(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性膜と、前記強磁性膜に一方向異方性を発現させるために、前記強磁性膜に接するように積層された、反強磁性膜と、を有し、
前記反強磁性膜は、結晶構造が体心立方構造である結晶粒の結晶格子が、膜面方向の特定の軸が伸長する方向に歪んでおり、
前記結晶粒は、
ＣｒＭｎにＰｔ元素を添加した合金を含み、
歪みを生じる前の前記結晶構造の格子定数が、前記強磁性膜を構成する結晶粒の格子定数よりも小さいか、もしくは同等の材料からなること
を特徴とする磁気トランスデューサー。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気トランスデューサーにおいて、前記特定の軸は、前記一方向異方性の方向と一致することを特徴とする磁気トランスデューサー。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気トランスデューサーにおいて、前記反強磁性膜に含まれる前記結晶粒の歪んでいない状態の結晶構造は、前記強磁性膜に含まれる結晶粒の結晶構造と同じであることを特徴とする磁気トランスデューサー。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気トランスデューサーにおいて、前記結晶粒は、熱処理、光照射、加圧、振動、電流印加のうちの少なくとも一つの処理を受けることにより、自発的に前記歪みを生じる材料からなることを特徴とする磁気トランスデューサー。
【請求項５】
請求項１に記載の磁気トランスデューサーにおいて、前記添加される元素は、その量が、前記ＣｒＭｎの２０ａｔ％以下であることを特徴とする磁気トランスデューサー。
【請求項６】
請求項１に記載の磁気トランスデューサーにおいて、前記特定の軸は、ｃ軸であることを特徴とする磁気トランスデューサー。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気トランスデューサーにおいて、前記反強磁性膜が接している側の反対側から前記強磁性膜に接するように積層された非磁性膜と、前記非磁性膜に積層された第２の強磁性膜と、前記強磁性膜と前記非磁性膜と前記第２の強磁性膜に電流を流すための電極とを有することを特徴とする磁気トランスデューサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向異方性を利用した磁気トランスデューサーに関し，該磁気トランスデューサーと該磁気トランスデューサーを使用し情報を読み書きする磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ効果または巨大磁気抵抗効果と呼ばれる磁気抵抗効果を利用した磁気トランスデューサー（以下スピンバルブセンサーとも称す。）が知られている。スピンバルブ効果とは、２枚の磁性層の間に非磁性層を挟んだ積層構造の電気抵抗の変化が、非磁性層を介した磁性層間における伝導電子のもつスピンに依存した電気伝導，及び，それに付随する層界面でのスピン依存性散乱に帰する効果である。欧州特許ＥＰ−４９０６０８Ａ２号公報等に記載されている代表的なスピンバルブセンサーは、基板側から順に、第２の強磁性膜、非磁性膜、第１の強磁性膜、反強磁性膜を積層した積層構造を用いる。
【０００３】
第１の強磁性膜の磁化方向は、外部印加磁場ゼロの状態で、第２の強磁性膜の磁化方向と垂直になるように固定されている。この磁化方向の固定は、隣接する反強磁性膜と第１の強磁性膜との界面で発生する交換結合によって、第１の強磁性膜に一方向異方性を付与することによりなされている。一般に、第１の強磁性膜は、固定層と呼ばれ、本明細書においても固定層なる表現を用いることにする。固定層の代表的な磁化の固定方向は、浮上面に対して垂直な方向である。
【０００４】
一方、第２の強磁性膜の磁化方向は固定されておらず、外部磁場によって自由に回転することができるために、自由層と呼ばれている。スピンバルブセンサーでは、磁性媒体から発生する磁場を印加磁場として、この磁場に応じて自由層の磁化方向が自由に回転する。これにより、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向のなす角度に変化が生じ、この角度の変化に応じて電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を検出することにより、記録媒体からの磁気的信号を電気的信号に変換することができる。
【０００５】
また、上述の反強磁性膜としては、代表的な材料として、米国特許第４１０３３１５号公報に面心立方晶構造を有する不規則層のＦｅＭｎ合金が開示されている。
【０００６】
また、特開平６−７６２４７号公報には、反強磁性膜として体心正方晶構造を有するＭｎ合金が示されている。具体的には、ＮｉＭｎ（Ｍｎ量４６〜６０ａｔ％）、ＭｎＰｔ（Ｍｎ量３３〜６０ａｔ％）、およびＭｎＲｈ（Ｍｎ量５０〜６５ａｔ％）合金が列挙されている。
【０００７】
また、特開昭５４−１０９９７号公報には、強磁性ＮｉＦｅ合金膜と反強磁性ＦｅＭｎ合金膜との交換結合が一方向異方性を生じ、ＮｉＦｅ合金膜の磁化曲線を原点から磁場軸の方向にシフトさせることが開示されている。
【０００８】
また、特開平９−２３１５２５号公報には、面心立方晶構造を有するＣｏ系強磁性膜と、体心立方晶よりわずかに歪んだ結晶構造を有するＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との磁性積層膜（交換結合膜）が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
スピンバルブセンサーの固定用強磁性膜と反強磁性膜との交換結合膜には，
（１）反強磁性膜が高耐食性を示すこと，
（２）大きな一方向異方性を有すること（高結合磁界），
（３）高ブロッキング温度を示すこと，
（４）反強磁性膜が高比抵抗を有すること，
（５）反強磁性膜を高交換結合特性を維持しつつ薄膜化できること，
（６）結合磁界を得るための熱処理温度が低いことが望まれる。ここで，ブロッキング温度とは，結合磁界の消失する温度と定義される。また、結合磁界は、強磁性膜と反強磁性膜交換結合との交換結合により、強磁性膜の磁化曲線にシフト原点からのシフトのシフト量をいう。
【００１０】
上記特開平９−２３１５２５号公報によれば，面心立方晶をもつCo系強磁性膜と体心立方晶よりわずかに歪んだ結晶構造を有するCrMnPt反強磁性膜との交換結合膜は，上記（１）から（６）の条件を全て満足すると開示されている。しかし，将来，ギャップ間隔が狭くなったときに（狭ギャップ化）備えるには，この反強磁性膜をできるだけ薄くする必要があり，同公報により達成された技術では反強磁性膜の薄膜化は技術的に困難であるという問題に直面している。
【００１１】
本発明は、強磁性膜と、この強磁性膜に一方向異方性を発現させるための反強磁性膜とを有する磁気トランスデューサーであって、反強磁性膜の膜厚を薄くすることのできる磁気トランスデューサーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような磁気トランスデューサーが提供される。
【００１３】
すなわち、強磁性膜と、前記強磁性膜に一方向異方性を発現させるために、前記強磁性膜に接するように積層された、反強磁性膜と、を有し、
前記反強磁性膜は、結晶構造が体心立方構造である結晶粒の結晶格子が、膜面方向の特定の軸が伸長する方向に歪んでおり、
前記結晶粒は、ＣｒＭｎにＰｔ元素を添加した合金を含み、
歪みを生じる前の前記結晶構造の格子定数が、前記強磁性膜を構成する結晶粒の格子定数よりも小さいか、もしくは同等の材料からなることを特徴とする磁気トランスデューサーである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
まず、本発明の一実施の形態の磁気トランスデューサーについて図１２を用いて説明する。
【００１６】
図１２の磁気トランスデューサーは、基板１００上に、順に積層された、強磁性膜（自由層）１２１、非磁性膜１２２、強磁性膜（固定層）１０１、反強磁性膜１０２を備えている。これらの積層膜の両脇には、これらの積層膜に検出電流を流すための電極１２５が配置されている。強磁性膜（自由層）１２１の磁化１２７は、外部磁場（記録媒体からの磁場）が印加されていない状態で、電極１２５の間隔方向に平行に向けられている。この強磁性膜（自由層）１２１の磁化１２７は、外部磁場の向きに対応して、膜面内で自由に回転する。非磁性膜１２２は、強磁性膜（自由層）１２１と強磁性膜（固定層）１０１とを分離するために配置されている。強磁性膜（固定層）１０１は、反強磁性膜１０２によって一方向異方性を付与される。これにより強磁性膜（固定層）１０１の磁化１２８は、電極１２５の間隔方向と垂直な方向に固定されている。
【００１７】
なお、ここでいう一方向異方性とは、膜面内３６０゜の方向の中で一つの方向にのみ磁化容易軸が存在している状態である。通常、膜中に単一方向に拘束されたスピンが存在する場合に生じる誘導磁気異方性の一種である。
【００１８】
図１２の構成の磁気トランスデューサーは、通常、スピンバルブセンサと呼ばれ、電極１２５の検出電流から、強磁性膜（自由層）１２１、非磁性層１２２、強磁性膜（固定層）１０１の電気抵抗が変化を検出することにより、外部磁場による強磁性膜（自由層）１２１の磁化１２７の回転を検出することができる。
【００１９】
強磁性膜（自由層）１２１は、ここではＮｉＦｅ膜を用いるが、通常の強磁性膜を用いることができる。非磁性層１２２は、Ｃｕ膜を用いるが、非磁性金属膜であればＣｕ膜以外の膜でもよい。
【００２０】
反強磁性膜１０２としては、ＣｒＭｎに、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｒのうちの少なくとも一つの元素を、２０原子％以下の範囲で添加した合金の膜を用いる。ここでは、反強磁性膜１０２として、ＣｒＭｎＰｔ膜を用いる。これらの反強磁性合金を反強磁性膜１０２として用いるのは、これらの合金を磁場中で熱処理すると、自発的に結晶構造が歪む性質を有しており、この自発的な歪みにより、強磁性膜１０１に対して大きな一方向異方性を発現させることができる。
【００２１】
強磁性膜（固定層）１０１としては、通常の強磁性材料膜を用いることができるが、望ましくは、この上に形成される反強磁性膜１０２である体心立方晶のＣｒＭｎＰｔ膜が、（１１０）面を膜面方向に配向させて成長する強磁性膜であることが望ましい。そのため、強磁性膜（固定層）１０１としては、体心立方格子を有するＦｅ系合金膜あるいはＣｏ系合金膜であることが望ましく、どのような濃度比で組成を構成していても良い。さらに望ましくはＦｅ系の合金膜かＣｏ系の合金膜に、Ａｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕなどの貴金属元素を数原子％添加した合金膜が良好である。添加量は、最大でも２０ａｔ％が望ましい。ここでは代表例として、強磁性膜（固定層）１０１を、ＣｏＦｅ30Ａｕx膜（Ｘ＝６、９）またはＦｅＣｏ30Ｎｉ15膜とする。また、体心立方構造以外の強磁性膜（固定層）１０１としては、膜面方向に（１１１）面が配向して成長した面心立方晶のＣｏ膜を用いることができる。この場合にも、強磁性膜（固定層）１０１の上に（１１０）面が膜面方向に配向したＣｒＭｎＰｔ膜（反強磁性膜１０２）が成長する。
【００２２】
なお、基板１００としてはガラスを用いる。
【００２３】
強磁性膜（固定層）１０１および強磁性膜（自由層）１２１の膜厚は、いずれも１〜５ｎｍである。非磁性膜１２２の膜厚は１〜３ｎｍである。反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の膜厚は１０ｎｍとした。
【００２４】
つぎに、図１２の磁気トランスデューサーを製造する手順について簡単に説明する。まず、ガラス基板１００上に強磁性膜（自由層）１２１、非磁性層１２２、強磁性膜（固定層）１０１、反強磁性層１０２、ならびに、電極１２５をスパッタリング法により成膜する。強磁性膜（自由層）１２１，強磁性膜（固定層）１０１，反強磁性膜１０２を成膜する際には、磁場を印加し、磁場中成膜とする。印加する磁場の方向は、強磁性膜（自由層）１２１の成膜時には電極１２５の間隔方向（図１２の磁化１２７の方向）、強磁性膜（固定層）１０１および反強磁性層１０２の成膜時には、電極１２５の間隔方向に垂直な方向（図１２の磁化１２８の方向）にする。
【００２５】
成膜後の反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）は、各結晶粒が体心立方構造の多結晶膜であり、各結晶粒は、膜面方向に（１１０）面が配向している。よって、各結晶粒のｃ軸（（００１）面の面間隔ｄ001）の方向は、膜面方向である。
【００２６】
成膜後、反強磁性膜１０２および強磁性膜１０１に、これらの成膜時と同じ方向の磁場を印加しながら熱処理を施す。ここでは、２３０度で３時間磁場中熱処理を施した。これにより、反強磁性膜１０２は、自発的に結晶構造が、ｃ軸（（００１）面の面間隔ｄ001の方向）に伸長する方向に歪む。これに伴い、強磁性膜１０１は、熱処理中の印加磁場の方向に大きな一方向異方性を発現し、強磁性膜１０１の磁化は、その方向に固定される。
【００２７】
以下、反強磁性膜１０２および強磁性膜１０１に、大きな一方向異方性が生じるメカニズムについて説明する。
【００２８】
発明者らは、図１のように基板１００上に直接、強磁性膜（固定層）１０１、反強磁性膜１０２を積層した試料を作製し、一方向異方性のメカニズムについて調べた。
【００２９】
図１の試料の作製方法としては、まず、膜面に平行な一方向の磁場を印加しながら、図１の積層膜をスパッタリング法により成膜した。強磁性膜１０１には体心立方晶を有するＣｏＦｅ30ＡｕX（原子％）を用いた。この膜は、Ａｕ組成Ｘの値を変えることによって、この強磁性膜１０１の格子定数を変化させることができ、Ｘが大きいほど格子定数は大きくなる。本実施の形態では、強磁性膜１０１を、ＣｏＦｅ30Ａｕ6膜とした試料と、ＣｏＦｅ30Ａｕ9膜とした試料を用意した。なお、Ｘの値を変える方法として、スパッタリングを行う際に、ターゲット表面に一辺１ｃｍの正方形のＡｕ製の金属片（チップ）を置く方法をとった。本実施の形態においては，Ｘ＝６の膜を成膜する場合には、Ａｕチップを２４枚置き、Ｘ＝９の膜を成膜する場合には、３６枚置いた。
【００３０】
また、反強磁性膜１０２は、ＣｒＭｎＰｔ膜とした。
【００３１】
成膜直後の強磁性膜１０１および反強磁性膜１０２の結晶構造をＸ線回折法によって確認したところ、強磁性膜は、体心立方晶であった。また、反強磁性膜１０２は、各結晶粒が体心立方晶か、もしくは、体心立方晶からわずかに歪んだ結晶構造の多結晶であった。反強磁性膜１０２の結晶構造が、体心立方晶からわずかに歪んでいる結晶があったのは、成膜後の急冷時に、下地膜の強磁性膜１０１との格子間隔の不整合により、応力を受けたためであると考えられる。なお、強磁性膜１０１および反強磁性膜１０２は、いずれも、（１１０）面が膜面方向に一致するように配向していた。
【００３２】
成膜後、試料に磁場中熱処理を施した。これは、上述したように、ＣｒＭｎＰｔ膜を自発的に歪ませ、一方向異方性を発現させるためである。磁場中熱処理の温度は２３０℃とし、時間は３時間とした。磁場の方向は、成膜時に印加した磁場の方向と一致させた。
【００３３】
磁場中熱処理後の反強磁性膜１０２の歪みの方向を調べたところ、膜厚方向に収縮し、膜面内方向に伸長していた。上述のように、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）は、（１１０）面が膜面方向に一致するように配向している。したがって、（１１０）面の面間隔ｄ110は収縮し、膜面に垂直な（００１）面の面間隔ｄ001（ｃ軸）ならびに膜面から６０゜傾いた（１０１）面の面間隔ｄ101は、伸長しているはずである。そこで、これをＸ線回折法により確認した。
【００３４】
まず、面間隔ｄ001の伸長を具体的に表す指標としてＥを導入する。ＣｒＭｎＰｔ（１１０）面の面間隔ｄ110と、（１１０）面に対して約６０゜傾斜した（１０１）面の面間隔ｄ101と、（００１）面の面間隔ｄ001（ｃ軸）との関係は、図３のように表すことができる。図３は、逆格子空間中での各方位の面間隔の逆数の対応関係を示している。図３のように、逆格子空間中での１／ｄ110と１／ｄ101とのなす角は、６０゜の関係になる。ここで、膜面内方向の格子定数の変化の大きさを定量的に示す指標として、Ｅ（％）を定義する。Ｅ（％）は、磁場中熱処理後のｄ001（ｃ軸）が、熱処理前に比較してどれだけ伸長したかを示す。すなわち、図３は、ＣｒＭｎＰｔのｄ001（ｃ軸）の格子定数がＥ％だけ面内方向に伸び、体心立方格子の対称性からずれていることを示している。なお、図３は、逆格子空間のため、Ｅを逆数で表されている。
【００３５】
図１の試料（ガラス基板１００／強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜））について、成膜後（ａｓ−ｄｅｐｏ．）と磁場中熱処理後に、上記ＣｒＭｎＰｔ膜のｄ001（ｃ軸）の格子定数の伸びＥ％をＸ線回折法により測定した。その結果、Ｘ＝６の試料は、ａｓ−ｄｅｐｏ．の状態でＥ＝０（％）、磁場中熱処理後ではＥ＝２（％）であった。一方、Ｘ＝９の試料は、ａｓ−ｄｅｐｏ．の状態でＥ＝約０．５（％）、磁場中熱処理後ではＥ＝約２．５（％）にも達していた。これにより、磁場中熱処理後の反強磁性膜（ＣｒＭｎＰｔ膜）は、自発歪みにより体心立方晶よりもｄ001（ｃ軸）方向に正に歪んでいることが確認できた。
【００３６】
つぎに、これらの試料（ガラス基板１００／強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜））について、ａｓ−ｄｅｐｏ．および磁場中熱処理後の一方向異方性Ｋｅを測定した。その結果を図２に示す。Ｘに関わらずａｓ−ｄｅｐｏ．においての一方向異方性Ｋｅは、０．０６ｅｒｇ／ｃｍ2であり、小さな一方向異方性しか得られなかった。一方、２３０゜３時間の磁場中熱処理後の一方向異方性Ｋｅは、Ｘ＝６の試料でＫｅ＝０．１７ｅｒｇ／ｃｍ2、Ｘ＝９の試料でＫｅ＝０．１８ｅｒｇ／ｃｍ2と増大していた。この熱処理後の一方向異方性Ｋｅの値は、図１２に示したスピンバルブセンサ型磁気トランスデューサーの強磁性膜（固定層）１０１の磁化の固定に用いる一方向異方性Ｋｅの値として実用基準値を大きく上回る値である。例えば、「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．１７９，  Ｎｏ．３，ｐｐ．１６０４−１６１０（１９９６）」に開示されているガラス／ＮｉＯ／ＮｉＦｅ膜により、一方向異方性Ｋｅとして約０．０９ｅｒｇ／ｃｍ2程度が報告されており、同文献によれば、このＫｅの大きさで十分実用に耐えると開示されている。本実施の形態の上記試料で得られている一方向異方性Ｋｅの値は、この値を大きく上回っており、十分実用に耐えられると考えられる。
【００３７】
また、ガラス基板１００／強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜６ｎｍ）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の構成で磁場中熱処理後の試料について、一方向異方性Ｋｅの温度依存性を調べた。その結果を図１０、図１１に示す。Ｘ＝６の試料も、Ｘ＝９の試料も、一方向異方性Ｋｅは、温度が１５０℃を越える付近から減少し、約３５０℃で消失することがわかった。これにより、この試料のブロッキング温度は約３５０℃と高い温度であることがわかった。
【００３８】
以上のことから、反強磁性膜１０２として、磁場中熱処理によって自発歪みを生じるＣｒＭｎＰｔ膜を用いることにより、強磁性膜（固定層）１０１の磁化方向を強い一方向異方性で固定することのでき、しかも、ブロッキング温度の高いる磁気トランスデューサーが得られることがわかった。
【００３９】
なお、本実施の形態の反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）は、多結晶膜であり、各結晶粒の（１１０）面が膜面方向に一致するように配向していた。また、ｃ軸（ｄ001）の向きは、結晶粒ごとに異なり、膜全体としてはランダムであった。各結晶粒は、それぞれｃ軸（ｄ001）方向に伸長するように歪んでいた。よって、歪みの向きは、膜全体としてみるとランダムである。しかしながら、本実施の形態では、熱処理中に磁場を印加している方向に大きな一方向異方性を生じさせることができた。これらのことを考慮すると、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の各結晶粒のｃ軸が一方向にそろっていることがより望ましく、その場合には、さらに大きな一方向異方性を期待できる。よって、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の成膜条件を整える等して、各結晶粒のｃ軸（ｄ001）方向が一致した多結晶反強磁性膜１０２を成膜するか、もしくは、単結晶の反強磁性膜１０２とすることが望ましい。
【００４０】
つぎに、上述の格子定数の伸びＥを、大きくすることについて検討する。
【００４１】
上述の試料（ガラス基板１００／強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜））の測定結果では、ａｓ−ｄｅｐｏ．の状態で測定したＥの大きさが、Ｘの値で異なっている。すなわち、Ｘ＝６の試料ではＥ＝０であるのに対し、Ｘ＝９の試料ではＥ＝約０．５となっている。これは、次のような理由であると考えられる。
【００４２】
この試料の強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜）の格子定数は、Ｘの値によって異なる。そのため、Ｘ＝６の場合の強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜）の格子定数は、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の格子定数とほぼ一致しているが、Ｘ＝９の場合は、強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜）の格子定数の方が反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の格子定数よりも大きくなる。そのため、ａｓ−ｄｅｐｏ．の状態でＸ＝６の場合は、Ｅ＝０であるのに対し、Ｘ＝９の場合は、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）のｃ軸の格子定数（ｄ001）が、強磁性膜１０１のｃ軸の格子定数（ｄ001）によって応力を受けてわずかに伸びることにより、Ｅ＝約０．５となっていると考えられる。
【００４３】
このことは、強磁性膜１０１の格子定数が、反強磁性膜１０２の格子定数よりも小さい場合には、反強磁性膜１０２の格子定数を縮ませる方向に応力が生じることを意味している。したがって、磁場中熱処理によって生じる反強磁性膜１０２の自発的歪みＥを、より大きくするためには、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２の格子定数の不一致による応力が、反強磁性膜１０２の自発歪みを妨げないようにすることが望ましい。
【００４４】
そこで、これを確認するために、図１の構成の試料であって、強磁性膜１０１をＦｅＣｏ30Ｎｉ15膜とした試料を作製した。反強磁性膜１０２は、ＣｒＭｎＰｔ膜を用いた。すなわち、試料の積層構造を、ガラス基板／強磁性膜１０１（ＦｅＣｏ30Ｎｉ15膜）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）とした。ＦｅＣｏ30Ｎｉ15の格子定数ｃは、反強磁性膜１０２の格子定数ｃよりも小さい。この試料のａｓ−ｄｅｐｏ．と２３０℃３時間の磁場中熱処理後のＥの値を測定したところ、図４のように、ａｓ−ｄｅｐｏ．では、Ｅ＝−０．２５％と負の値であった。一方、磁場中熱処理後は、Ｅ＝１．２７％となった。このことから、反強磁性膜１０２が、格子定数の小さい強磁性膜１０１から格子定数を収縮させる方向の応力を受けていることが確認できた。なお、ａｓ−ｄｅｐｏ．でのｄ110およびｄ101は、それぞれ２．０８Å、２．０８（２．０７６）Åであった。磁場中熱処理後のｄ110およびｄ101は、それぞれ２．０７Å、２．０９Åであった。
【００４５】
これらのことから、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２の格子定数の不一致による応力と、反強磁性膜１０２の自発歪みとの関係は、つぎのように表すことができる。
【００４６】
強磁性膜１０１の格子定数の大きさに関わらず、磁場中熱処理による反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の自発歪みは、ｃ軸方向について正の方向に働く。強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２の格子定数の不一致により反強磁性膜１０２が受ける応力は、強磁性膜１０１の格子定数と反強磁性膜１０２の格子定数との関係による。したがって、磁場中熱処理により発現する反強磁性膜１０２の格子歪みは、強磁性膜１０１の格子定数が反強磁性膜１０２の格子定数よりも小さい場合、同等の場合、大きい場合の３つの場合で発現の仕方が異なる。
【００４７】
強磁性膜１０１の格子定数ｃが反強磁性膜の格子定数ｃよりも小さい場合、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）が格子定数の不一致により強磁性膜１０１から受ける応力（以下、格子間拘束力の圧力ともいう）は、格子定数を収縮させる方向（負の方向）に働き、反強磁性膜１０２の自発歪みを妨げる。また、この応力の大きさは、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２との界面において最も大きく、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の膜厚が厚くなるにしたがって減少する。これに対し、自発歪みは、膜厚によらず一定であるため、反強磁性膜１０２の結晶のｃ軸方向には、図７のように自発歪みの圧力と格子間拘束力の圧力との和の圧力が加わり、Ｅは、膜厚が薄い部分では負に、膜厚が厚くなるに従って正に転じる。これは、ガラス基板／強磁性膜１０１（ＦｅＣｏ30Ｎｉ15膜１５ｎｍ）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜２０ｎｍ）の試料の場合に相当する。
【００４８】
つぎに、強磁性膜１０１の格子定数ｃが、反強磁性膜１０２の格子定数ｃとほとんど同じ場合、格子間拘束力の圧力は無視できる範囲となる。このとき、反強磁性膜１０２の自発歪みの方向は正であり、膜厚方向についても一定であるため、反強磁性膜１０２の歪みＥは、図８のように、界面から膜厚方向に常に正で一定の大きさになる。これは、上述のガラス基板１００／強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜６ｎｍ）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜１０〜５０ｎｍ）の試料（Ｘ＝６）の場合に相当する。
【００４９】
また、強磁性膜１０１の格子定数ｃが、反強磁性膜１０２の格子定数ｃよりも大きい場合、格子間拘束力の圧力は、図９のように、反強磁性膜１０２の格子定数ｃを伸長させる方向（正の方向）に働く。また、この応力の大きさは、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２との界面において最も大きく、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の膜厚が厚くなるにしたがって減少する。これに対し、自発歪みは、膜厚によらず一定である。よって、反強磁性膜１０２の結晶のｃ軸方向には、図９のような自発歪みの圧力と格子間拘束力の圧力との和の圧力が加わり、Ｅは、膜厚が薄い部分ほど大きく、膜厚が厚くなるに従って減少し、一定となる。これは、上述のガラス基板１００／強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜６ｎｍ）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜１０〜５０ｎｍ）の試料（Ｘ＝９）の場合に相当する。
【００５０】
これらのことから、膜厚の薄い反強磁性膜１０２により、大きな一方向異方性Ｋｅを得るためには、図９のように強磁性膜１０１の格子定数ｃが、反強磁性膜１０２の格子定数ｃと同等、もしくは大きくなるように、強磁性膜１０１および反強磁性膜１０２の材料を選択することが望ましいことがわかる。強磁性膜１０１の格子定数ｃが、反強磁性膜１０２の格子定数ｃと同等、もしくは大きいことを具体的な数値でしめすならば、強磁性膜１０１の格子定数ｃの反強磁性膜１０２の格子定数ｃに対する差が、反強磁性膜１０２の格子定数ｃの±０．２％未満で一致するか、もしくは、０．２％以上大きいことが望ましい。
【００５１】
実際に、ガラス基板１００／強磁性膜１０１（ＣｏＦｅ30ＡｕX膜６ｎｍ）／反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）でＸ＝６とし、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の膜厚を１０〜１００ｎｍに変化させた試料を用意し、一方向異方性Ｋｅを測定した結果を図５に示す。また、同様の構成でＸ＝９とし、反強磁性膜の膜厚を試料について、反強磁性膜１０２（ＣｒＭｎＰｔ膜）の膜厚を１０〜１００ｎｍに変化させた結果を図６に示す。
【００５２】
強磁性膜１０１の格子定数ｃが、反強磁性膜１０２の格子定数ｃとほとんど同じになる、Ｘ＝６の試料では、図５のように、ａｓ−ｄｅｐｏ．の場合、反強磁性膜１０２の膜厚を大きくするに従って、膜厚１８ｎｍ程度までは増加し、以降の膜厚変化に対しては一定の値０．０７ｅｒｇ／ｃｍ2を示す。
【００５３】
一方、強磁性膜１０１の格子定数ｃが、反強磁性膜１０２の格子定数ｃより大きい、Ｘ＝９の試料では、図６のように、ａｓ−ｄｅｐｏ．の場合、反強磁性膜１０２の膜厚２０ｎｍまでは増加し、膜厚２０ｎｍで最大値０．０８ｅｒｇ／ｃｍ2をとり、膜厚が更に増加するとＫｅはゆっくりと減少する。
【００５４】
図５、図６のａｓ−ｄｅｐｏ．の一方向異方性Ｋｅの変化は、図８、図９のグラフの格子間拘束力の膜厚依存性を反映している。
【００５５】
また、図５、図６の結果では、ａｓ−ｄｅｐｏ．の場合、安定な一方向異方性を得るための反強磁性膜１０１の最小膜厚は、図５の１８ｎｍとなるが、このときの一方向異方性Ｋｅの値は、実用的にはやや小さい。
【００５６】
これに対し、２３０℃で３時間磁場中熱処理した後の一方向異方性Ｋｅは、Ｘ＝６の試料では、反強磁性膜１０２の膜厚２０ｎｍまで急激に上昇し、０．１６±０．０１ｅｒｇ／ｃｍ2に達し、これ以上膜厚が増加してもこの値で一定である。
【００５７】
一方、Ｘ＝９の試料では、２３０℃で３時間磁場中熱処理した後には、一方向異方性Ｋｅは反強磁性膜１０２の膜厚２０〜２２ｎｍまで急激に上昇し、膜厚２０〜２２ｎｍで最大値０．１８±０．０２ｅｒｇ／ｃｍ2をとる。さらに膜厚が増加すると、Ｋｅは緩やかに減少して、反強磁性膜１０２の膜厚１００ｎｍで０．１５±０．０２ｅｒｇ／ｃｍ2となる。
【００５８】
これら、Ｘ＝６の試料、Ｘ＝９の試料のいずれも一方向異方性Ｋｅの最大値は、すでに図２を用いて説明したように、スピンバルブ型の磁気トランスデューサーの固定層の強磁性膜１０１の磁化方向を固定するためには、実用上十分な値である。また、本実施の形態の磁場中熱処理後の試料では、実用上十分と従来の報告されているＫｅ＝０．０９ｅｒｇ／ｃｍ2という値を、Ｘ＝６、Ｘ＝９のいずれの場合も、反強磁性膜１０２の膜厚１５ｎｍで達成することができる。したがって、本実施の形態の磁気トランスデューサーでは、反強磁性膜１０２の膜厚を少なくとも１５ｎｍまでは薄膜化することができる。
【００５９】
また、これら図５、図６のデータを得た試料は、図１の構成であるため、ガラス基板１００上に直接、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２を搭載しているが、ガラス基板１００の上にＴａ等の下地膜を配置するか、図１２のように、これらの下に強磁性膜１２１や非磁性膜１２２が配置されるスピンバルブ型磁気トランスデューサーの形態にすることにより、強磁性膜１０１の結晶性を向上させることができる。このように強磁性膜１０１の結晶性を向上させることにより、反強磁性膜１０２をＫｅを維持したまま１５ｎｍ以下に薄膜化することが可能になると思われる。
【００６０】
実際、従来より知られているＮｉＦｅ膜／ＦｅＭｎ膜という積層構造では、ガラス基板上に直接形成したガラス基板／ＮｉＦｅ膜／ＦｅＭｎ膜の膜構成では、ＦｅＭｎ膜を２０ｎｍよりも薄膜することはできないが、下地膜としてＮｉＦｅ膜の下側にＴａ膜を配置したり、スピンバルブ型の磁気トランスデューサーの形態にすると、ＦｅＭｎ膜を１０ｎｍ程度まで薄膜化することができる。この薄膜化が可能になるのは、ＮｉＦｅ膜、ＦｅＭｎ膜が共に面心立方晶で結晶構造が一致しているためであると考えられる。
【００６３】
なお、上述したきたように、本実施の形態の図１２の磁気トランスデューサーは、図１２の積層構造を形成した後で、反強磁性膜１０２および強磁性膜１０１に磁場中熱処理を施すことにより、反強磁性膜１０２の結晶構造を膜面方向に自発的に歪ませ、大きな一方向異方性Ｋｅを発現させることができる。この一方向異方性Ｋｅにより、強磁性膜１０１の磁化を強く固定することができる。
【００６４】
また、反強磁性膜１０２は、上述のように１０ｎｍ程度まで薄くすることができるため、電極１２５からの検出が反強磁性膜１０２を流れるリーク電流量を低減することができる。この結果、磁気抵抗変化率が大きくなるため、磁気トランスデューサーの再生出力を高くでき、高感度な磁気トランスデューサーを得ることができる。
【００６５】
また、反強磁性膜１０２の薄い磁気トランスデューサーは、磁気トランスデューサー全体の厚さが小さくなるため、狭ギャップの磁気トランスデューサーを得ることができ、高記録密度の記録媒体に対応可能である。
【００６６】
なお、上述の実施の形態では、強磁性膜１０１／反強磁性膜１０２をスピンバルブセンサ型磁気トランスデューサーの固定層およびその磁化固定用反強磁性膜として用いたが、強磁性膜１０１／反強磁性膜１０２の積層構成を、いわゆる異方性磁気抵抗効果を用いるＭＲヘッドの磁区制御膜として用いることも可能である。さらに、強磁性膜１０１／反強磁性膜１０２をいわゆるトンネル型ＧＭＲセンサの固定層およびその磁化固定用反強磁性膜に適用することも可能である。
【００６７】
つぎに、図１２の磁気トランスデューサーを用いた磁気ディスク装置を図１３を用いて説明する。
【００６８】
この装置は、磁気記録装置としての磁気デイスク装置に、本実施の形態による磁気トランスデューサーを適用したものである。なお、磁気ディスク装置以外にも、たとえば、磁気テープ装置などのような磁気記録装置に図１２の磁気トランスデユーサーを適用することが可能である。
【００６９】
図１３の磁気デイスク装置は磁気ディスク１０と、スライダー１６上に搭載された磁気ヘッド１８と、アクチュエータ２４と、制御装置２６とを備えている。磁気ディスク１０は、同心円状のトラックとよばれる記録領域にデータを記録するための、デイスク状に形成された磁気記録媒体である。磁気ヘッド１８は、本実施の形態による再生用の図１２の磁気トランスデューサーと、書き込み用のインダクティブ型磁気ヘッドとが重ねられた構成である。スライダ１６は、わずかな弾力性を有するジンバル２０の先端に固定され、ジンバルはアーム２２に取り付けられている。アクチュエータ２４は、磁気ヘッド１８のスライダ１６を、アーム２２及びジンバル２０を介して支え、磁気デイスク１０上の所定位置へ移動させる。制御装置２６は、データ再生／復号系２６ａと制御部２６ｂとを有し、磁気ヘッド１８が読み取り、書き込みするデータの送受信及びアクチェータ２４の動作などを制御する。
【００７０】
磁気デイスク１０は回転軸１２によって支持され、駆動用モーター１４によって回転駆動される。
【００７１】
アクチュエーター２４は、ボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭと称す。）を有している。ＶＣＭは固定された磁界中に置かれた移動可能なコイルからなり、コイルの移動方向および移動速度等は、制御部２６ｂからライン３０を介して与えられる電気信号によって制御される。
【００７２】
磁気ディスク１０に対して、データの書き込みおよび再生を行う場合には、制御部２６ｂがライン２８を介して駆動用モーター１４を動作させ、磁気デイスク１０を回転させるとともに、制御部２６ｂはアクチュエータ２４に制御信号を送り、スライダー１６を磁気ディスク１０上の目的とするトラック位置へ移動させる。
【００７３】
磁気デイスク１０の回転によって、スライダー１６とデイスク１０の表面の間に空気流によるエアベアリングが生じ、これにより、スライダー１６が磁気デイスク１０の表面から浮上する。したがって、磁気デイスク装置の動作中、本エアベアリングは、ジンバル２０のわずかな弾性力とバランスをとり、スライダー１６は磁気デイスク表面にふれずに、かつ磁気デイスク１０と一定間隔を保って浮上するように維持される。
【００７４】
通常、制御手段２６ｂはロジック回路、メモリ、及びマイクロプロセッサなどから構成される。
【００７５】
磁気ディスク１０上のデータを再生する場合には、図１２の磁気トランスデューサーの電気抵抗の変化を電極１２５間を流れる検出電流を、データ再生／復号系２６ａがライン３２を介して受信し再生する。また、磁気ディスク１０にデータを書き込む場合には、データ再生／復号系から磁気ヘッド１８のインダクティブ型ヘッドに、データとして書き込むべき電気信号をライン３２を介して送信し、書き込みを行わせる。制御部２６ｂは、磁気ヘッド１８への情報の送受信を制御している。
【００７６】
図１２の磁気トランスデューサーは、上述したように反強磁性膜１０２へのリーク電流が少なく、再生出力が高いため、この磁気トランスデューサーを用いた図１３の磁気ディスク装置は、高感度に磁気ディスク１０のデータを再生できる。また、磁気トランスデューサーの膜厚が薄く狭ギャップであるため、高記録密度の磁気ディスク１０に対応でき、高記録密度の磁気ディスク装置を得ることができる。
【００７７】
なお、上述の実施の形態では、熱処理により自発的に歪みを生じる材料、すなわち、ＣｒＭｎに、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｒのうちの少なくとも一つの元素を、２０原子％以下の範囲で添加した合金の膜を用いて反強磁性膜を形成したが、熱処理に限らず、光照射、加圧、減圧、振動、電流印加等の手段によって自発的に歪みが生じる反強磁性材料で反強磁性膜１０２を形成することができる。
【００７８】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、強磁性膜と、この強磁性膜に一方向異方性を発現させるための反強磁性膜とを有する磁気トランスデューサーであって、反強磁性膜の膜厚を薄くすることのできる磁気トランスデューサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１２の磁気トランスデューサーの強磁性膜１０１／反強磁性膜１０２の積層体の特性を調べるために作製した試料の構成を示す説明図。
【図２】図１の試料の磁場中熱処理前後の一方向異方性Ｋｅの値を示す説明図。
【図３】図１の試料の反強磁性膜１０２の格子定数が磁場中熱処理前後で伸縮することおよびそれを表す指標Ｅを示すための説明図。
【図４】図１の試料の反強磁性膜１０２の磁場中熱処理前後の格子定数およびＥを示すための説明図。
【図５】図１の試料の一方向異方性と反強磁性膜１０２の膜厚との関係を示すグラフ。
【図６】図１の試料の一方向異方性と反強磁性膜１０２の膜厚との関係を示すグラフ。
【図７】図１の試料において強磁性膜１０１の格子定数が反強磁性膜１０２の格子定数よりも小さい場合の、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２との格子不整合により反強磁性膜１０２に生じる格子間拘束力と、反強磁性膜１０２の自発歪みの関係を示すグラフ。
【図８】図１の試料において強磁性膜１０１の格子定数が反強磁性膜１０２の格子定数と同等の場合の、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２との格子不整合により反強磁性膜１０２に生じる格子間拘束力と、反強磁性膜１０２の自発歪みの関係を示すグラフ。
【図９】図１の試料において強磁性膜１０１の格子定数が反強磁性膜１０２の格子定数よりも大きい場合の、強磁性膜１０１と反強磁性膜１０２との格子不整合により反強磁性膜１０２に生じる格子間拘束力と、反強磁性膜１０２の自発歪みの関係を示すグラフ。
【図１０】図１の試料の一方向異方性と温度との関係を示すグラフ。
【図１１】図１の試料の一方向異方性と温度との関係を示すグラフ。
【図１２】本発明の一実施の形態のスピンバルブ型磁気トランスデューサーの構成を示す説明図。
【図１３】図１２の磁気トランスデューサーを用いた本発明の一実施の形態磁気ディスク装置の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１０・・・磁気デイスク、１２・・・回転軸、１４・・・モーター、１６・・・スライダ、１８・・・磁気ヘッド、２０・・・ジンバル、２２・・・アーム、２４・・・アクチュエーター、２６・・・制御装置、２６ａ・・・データ再生／復号系、２６ｂ・・・制御部、２８，３０，３２・・・ライン、１００・・・基板、１０１・・・強磁性膜（固定層）、１０２・・・反強磁性膜、１２１・・・強磁性膜（自由層）、１２２・・・非磁性膜，１２５・・・電極。
【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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【図１２】
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【図１３】
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