(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性層であるフリー層と、磁性層であるピンド層と、これらの間に設けられた非磁性層と、前記フリー層の磁区制御を行なう永久磁石膜と、前記ピンド層に隣接して設けられた反強磁性体層とを備えるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドであって、  前記反強磁性体層として、ｆｃｔ構造のＰｔ２５Ｒｈ２５Ｍｎ５０合金を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
前記反強磁性体層が、ｆｃｔ構造における（１１１）面配向していることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
前記ピンド層の磁性体としてＦｅＣｏ合金を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気ヘッドに関し、更に詳細には、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、特開平４−３５８３１０号公報において提案されたものであり、このスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、磁性層であるフリー層と、磁性層であるピンド層と、これらの間に設けられた非磁性層およびピンド層に隣接して設けられた反強磁性体層を有し、磁性層の保磁力Ｈｃと、フリー層−ピンニング層間の交換相互作用エネルギーとの間の外部磁界で、磁性層間の磁化の反平行状態が誘導されるようにして、これにより大きな磁気抵抗変化を示すようにしたものである。
【０００３】
このようなスピンバルブ型磁気抵抗効果素子において、特開平９−３５２１２号公報においては、上記反強磁性体層の材料として、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎの何れかのＭｎ合金を用いることにより、耐蝕性を向上し、交換異方性磁界の温度変化の減少を図る技術が提案されている。
【０００４】
また、特開平９−８１９１５号公報においては、上記反強磁性体層の材料として、Ｐｄ−Ｍｎ−Ｒ耐蝕性材料（ＲはＩｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒのうち何れか一種）合金を用いることにより、耐蝕性を向上し、かつ反強磁性を付与するための処理温度を低くすることができる技術が提案されている。
【０００５】
また、特開平９−２３１５２５号公報においては、上記反強磁性体層の材料として、Ｃｒ−Ｍｎ合金を用い、反強磁性体層に接する強磁性体層にＣｏを用いることにより、高い交換異方性磁界を持ち、かつ交換異方性磁界の温度変化を減少する技術が提案されている。
【０００６】
さらにまた、日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．２２，ｐｐ．１２〜１８（１９９８）「スピンバルブ膜に用いられている反強磁性膜の現状」神保睦子には、反強磁性体膜の諸特性に関する現状が解説されている。
【０００７】
以上のような、反強磁性体層の材料において、高いネール温度、ブロッキング温度を持ち、これによってＨＤＤの高温動作すなわち１万４千回転程度までの高速回転動作が可能となることや、耐食性に優れている点などから、Ｐｔ−Ｍｎ合金が着目されている。しかしＰｔ50−Ｍｎ50合金を用いたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子では、反強磁性体層と強磁性体層との交換結合エネルギーの大きさが不十分であるために、十分な交換結合磁界（交換異方性磁界）が得られないため、満足できる十分な電気的出力が得られないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記したＰｔ−Ｍｎ合金の利点を損なうことなく、上記した交換結合エネルギーを増大することができるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、磁性層であるフリー層と、磁性層であるピンド層と、これらの間に設けられた非磁性層と、前記フリー層の磁区制御を行なう永久磁石膜と、前記ピンド層に隣接して設けられた反強磁性体層とを備えるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドであって、  前記反強磁性体層として、ｆｃｔ構造のＰｔ２５Ｒｈ２５Ｍｎ５０合金を用いたことを特徴とする磁気ヘッドに存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記反強磁性体層が、ｆｃｔ構造における（１１１）面配向していることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッドに存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記ピンド層の磁性体としてＦｅＣｏ合金を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ヘッドに存する。
【００１０】
【発明の作用・効果】
本発明によれば、反強磁性体層の材料として、Ｐｔ−Ｍｎ合金を用い、しかもその一部を、Ｒｈ，ＩｒおよびＲｕのうち少なくとも一種で上記した所定量置き換えることによって、交換結合エネルギーＥXCを増大させ、十分な交換異方性磁界Ｈua（交換結合磁界Ｈex）を得ることができる。具体的には、Ｐｔ25Ｒｈ25Ｍｎ50合金を反強磁性体層に用いた場合、交換結合エネルギーＥXCがＰｔ50Ｍｎ50を用いた場合に比べて約１５％増加する。
【００１１】
なお、上記の特開平９−３５２１２号公報には、反強磁性体層の材料として、Ｘ−Ｍｎ合金を用い、ＸとしてＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれか二種以上を用いる旨が開示されているが、上記金属をどのような比率とするか等については一切触れられておらず、また、本発明で望ましくないものとして排除したＰｄを含むものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
図１に本発明の好ましい構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の一例を概略斜視図で示す。
【００１３】
この図において、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子１０は、磁性層であるフリー層１２、磁性層であるピンド層１４、これらの層の間に配置された非磁性層１６、ピンド層１４上に積層され、ピンド層１４の磁化の向きを固定するための反強磁性体層１８、上記フリー層１２等に隣接して設けられ、フリー層１２の磁区を単磁区にするための一対の制御用永久磁石膜２０、および一対のシールド２２を備え、外部磁界すなわち媒体からの磁界により、フリー層１２の磁化の向きを回転させ、これによって生じるピンド層１４の磁化の向きとの角度変化に対応させて抵抗の変化を生じさせるものである。
【００１４】
上記フリー層１２およびピンド層１４を構成する磁性層の厚さは８〜２００A 程度であって、この厚さは互いに異なってもよい。また、これらの磁性層の保磁力Ｈｃは、通常０．０１〜１０Oe程度に設定される。非磁性層１６の厚さは１０〜４０A 程度で、上記フリー層１２、ピンド層１４および非磁性層１６の総厚は９０〜６００A 程度とするとすることが好ましい。
【００１５】
フリー層に用いる磁性層の種類はＮｉＦｅ、または２層構造で、ＮｉＦｅ／Ｃｏ，ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅＸ／Ｃｏ，ＮｉＦｅＸ／ＣｏＦｅ（Ｘ：添加元素），ＮｉＦｅ／ＣｏＹ，ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅＹ（Ｙ：添加元素）が好ましい。
【００１６】
ピンド層に用いる磁性層の種類はＮｉＦｅ，Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＹ（Ｙは添加元素）、または２層構造で、Ｃｏ／ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ（Ｃｏ，ＣｏＦｅはＣｕ側）が好ましい。
【００１７】
上記非磁性層は、フリー層とピンド層間の磁気相互作用を弱める役割をはたす材料であり、素子抵抗を減少させるために、導電率の高い金属非磁性体が好ましい。フリー層−ピンド層間の交換相互作用エネルギーは０．００１〜１００erg/cm2   程度とすることが好ましい。金属非磁性体としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕおよびこれらの合金が好ましい。
【００１８】
本発明に用いられる上記反強磁性体層は、その厚さが５０〜３００Ａ程度に設定されることが好ましい。
【００１９】
上記反強磁性体層は、Ｐｔy-x Ｒx Ｍｎ100-y 合金（ＲはＲｈ，ＩｒおよびＲｕのうち少なくとも一種で、ｘ＝５〜３０ａｔ％、ｙ＝４０〜６０ａｔ％）により形成される。
【００２０】
上記変数ｘ，ｙのうち、特にｘは次のようにして求めた。
【００２１】
Ｐｔ50Ｍｎ50合金と、Ｐｔ50Ｍｎ50合金の一部をＲｈに置き換えた系について、第一原理に基づくバンド計算を用い、結晶格子の大きさをパラメータとして反強磁性状態における系の全エネルギーを求めた。ここで、全エネルギーは、電子の運動エネルギーと原子・電子間のクーロン相互作用エネルギーの合計である。バンド計算では、シュレディンガー方程式に基づく近似手法を用いて、対象となる物質の電子状態を求める。
【００２２】
物質は多数の原子からなっており、さらに１つの原子は、原子核とその周りを囲む電子からなっており、ある１つの電子に着目すると、この電子は、原子核や他の多くの電子と複雑に影響し合っている。このため、ある１つの電子が、他の電子から受ける影響（多体効果）を近似なしに求めることは、ほとんど不可能である。
【００２３】
そこで、他の多数の電子との相互作用を外力として平均化してしまい、一つの電子についてシュレディンガー方程式を解き、これらの解の重ね合わせで、多電子の電子状態を表現するという近似が行われる。（一電子近似）
【００２４】
上記の相互作用は、密度汎関数法による局所密度近似という手法で行われる。密度汎関数法とは、電子状態を電子密度（波動関数の重ね合わせ）で表現することであり、スピンを含む電子の多体効果は局所密度近似（電子密度の関数で表現される）を用いて表現する。
【００２５】
ここまでは、各種バンド計算手法に共通である。異なるのは、電子密度をどのような関数で表現するかという点である。今回の計算で用いたＬＭＴＯ(Linear-Muffin-tin-orbital)法では、波動関数を球面波で表している。
【００２６】
反強磁性状態における系の全エネルギーＥFMが最小になる結晶格子の大きさを格子定数とし、この格子定数で、反強磁性状態と強磁性状態のエネルギー差ＥXC（ＥXC＝ＥFM−ＥAF）を求めた。
【００２７】
Ｍｎの組成比を５０at％とし、添加元素（Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ）の組成比を０〜５０at％で変化させた場合における交換結合エネルギーＥXCの変化を図２のグラフに示す。５at％以上のＲｈ置換で、置換前に比べてＥXCが単調に増加している。しかし、Ｒｈの組成比が３０at％以上となった場合、ＰｔＭｎの結晶構造であるｆｃｔ（フェースセンターテトラゴナル）構造を保てない可能性が高いか、または結晶中のＭｎの配置が規則性を保てない可能性が高い。ｆｃｔ構造であることを前提に計算した本図でのＲｈ50Ｍｎ50合金の結果は、無効である。このことは、上記日本応用磁気学会誌の神保睦子氏の論文でＲｈ−Ｍｎ２元系の交換結合磁界がＲｈ20Ｍｎ80で最大でＲｈ50Ｍｎ50では零となっていることからも裏付けられる。
【００２８】
ＥXCを交換結合エネルギーとして、各種Ｒｈ比について、交換結合エネルギーＨXCを求めたところ、Ｐｔの一部をＲｈに置換することによって交換結合エネルギーの増加が認められた。交換エネルギーが増加すると、反強磁性体と強磁性体間に働く交換異方性磁界が増加するため、その結果、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の電気的出力が増加する効果が得られた。
【００２９】
また、得られたＥXCの値に基づき、下記式から変換異方性磁界Ｈuaを求めた。その結果を図３のグラフに示した。
【００３０】
Ｈua＝｛（ＥXC−０．１７７１１）／０．０１２４７３｝×２２０＋５００
この式は、上記日本応用磁気学会誌の論文の記述中における２つの実験結果（ＰｔＭｎのＨua＝５００Oe、Ｐｄ30Ｐｔ20Ｍｎ50のＨua＝２８０Oeから導き出した。
【００３１】
このグラフからわかるように、ＥXCの増大に伴いＨuaが増大していることがわかる。
【００３２】
本発明において、反強磁性体として用いる合金は、上記したようにｆｃｔ構造で、（１１１）面配向していることが好ましい。このような構造のとき、本発明の上記効果を好ましく発揮することができる。このような構造の確認は、例えば、ＴＥＭ解析によって行うことができる。
【００３３】
永久磁石膜の厚さは、５０〜１５００Ａ、特に１００〜１０００Ａであることが好ましい。永久磁石膜の厚さが上記より小さいと、保磁力が低下し、上記磁区制御が有効に行えなくなり、大きいと、素子の出力が低下する。
【００３４】
また、永久磁石膜の残留磁化は、１００〜１０００ｅｍｕ／ｃｍ3 程度であることが好ましい。この範囲で、上記膜厚の範囲とあいまって、十分な磁区制御と素子出力を得ることができる。
【００３５】
そして、上記の永久磁石膜は、例えば、ＣｏＰｔ，ＣｏＰｔＣｒ，ＣｏＰｔＴａＣｒ，ＳｍＣｏなどで構成される。
【００３６】
なお、各層の成膜は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）やスパッタや蒸着によればよい。
【００３７】
そして、上記シールド２２は、例えば、パーマロイ、センダスト、Ｃｏ系アモルファス合金（ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＭｏなど）、ＦｅＺｒＮ，ＦｅＴａＮおよびこれらにＣｒ等の微量添加元素を加える等で、厚さ１〜４μm 程度に形成される。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
反強磁性体層Ｐｔ25Ｒｈ25Ｍｎ50（５５μｍ）−ピンド層ＦｅＣｏ（２０μｍ）−非磁性層Ｃｕ（３０μｍ）−フリー層Ｎｉ−Ｆｅ（６０μｍ）の層構成で、ＭＲ膜を形成した。上記反強磁性体層の結晶構造をＴＥＭ解析で調べたところ、ｆｃｔ構造で、（１１１）面配向していた。トラック幅は１μｍとした。また、磁区制御永久磁石の残留磁化７５０ｅｍｕ／ｃｍ3 の永久磁石材料を選択し、その厚さを９１A となるように、上記ＭＲ膜に隣接して、上記磁石材料で上記の厚さの永久磁石膜を形成した。このように形成されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子に常法により配線等を施し、実施例の磁気ヘッドを構成し、この磁気ヘッドで、スピンスタンドを用い、回転数７２００ｒｐｍの記録媒体に、１０ｋＦＣＩの信号を最適記録電流で記録し、出力状態を測定した。また、比較例として、反強磁性体層をＰｔ50Ｍｎ50で形成した他は、上記実施例の磁気ヘッドと同様にして、比較例の磁気ヘッドを作製し、これについても同様に出力状態を測定したところ、実施例の磁気ヘッドでは、比較例の磁気ヘッドに比べて、出力強度が１５％程度向上した。
【００３９】
以上により、本発明の効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気ヘッドに用いられるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の一例を示す概略斜視図である。
【図２】Ｐｔy-x Ｒx Ｍｎ100-y において、ｘを０〜５０ａｔ％の範囲で変化させた場合の交換結合エネルギーＥXCの変化の状態を示すグラフ図である。
【図３】図１に示された交換結合エネルギーＥXCの値から求められた交換異方性磁界Ｈuaの変化の状態を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０  スピンバルブ型磁気抵抗効果素子
１２  フリー層
１４  ピンド層
１６  非磁性層
１８  反強磁性層
２０  永久磁石膜
２２  シールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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