したたボトム型シングルピンド構造のＭＲ素子を示している。
【００４２】
図４は本発明に係るＭＲ素子の更に別の実施例を示す図である。図において、図１に現れた構成部分と対応する部分については、同一の参照符号を付してある。この実施例は、ピンド層１４０を単層構造とし、反強磁性層１３０を、フリー層１６０よりも上側に配置
したトップ型シングルピンド構造のＭＲ素子を示している。
【００４３】
次に、図１、図３及び図４に示したＭＲ素子のそれぞれについて、本発明の範囲内に入るサンプル、及び、これと対照される比較例のサンプルを作製し、データを採取した。
【００４４】
＜ボトム型シンセティックピンド構造をもつサンプルの作製＞
図１に示したボトム型シンセティックピンド構造において、膜構成が
buffer/Al 0.5nm/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Ru 0.8nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ/NiFe 2.0nm/cap、 
buffer/Al 1nm/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Ru 0.8nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ/NiFe 2.0nm/cap、及び、
buffer/Al 2.0nm/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Ru 0.8nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ/NiFe 2.0nm/cap
である３種のスピンバルブ膜（ＳＶ膜）のＧＭＲ素子を作製した。これらを、順次、サンプル２〜４とする。
【００４５】
比較のため、ボトム型シンセティックピンド構造であるが、犠牲膜を持たず、膜構成が、
buffer/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Ru 0.8nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ/NiFe 2.0nm/cap
であるＳＶ膜を持ったＧＭＲ素子を作製した。これをサンプル１とする。素子サイズはサンプル１〜４とも１２０×１００ｎｍである。
【００４６】
＜ボトム型シングルピンド構造を持つサンプルの作製＞
図３に示したボトム型シングルピンド構造において、膜構成が、
buffer/Al 0.5nm/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ/NiFe 2.0nm/cap、
buffer/Al 1.0nm/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ/NiFe 2.0nm/cap、buffer/Al 2.0nm/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ/NiFe 2.0nm/cap
である３種のＳＶ膜を持ったＧＭＲ素子を作製した。これらを、順次、サンプル６〜８とする。
【００４７】
比較のため、ボトム型シングルピンド構造であるが、犠牲層を持たず、膜構成が、
buffer/IrMn 5.5nm/CoFe 1.5nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nｍ  NiFe 2.0nm/cap
であるＳＶ膜を持ったＧＭＲ素子を作製した。これを、サンプル５とする。素子サイズはサンプル５〜８とも１２０×１００ｎｍである。
【００４８】
＜トップ型シングルピンド構造のサンプルの作製＞
図４に示したトップ型シングルピンド構造において、膜構成が
buffer/NiFe 2.0nm/CoFe 1.0nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nm/IrMn 5.5nm/Al 0.5nm/cap
buffer/NiFe 2.0nm/CoFe 1.0nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nm/IrMn 5.5nm/Al 1.0nm/cap
buffer/NiFe 2.0nm/CoFe 1.0nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nm/IrMn 5.5nm/Al 2.0nm/cap
であるＳＶ膜を持ったＧＭＲ素子を作製した。これをサンプル１０〜１２とする。
【００４９】
比較のため、トップ型シングルピンド構造であるが、犠牲層を持たず、
buffer/NiFe 2.0nm/CoFe 1.0nm/Cu 1.7nm/CoFe 1.0nm/IrMn 5.5nm/cap
というＳＶ膜を持ったＧＭＲ素子を作製した。これをサンプル９とする。素子サイズはサンプル９〜１２とも１２０×１００ｎｍである。
【００５０】
＜腐食実験について＞
上述したサンプル１〜３について、各サンプルとも、２５６個づつ作製し、そのうちの
何個が腐食したかを調べた。腐食実験にあたっては、ミリングによりＳＶ膜断面を露出させ、その断面を流水(純水)中に一定時間晒し、強制的に腐食させた。腐食の程度は、２ｋOeの磁場を印加した際の素子抵抗をＲ２ｋ、磁場を−２ｋ（0e）から２ｋ（0e）へ変化させた際の最大の素子抵抗をＲmaxとし、ｄＭＲ＠２ｋOe=Ｒ２ｋ/Ｒmaxで表される指標を用い、ｄＭＲ＠２ｋOeが３０％以下になった時点で素子が腐食したと判断した。
【００５１】
上述したサンプル１〜３のうち、従来品であるサンプル１では、１８２個が腐食したの
に対し、本発明に係るサンプル２、３では、各々、１２０個、５６個の素子のみで腐食が確認されたに過ぎなかった。
【００５２】
ここで、ｄＭＲとは、ＭＲ素子に印加している磁場を掃引した際に最も高い抵抗を示し
た点を１００％として、ある磁場で何％の抵抗を示しているかを表す指標である。このｄＭＲは、「ピンド層の安定性」を表す指標である。ピンド層の安定性低下は、ｄＭＲ@２ｋOeの低下に引き続き、ＭＲ変化率の低下を引き起こす。つまり、「ピンド層の不安定さ」は、まずｄＭＲの低下に現れ、次にＭＲ変化率の低下として現れる。反強磁性層の腐食が進行すると、反強磁性層とピンド層との界面における交換結合が弱まり、より弱い磁場でピンド層が反転してしまう現象が起きる。この現象により、ピンド層の磁化方向が、フリー層の磁化方向と同一の方向に揃ってしまい、抵抗値が下がる。この現象は、腐食の進行に伴って顕著になるので、腐食が進むほどにｄＭＲが低下する。逆にいえば、ｄＭＲの値から腐食を評価することができることになる。
【００５３】
なお、サンプル４〜１２については、腐食実験を行っていないが、腐食の如何は犠牲層の有無によるものであるから、犠牲層の有無による作用効果の点は、サンプル１〜３と同様の結果になるであろうことは、容易に予測できる。
【００５４】
次に、犠牲膜１２０の膜厚を０．１ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲に設定することの技術的意義について説明する。上述したサンプル１〜１２について、ＭＲ変化率を測定した。表１は、サンプル１〜１２の規格化されたＭＲ変化率の測定データを示している。なお、このデータは、腐食実験前のものである。
【００５５】
【表１】
2007251013.tif 000003
【００５６】
表１を参照すると、図１のボトム型シンセティックピンド構造を持つＭＲ素子の場合、犠牲層を持たない従来品であるサンプル１を基準にして規格化された規格化ＭＲ変化率が、本発明の範囲に入るサンプル２、３では、それぞれ、１．０２、１．０６に改善されている。他方、犠牲膜を構成するＡｌの膜厚が２.０ｎｍであるサンプル４では、規格化ＭＲ変化率が０．６３に劣化している。従って、犠牲膜の膜厚は、２.０ｎｍよりは小さくなければならない。表１のデータを見る限り、犠牲膜の膜厚が、１.０ｎｍより小さければ、ＭＲ変化率の改善効果が得られる。特に、サンプル２、３のデータが示すように、０．５ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲で、高いＭＲ変化率が得られる。
【００５７】
次に、図３のボトム型シングルピンド構造において、犠牲層を持たない従来品であるサンプル５を基準にして規格化された規格化ＭＲ変化率が、本発明の範囲に入るサンプル６、７では、それぞれ１.０３、１．０７に改善されている。もっとも、犠牲膜を構成するＡｌの膜厚が２.０ｎｍであるサンプル８では、規格化ＭＲ変化率が０．４２に劣化している。従って、犠牲膜の膜厚は、２.０ｎｍより小さくなければならない。表１のデータを見る限り、犠牲膜の膜厚が、１.０ｎｍより小さい範囲、特に、０．５ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲で、高いＭＲ変化率が得られる。
【００５８】
更に、図４のトップ型シングルピンド構造であるが、犠牲層を持たない従来品であるサンプル９を基準にして規格化された規格化ＭＲ変化率が、本発明の範囲に入るサンプル１０、１１では、それぞれ、１.０３、１.０６にそれぞれ改善されている。他方、犠牲膜を構成するＡｌの膜厚が２.０ｎｍであるサンプル１２では、規格化ＭＲ変化率が０．９８に劣化している。従って、図４に示す構造を採用する場合も、犠牲膜の膜厚は、２.０ｎｍよりは小さくなければならない。表１のデータを見る限り、やはり、犠牲膜の膜厚が１.０ｎｍよりは小さい範囲、特に、０．５ｎｍ〜１.０ｎｍの範囲で高いＭＲ変化率が得られる。
【００５９】
総じて、犠牲層を挿入したいずれのＳＶ膜も、犠牲層が1．０ｎｍに達するまではＭＲ変化率に大きな変化を示さず、犠牲層の挿入によりＳＶ膜としての特性が劣化する現象は
確認されなかった。ＭＲ変化率に至ってはむしろ上昇した。この点は、図５を見ると、視覚的に更に明確に確認できる。犠牲膜の厚みの下限値０．１ｎｍは、実現可能な最小膜厚である。
【００６０】
図５は、図１、図３及び図４に示したＭＲ素子のＭＲ変化率特性を示すデータである。図において、縦軸に規格化ＭＲ変化率をとってある。曲線Ｌ５１は図１に示したＭＲ素子の特性、曲線Ｌ５２は図３に示したＭＲ素子の特性、曲線Ｌ５３は図４に示したＭＲ素子の特性を示している。図５を参照すると明らかなように、犠牲膜の膜厚が１.０ｎｍに達するまでは、安定した高い抵抗変化率が得られるが、１.０ｎｍを超えると、抵抗変化率が急激に低下する。つまり、犠牲膜の膜厚１．０ｎｍが臨界値となっている。
【００６１】
また、ボトム型のＧＭＲ素子（ＳＶ膜）、TＭＲ素子において、犠牲層は、薄ければバッファ層の構造を引き継ぐが、厚くしすぎるとバッファ層の構造を引き継ぐことができず、反強磁性層と隣接する犠牲層の表面に、バッファ層の構造が反映されないことになってしまう。このため、バッファ層を厚くしすぎると、反強磁性層の結晶構造が乱れ、やはりピンド層の安定性が低下してｄＭＲが低下する。図５において、犠牲膜の膜厚が１．０ｎｍを超え、ピン強度が低下すると、それが抵抗変化率の低下として現れるのはこのためである。
【００６２】
２．薄膜磁気ヘッド
図６は本発明に係る薄膜磁気ヘッドの媒体対向面側の平面図、図７は図６に示した薄膜磁気ヘッドの正面断面図、図８は図６、図７に示した薄膜磁気ヘッドの素子部分の拡大断面図である。何れの図面においても、寸法、プロポーション等は、図示の都合上、誇張さ
れまたは省略されている。
【００６３】
図示された薄膜磁気ヘッドは、スライダ基体５と、電磁変換素子４、３０とを含む。スライダ基体５は、例えば、アルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等のセラミック材料からなり、媒体対向面に浮上特性制御用の幾何学的形状を有している。そのような幾何学的形状の代表例として、実施例では、スライダ基体５の基底面５０に、第１の段部５１、第２の段部５２、第３の段部５３、第４の段部５４、及び、第５の段部５５を備える例を示してある。基底面５０は、矢印Ａで示す空気の流れ方向に対する負圧発生部となり、第２の段部５２及び第３の段部５３は、第１の段部５１から立ち上がるステップ状の空気軸受けを構成する。第２の段部５２及び第３の段部５３の表面は、ＡＢＳ１００となる。
【００６４】
第４の段部５４は、基底面５０からステップ状に立ち上がり、第５の段部５５は第４の段部５４からステップ状に立ちあがっている。電磁変換素子４、３０は第５の段部５５に設けられている。
【００６５】
電磁変換素子は、再生素子を構成するＭＲ素子３０と、記録素子４とを含む。記録素子４は、例えば、誘導型磁気変換素子であり、書込用磁極端がＡＢＳ１００に面している。記録素子４は、再生素子を構成するＭＲ素子３０と近接して配置され、保護膜４９によっ
て覆われている。
【００６６】
記録素子４は、下部磁極膜４１と、上部磁極膜４５と、記録ギャップ膜４２と、薄膜コイル４３、４７とを含む。下部磁極膜４１は上部磁極膜４５と磁気的に連結されている。記録ギャップ膜４２は下部磁極膜４１の磁極部分と、上部磁極膜４５の磁極部分との間に設けられている。薄膜コイル４３、４７は下部磁極膜４１及び上部磁極膜４５の間のインナーギャップ内の絶縁膜４８内に、絶縁された状態で配設されている。記録素子４は、上記形態に限定されず、種々の形態をとることができる。
【００６７】
図示実施例において、ＭＲ素子３０のほか、第１のシールド膜４６２、ギャップ膜４６１、第２のシールド膜４６３及び絶縁膜４６４を含み、これらは、記録素子４と、スライダ基体５との間に配置されている。第１のシールド膜４６２は、スライダ基体５に形成された絶縁膜４６０の上に設けられており、また、第２のシールド膜４６３と下部磁極膜４１との間には、絶縁膜４６４が配置されている。
【００６８】
ＭＲ素子３０は、底部側（ボトム側）及び表面側（トップ側）に、それぞれ、第１のシールド膜４６２及び第２のシールド膜４６３が隣接しており、周りがギャップ膜４６１によって埋められている。第１のシールド膜４６２及び第２のシールド膜４６３は、電極膜として兼用されている。従って、図示の実施例は、第１のシールド膜４６２及び第２のシールド膜４６３を通り、ＭＲ素子３０の膜面に対して電流を垂直に流すＣＰＰタイプとして動作する。これとは異なって、膜面に対して電流を平行に流すＣＩＰタイプであってもよい。
【００６９】
ＭＲ素子３０としては、図１、図３、図４に図示したＭＲ素子を用いることができる。図９は、図１に示したＭＲ素子を用いた場合の実施例であり、図１を参照して説明したＭＲ素子の作用効果を全て得ることができる。
【００７０】
ＭＲ素子３０の両側部には、磁区制御膜３４１、３４２が備えられている。磁区制御膜３４１、３４２は、硬磁性膜であってもよいし、反強磁性層と強磁性層との交換結合膜を利用したものであってもよい。磁区制御膜３４１、３４２と、ＭＲ素子３０の側面との間には、無機絶縁膜３３１、３３２が設けられており、電流が磁区制御膜３４１、３４２によってバイパスされることなく、ＭＲ素子３０を通って流れる。
【００７１】
３．磁気ヘッド装置
図１０は本発明に係る磁気ヘッド装置の正面図、図１１は図１０に示した磁気ヘッド装置の底面図である。図示された磁気ヘッド装置は、図６〜図９に示した薄膜磁気ヘッド４００と、ヘッド支持装置６とを含む。ヘッド支持装置６は、金属薄板でなる支持体６１の長手方向の一端にある自由端に、同じく金属薄板でなる可撓体６２を取付け、この可撓体６２の下面に薄膜磁気ヘッド４００を取付けた構造となっている。
【００７２】
具体的には、可撓体６２は、支持体６１の長手方向軸線と略平行して伸びる２つの外側枠部６２１、６２２と、支持体６１から離れた端において外側枠部６２１、６２２を連結する横枠６２３と、横枠６２３の略中央部から外側枠部６２１、６２２に略平行するように延びていて先端を自由端とした舌状片６２４とを有する。横枠６２３のある方向とは反対側の一端は、支持体６１の自由端付近に取付けられている。
【００７３】
支持体６１の下面には、例えば半球状の荷重用突起６２５が設けられている。この荷重用突起６２５により、支持体６１の自由端から舌状片６２４へ荷重力が伝えられる。
【００７４】
薄膜磁気ヘッド４００は、舌状片６２４の下面に接着等の手段によって取付けられている。薄膜磁気ヘッド４００は、ピッチ動作及びロール動作が許容されるように支持されている。
【００７５】
本発明に適用可能なヘッド支持装置６は、上記実施例に限定するものではなく、これまで提案され、またはこれから提案されることのあるヘッド支持装置を、広く適用できる。例えば、支持体６１と舌状片６２４とを、タブテープ（ＴＡＢ）等のフレキシブルな高分子系配線板を用いて一体化したもの等を用いることもできる。また、従来より周知のジンバル構造を持つものを自由に用いることができる。
【００７６】
薄膜磁気ヘッド４００は、図１、図３又は図４に示したＭＲ素子を有しており、従って、図１０、図１１に示した磁気ヘッド装置は、図１、図３及び図４を参照して説明した作用効果を奏する。
【００７７】
４．磁気記録再生装置
図１２は、図１０、図１１に示した磁気ヘッド装置を用いた磁気記録再生装置(磁気ディスク装置）の斜視図である。図示された磁気記録再生装置は、軸７０の回りに回転可能に設けられた磁気ディスク７１と、磁気ディスク７１に対して情報の記録及び再生を行う薄膜磁気ヘッド７２と、薄膜磁気ヘッド７２を磁気ディスク７１のトラック上に位置決めするためのアッセンブリキャリッジ装置７３とを備えている。
【００７８】
アセンブリキャリッジ装置７３は、軸７４を中心にして回動可能なキャリッジ７５と、このキャリッジ７５を回動駆動する例えばボイスコイルモータ(ＶＣＭ)からなるアクチュエータ７６とから主として構成されている。
【００７９】
キャリッジ７５には、軸７４の方向にスタックされた複数の駆動アーム７７の基部が取り付けられており、各駆動アーム７７の先端部には、薄膜磁気ヘッド７２を搭載したヘッドサスペンションアッセンブリ７８が固着されている。各ヘッドサスペンションアセンブリ７８は、その先端部に有する薄膜磁気ヘッド７２が、各磁気ディスク７１の表面に対して対向するように駆動アーム７７の先端部に設けられている。
【００８０】
駆動アーム７７、ヘッドサスペンションアッセンブリ７８及び薄膜磁気ヘッド７２が、図１０、図１１を参照して説明した磁気ヘッド装置を構成する。薄膜磁気ヘッド７２は、図１、図３又は図４に示したＭＲ素子を有しており、従って、図１２に示した磁気記録再
生装置は、図１、図３、図４を参照して説明した作用効果を奏する。
【００８１】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係るＭＲ素子の膜構造を示す図である。
【図２】局部電池の作用を説明する図である。
【図３】本発明に係るＭＲ素子の別の膜構造を示す図である。
【図４】本発明に係るＭＲ素子の更に別の膜構造を示す図である。
【図５】サンプル１〜１２のＭＲ変化率特性を示すデータである。
【図６】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの媒体対向面側の平面図である。
【図７】図６に示した薄膜磁気ヘッドの正面断面図である。
【図８】図６、図７に示した薄膜磁気ヘッドの素子部分の拡大断面図である。
【図９】図１に示したＭＲ素子を用いた場合の実施例である。
【図１０】本発明に係る磁気ヘッド装置の正面図である。
【図１１】図１０に示した磁気ヘッド装置の底面図である。
【図１２】図１０、図１１に示した磁気ヘッド装置を用いた磁気記録再生装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１０            バッファ層
１２０            犠牲層
１３０            反強磁性層
１４０            ピンド層
１５０            スペーサ層
１６０            フリー層
【図１】
2007251013.tif 000004
【図２】
2007251013.tif 000005
【図３】
2007251013.tif 000006
【図４】
2007251013.tif 000007
【図５】
2007251013.tif 000008
【図６】
2007251013.tif 000009
【図７】
2007251013.tif 000010
【図８】
2007251013.tif 000011
【図９】
2007251013.tif 000012
【図１０】
2007251013.tif 000013
【図１１】
2007251013.tif 000014
【図１２】
2007251013.tif 000015