(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性材料からなる反強磁性層と、該反強磁性層に膜厚方向に隣接して形成された、該反強磁性層によって方向が固定された磁化を有する固定磁性層と、該固定磁性層に膜厚方向に隣接して形成された非磁性の中間層と、該中間層に膜厚方向に隣接して形成された、外部磁界に応じて方向が変化する磁化を有する自由磁性層とを含む、該固定磁性層の磁化の方向と該自由磁性層の磁化の方向との間の角度に応じた抵抗の大きさを示す多層膜である磁気抵抗効果膜を備え、該磁気抵抗効果膜の抵抗の大きさを検知することにより前記外部磁界の強さを検知することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、
前記固定磁性層が、前記反強磁性層に膜厚方向に隣接する第１の層と、該第１の層に膜厚方向に隣接する、該第１の層を構成する材料とは異なる材料によって構成された第２の層とを含むものであって、該第１の層及び該第２の層はそれぞれ一つの磁性材料であり、該固定磁性層と該反強磁性層との間の交換結合エネルギが、仮に該第１の層の磁性材料が該第２の層の磁性材料を構成する材料と同じ材料からなるとした場合の固定磁性層と該反強磁性層との間の交換結合エネルギより小さいことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項２】
前記反強磁性層が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉのうちのいずれか１つ以上の元素とＭｎとを含む材料から構成され、前記固定磁性層の第２の層が、Ｃｏ合金からなり、前記固定磁性層の第１の層が、ＮｉＦｅからな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】
磁化の方向により情報が記録された磁気記録媒体に近接あるいは接触して配置されて該磁気記録媒体各点の磁化の方向を検出する磁気ヘッドを備え、該磁気ヘッドにより検出された前記磁気記録媒体各点の磁化の方向に応じた情報を再生する情報再生装置において、
前記磁気ヘッドが、
反強磁性材料からなる反強磁性層と、該反強磁性層に膜厚方向に隣接して形成された、該反強磁性層によって方向が固定された磁化を有する固定磁性層と、該固定磁性層に膜厚方向に隣接して形成された非磁性の中間層と、該中間層に膜厚方向に隣接して形成された、外部磁界に応じて方向が変化する磁化を有する自由磁性層とを含む、該固定磁性層の磁化の方向と該自由磁性層の磁化の方向との間の角度に応じた抵抗の大きさを示す多層膜である磁気抵抗効果膜を備え、該磁気抵抗効果膜の抵抗の大きさを検知することにより前記外部磁界の強さを検知するものであって、
前記固定磁性層が、前記反強磁性層に膜厚方向に隣接する第１の層と、該第１の層に膜厚方向に隣接する、該第１の層を構成する材料とは異なる材料によって構成された第２の層とを含むものであって、該第１の層及び該第２の層はそれぞれ一つの磁性材料であり、該固定磁性層と該反強磁性層との間の交換結合エネルギが、仮に該第１の層の磁性材料が該第２の層の磁性材料を構成する材料と同じ材料からなるとした場合の固定磁性層と該反強磁性層との間の交換結合エネルギより小さいことを特徴とする情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界の強さに応じた抵抗変化を利用してその磁界の強さを検知する磁気抵抗効果型ヘッド、および記録媒体に記録された情報を再生する情報再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの普及に伴って、日常的に多量の情報が取り扱われるようになっている。このような情報は、多数の物理的な印によって記録媒体に記録され、その記録媒体上の印を読み取って電気的な再生信号を生成する情報再生装置により再生される。
【０００３】
ハードディスク装置（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）は、そのような情報再生装置の１つであり、記憶容量が大きく情報へのアクセス速度が速いという特徴を持つ。このＨＤＤは、一般に、表面が磁性材料からなる記録媒体である磁気ディスク、およびこの磁気ディスクに記録された情報を再生する磁気ヘッドを備えている。磁気ディスクは、表面が微小領域（１ビット領域）ごとに磁化されており、１ビットの情報がこの１ビット領域の磁化の方向の形で記録される。磁気ヘッドは、この磁気ディスクに近接して配置され、磁気ディスクの１ビット領域の磁化から発生する信号磁界Ｈsigに応じた電気的な再生信号を出力することにより、磁気ディスクに記録された情報を再生する。
【０００４】
この磁気ディスクの記録密度は年々向上し続けており、その記録密度の向上に伴って１ビット領域の面積が減少し、その１ビット領域から発生する信号磁界Ｈsigが弱くなるため、このように弱い信号磁界Ｈsigに対しても大きな再生信号を出力する磁気ヘッドが必要となる。このように大きな再生信号を出力する磁気ヘッドとして、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用した磁気抵抗効果型ヘッドであるスピンバルブ磁気抵抗効果型ヘッド（Ｓｐｉｎ  Ｖａｌｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｈｅａｄ）の実用化が本格的に始まりつつある。以下では、このスピンバルブ磁気抵抗効果型ヘッドをＳＶＭＲヘッドと称する。
【０００５】
このＳＶＭＲヘッドは、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由磁性層（フリー層）と、このフリー層に隣接して形成された非磁性の金属からなる中間層と、この中間層に隣接して形成された、磁化の方向が所定の方向に固定された固定磁性層（ピンド層）と、このピンド層に隣接して形成され、このピンド層の磁化の方向を固定する反強磁性材料からなる反強磁性層とを含む多層膜であるスピンバルブタイプの磁気抵抗効果膜を有する。この磁気抵抗効果膜は、外部磁界が変化すると、フリー層の磁化の方向が変化し、上記ピンド層の磁化の方向とフリー層の磁化の方向の相対的な角度変化に応じた抵抗変化を生ずる。
【０００６】
このＳＶＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果膜に一対の電極端子が配設され、動作時には、この一対の電極端子から磁気抵抗効果膜にセンス電流が流される。このようにセンス電流が流された状態で、このＳＶＭＲヘッドを磁気ディスクに近接させて相対的に移動させると、磁気ディスクからの信号磁界Ｈsigに応じて上記磁気抵抗効果膜の電気抵抗値が逐次変化し、この電気抵抗値と上記センス電流値との積で表される値の出力電圧を持った高出力の再生信号が出力される。
【０００７】
一般に、磁気ヘッドの出力電圧は、磁気ディスクからの信号磁界Ｈsigの変化に対して線形に変化することが望ましく、このような線形の変化を実現するためには、信号磁界Ｈsigの存在しない状態でピンド層の磁化の方向とフリー層の磁化の方向とが互いに９０°の角度をなすことが理想的である。この角度が９０°からずれた状態では、フリー層の磁化の動きが、信号磁界Ｈsigの方向に関して非対称性を持つため、磁気抵抗効果膜の抵抗が信号磁界Ｈsigの変化に対して線形応答せず、ＳＶＭＲヘッドの出力電圧も信号磁界Ｈsigの変化に対して線形応答しないという問題が生ずる。また、この非対称性のため、出力電圧の正負いずれかの側のダイナミックレンジが減少して、実質的な再生出力が減少するといった問題が発生する。
【０００８】
このような角度のずれの原因の１つには、ピンド層の磁化の固定不良があげられる。ピンド層の磁化は、反強磁性層からピンド層に加えられる交換バイアス磁界によって所定の方向に固定されており、このようにピンド層の磁化の方向を固定する力（ピニング力）が弱いと、上記角度にずれが生ずる。
【０００９】
通常、ＳＶＭＲヘッドの設計は、このような角度のずれを避けるため、ピンド層の磁化のピニング力が強固になるように行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反強磁性層の磁化からピンド層の磁化に働く交換バイアス磁界の大きさには温度依存があり、多くの場合、交換バイアス磁界は温度の上昇とともに減少するため、ピンド層の磁化を固定するピニング力が減少してしまう。ＨＤＤの動作中には、通常、磁気ヘッドの温度が１２０℃以上に上昇するため、このような温度上昇に伴うピニング力の減少が小さく抑えられて高温においてもピンド層の磁化の方向が強く固定されたＳＶＭＲヘッドが求められている。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑み、ピンド層の磁化を固定するピニング力の、温度上昇に伴う減少が小さく抑えられた磁気抵抗効果型ヘッド、およびそのような磁気抵抗効果型ヘッドを備えた情報再生装置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磁気抵抗効果型ヘッドは、
反強磁性材料からなる反強磁性層と、その反強磁性層に膜厚方向に隣接して形成された、その反強磁性層によって方向が固定された磁化を有する固定磁性層と、その固定磁性層に膜厚方向に隣接して形成された非磁性の中間層と、その中間層に膜厚方向に隣接して形成された、外部磁界に応じて方向が変化する磁化を有する自由磁性層とを含む、その固定磁性層の磁化の方向とその自由磁性層の磁化の方向との間の角度に応じた抵抗の大きさを示す多層膜である磁気抵抗効果膜を備え、その磁気抵抗効果膜の抵抗の大きさを検知することにより上記外部磁界の強さを検知することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドであって、
上記固定磁性層が、上記反強磁性層に膜厚方向に隣接する第１の層と、その第１の層に膜厚方向に隣接する、その第１の層を構成する材料とは異なる材料によって構成された第２の層とを含むものであって、その固定磁性層とその反強磁性層との間の交換結合エネルギが、仮にその第１の層がその第２の層を構成する材料と同じ材料からなるとした場合の固定磁性層とその反強磁性層との間の交換結合エネルギより小さいことを特徴とする。
【００１３】
上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記反強磁性層が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉのうちのいずれか１つ以上の元素とＭｎとを含む材料から構成され、上記固定磁性層の第２の層が、Ｃｏ合金からなり、上記固定磁性層の第１の層が、ＮｉＦｅからなることが好ましい。
【００１４】
なお、固定磁性層と反強磁性層との間の「交換結合エネルギ」とは、固定磁性層の全ての磁化と反強磁性層の全ての磁化との間に働く交換結合の、それら２層の間の界面の単位面積あたりのエネルギをいう。
【００１５】
一般に、固定磁性層の磁化の方向を固定するピニング力は、反強磁性層から加えられる交換バイアス磁界によってもたらされ、通常、温度上昇に伴って減少して、反強磁性層の磁気異方性がなくなるブロッキング温度で消失する。
【００１６】
しかし、固定磁性層が、上記第１の層を有するものであると、後に実施形態で示すように、温度上昇に伴う、固定磁性層の磁化の方向を固定するピニング力の減少が小さく抑えられて、高温においても大きなピニング力が得られる。このような大きなピニング力によって、固定磁性層の磁化の方向は強く固定されて、高温下においても、高い再生出力が得られる。
【００１７】
また、上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記固定磁性層を構成する第２の層が、第１の軟磁性層、第２の軟磁性層、およびその第１の軟磁性層とその第２の軟磁性層との間に膜厚方向に挟まれてなる、その第１の軟磁性層の磁化とその第２の軟磁性層の磁化とを互いに逆向きに結合する逆結合層を含むものであることが好ましい。
【００１８】
固定磁性層の第２の層が、これらの３層を含む構造を持つものであると、固定磁性層の磁化の所定方向への固定が強固なものとなる。
【００１９】
また、上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記固定磁性層を構成する第１の層が、上記反強磁性層に膜厚方向に隣接する軟磁性層、およびその軟磁性層とその固定磁性層を構成する第２の層とに膜厚方向に挟まれてなる、その軟磁性層の磁化とその第２の層の磁化を互いに逆向きに結合する逆結合層からなるものであることが好ましい。
【００２０】
固定磁性層の第１の層が、このような２層構造を有するものであると、固定磁性層の磁化の所定方向への固定が強固なものとなる。
【００２１】
上記目的を達成する本発明の情報再生装置は、
磁化の方向により情報が記録された磁気記録媒体に近接あるいは接触して配置されてその磁気記録媒体各点の磁化の方向を検出する磁気ヘッドを備え、その磁気ヘッドにより検出された上記磁気記録媒体各点の磁化の方向に応じた情報を再生する情報再生装置であり、
上記磁気ヘッドが、
反強磁性材料からなる反強磁性層と、その反強磁性層に膜厚方向に隣接して形成された、その反強磁性層によって方向が固定された磁化を有する固定磁性層と、その固定磁性層に膜厚方向に隣接して形成された非磁性の中間層と、その中間層に膜厚方向に隣接して形成された、外部磁界に応じて方向が変化する磁化を有する自由磁性層とを含む、その固定磁性層の磁化の方向とその自由磁性層の磁化の方向との間の角度に応じた抵抗の大きさを示す多層膜である磁気抵抗効果膜を備え、その磁気抵抗効果膜の抵抗の大きさを検知することにより上記外部磁界の強さを検知するものであって、
上記固定磁性層が、上記反強磁性層に膜厚方向に隣接する第１の層と、その第１の層に膜厚方向に隣接する、その第１の層を構成する材料とは異なる材料によって構成された第２の層とを含むものであって、その固定磁性層とその反強磁性層との間の交換結合エネルギが、仮にその第１の層がその第２の層を構成する材料と同じ材料からなるとした場合の固定磁性層とその反強磁性層との間の交換結合エネルギより小さいことを特徴とする。
【００２２】
この情報再生装置は、磁気ヘッドに上記本発明の磁気抵抗効果型ヘッドを採用したものである。この磁気ヘッドは、上記磁気抵抗効果型ヘッドと同様に、温度上昇に伴う実質的な再生出力の低減が抑制されたものであるため、この磁気ヘッドが採用されたこの情報再生装置は、高温時にも安定して高い再生出力で再生を行う。
【００２３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態のハードディスク装置の概略構成図である。
【００２５】
同図に示すハードディスク装置（ＨＤＤ）１００は、本発明の情報再生装置に相当するものである。同図に示すＨＤＤ１００のハウジング１０１には、回転軸１０２、回転軸１０２に装着される磁気ディスク１０３、磁気ディスク１０３の表面に近接して対向する浮上ヘッドスライダ１０４、アーム軸１０５、浮上ヘッドスライダ１０４を先端に固着してアーム軸１０５を中心に磁気ディスク１０３上を水平移動するキャリッジアーム１０６、およびキャリッジアーム１０６の水平移動を駆動するアクチュエータ１０７が収容される。
【００２６】
このＨＤＤ１００では、磁気ディスク１０３へ情報の記録、および磁気ディスク１０３に記録された情報の再生が行われる。これらの情報の記録および再生にあたっては、まず、磁気回路で構成されたアクチュエータ１０７によってキャリッジアーム１０６が駆動され、浮上ヘッドスライダ１０４が、回転する磁気ディスク１０３上の所望のトラックに位置決めされる。浮上ヘッドスライダ１０４の先端には、図１には図示しない本実施形態の磁気ヘッドが設置されている。この磁気ヘッドは、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドに相当するものである。この磁気ヘッドは、磁気ディスク１０３の回転によって、磁気ディスク１０３の各トラックに並ぶ各１ビット領域に順次近接する。情報の記録時には、このように磁気ディスク１０３に近接した磁気ヘッドに電気的な記録信号が入力され、この磁気ヘッドにより、その記録信号に応じてそれらの各１ビット領域に磁界が印加されて、その記録信号に担持された情報がそれらの各１ビット領域の磁化の方向の形で記録される。また、情報の再生時には、それらの各１ビット領域の磁化の方向の形で記録された情報が、磁気ヘッドによって、それらの磁化それぞれから発生する磁界に応じて生成される電気的な再生信号として取り出される。ハウジング１０１の内部空間は、図示しないカバーによって閉鎖される。
【００２７】
次に、本実施形態の磁気ヘッドについて説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態の磁気ヘッドの要部断面図である。
【００２９】
本実施形態の磁気ヘッド３０は、磁気ディスク１０３に情報を記録する記録部と情報を再生する再生部とからなる複合型の磁気ヘッドであり、同図には再生部のみが示される。同図は、この磁気ヘッドの再生部を、図１に示す磁気ディスク１０３の面に平行な面で切断した断面図である。
【００３０】
磁気ヘッド３０は、非磁性の基板２１、この非磁性の基板２１上に形成された下部シールド層２２、この下部シールド層２２上に形成された下部絶縁層２３、この下部絶縁層２３上に形成された磁気抵抗効果膜１０、上記下部絶縁層２３上に、この磁気抵抗効果膜１０を両側から挟むように形成された左右一対の磁区制御層２４、この左右一対の磁区制御層２４上に形成された左右一対の電極２５、この左右一対の電極２５と上記磁気抵抗効果膜１０との上に形成された上部絶縁層２６、およびこの上部絶縁層２６上に形成された上部シールド層２７を有する。この上部シールド層２７上には、上記記録ヘッドが形成されている。
【００３１】
基板２１は、例えば、アルミナチタンカーバイド（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）からなる基板上にＳｉ膜あるいはＳｉＯ2膜が形成されたものである。
【００３２】
下部シールド層２２および上部シールド層２７は、それぞれ、ＦｅＮ等の軟磁性材料からなる例えば厚さ１．６μｍの層であり、上記磁気抵抗効果膜１０に不必要な外部磁界が印加されないようその磁気抵抗効果膜１０を磁気シールドするものである。
【００３３】
下部絶縁層２３および上部絶縁層２６は、それぞれ、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料からなる例えば厚さ５０ｎｍの層であり、上記磁気抵抗効果膜１０、上記磁区制御層２４、および上記一対の電極２５からの電流のリークを防ぐものである。
【００３４】
磁区制御層２４は、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金等の硬磁性を示す材料からなる層であり、上記磁気抵抗効果膜１０に静磁界および交換相互作用などによるバイアス磁界を印加するものである。ここでは、この磁区制御層２４は、磁気抵抗効果膜１０と同じ高さまで積層されている。
【００３５】
電極２５は、Ｔａ／（Ｔｉ−Ｗ）／Ｔａという、２つのＴａ層とこれらのＴａの間に挟まれたＴｉ−Ｗ合金との多層膜などの導電性材料からなるものであり、上記磁区制御層２４を介して上記磁気抵抗効果膜１０にセンス電流を印加するものである。この一対の電極２５から再生信号が取り出される。
【００３６】
磁気抵抗効果膜１０は、この磁気ヘッド３０の情報再生の機能を担う部分である。すなわち、磁気抵抗効果膜１０は、上記磁気ディスク１０３の各１ビット領域の磁化から発生する磁界に応じて抵抗が変化するものであり、上述したように磁気抵抗効果膜１０には上記電極２５によりセンス電流が印加されているため、上記抵抗の変化により、上記各１ビット領域の磁化の方向によって担持された情報が電気的な再生信号として取り出される。
【００３７】
本発明の特色は、この磁気抵抗効果膜１０の構造にある。次に、この磁気抵抗効果膜１０の構造について説明する。
【００３８】
図３は、本実施形態の磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果膜の一例の断面図である。
【００３９】
同図に示す磁気抵抗効果膜１０は、スピンバルブタイプの磁気抵抗効果膜であり、図２に示す下部絶縁層２３上に形成された下地層１、この下地層１上に形成された反強磁性層２、この反強磁性層２上に形成されたピンド層３、このピンド層３上に形成された中間層４、この中間層４上に形成されたフリー層５、このフリー層５上に形成されたフィルタ層６、およびこのフィルタ層６上に形成された保護層７によって構成されている。
【００４０】
下地層１は、例えば、Ｔａからなる厚さ５ｎｍの第１の下地層１＿１上に、Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる厚さ２ｎｍの第２の下地層１＿２が形成されたものである。この第２の下地層１＿２は、Ｔａからなる第１の下地層１＿１上に形成されたことにより、ｆｃｃ構造を有し、（１１１）方向に配向している。
【００４１】
反強磁性層２は、例えば、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金等の反強磁性材料からなる厚さ１５ｎｍの層である。このＰｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金の組成としては、例えば、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52（数字は原子％）があげられる。この反強磁性層２は、上記ピンド層３に対し交換バイアス磁界Ｈuaを印加する。この交換バイアス磁界Ｈuaは、反強磁性層２の磁化とピンド層３の磁化との間の交換結合に由来するものであり、その交換結合のピンド層３の磁化全体に対する平均的な影響をピンド層３に加えられる磁界で表したものである。
【００４２】
ピンド層３は、ここでは、反強磁性層２に膜厚方向に隣接する第１のピンド層３＿１およびこの第１のピンド層と上記中間層４に膜厚方向に挟まれてなる第２のピンド層３＿２とからなる。
【００４３】
第１のピンド層３＿１は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる厚さ１．５ｎｍの層であり、第２のピンド層３＿２は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金からなる厚さ１．５ｎｍの層である。Ｎｉ−Ｆｅ合金の組成としては、例えば、Ｎｉ81Ｆｅ19（原子％）があげられ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の組成としては、例えば、Ｃｏ88.2Ｆｅ9.8Ｂ2（原子％）があげられる。
【００４４】
これらの第１のピンド層３＿１と第２のピンド層３＿２は、磁化が、上記反強磁性層２によって印加された交換バイアス磁界Ｈuaによって、同図の紙面垂直方向に、すなわち、図２に示される一対の電極２５を互いに結ぶ、磁気抵抗効果膜の長手方向とは垂直であって、かつピンド層等の各層に平行な、磁気抵抗効果膜の高さ方向に固定される。本実施形態の磁気ヘッド３０は、この磁化を固定するピニング力の温度依存性に特色があり、後に、この磁化の固定の様子について詳述する。
【００４５】
中間層４は、例えば、Ｃｕ等の非磁性の金属からなる厚さ２．８ｎｍの層であり、上記ピンド層３とフリー層５とを隔てるスペーサとなっている。
【００４６】
フリー層５は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金等の軟磁性材料からなる厚さ１．５ｎｍの層である。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の組成としては、例えば、Ｃｏ88.2Ｆｅ9.8Ｂ2（数字は原子％）等があげられる。このＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金は、飽和磁化が大きく、フリー層５に採用されると磁気ヘッド３０に大きなＭＲ比をもたらすために、また、中間層４を構成するＣｕと相互拡散しにくいために、中間層４上に形成されるフリー層５の材料として好ましい。
【００４７】
このフリー層５は、このように軟磁性材料からなり、磁化がピン止めされていない。このため、その磁化は、磁気ディスク１０３の各１ビット領域の磁化からの磁界に応じてフリー層５の面内で回転する。第１の磁気抵抗効果膜１０＿１のシート抵抗は、いわゆる巨大磁気抵抗効果により、このフリー層５の磁化の方向と上記ピンド層３の固定された磁化の方向とがなす角度に応じて大きく変化する。この抵抗は、これらの磁化が同方向を向く場合に最小値をとり、これらの磁化が互いに逆方向を向く場合に最大値をとる。このシート抵抗の最大値と最小値との差である抵抗変化Δρ／ｔによって、上述したセンス電流を通して再生信号が出力される。磁気抵抗効果型ヘッドの再生信号の出力は、この抵抗変化Δρ／ｔにほぼ比例する。  なお、磁気抵抗効果膜は、ＭＲ比によっても評価される。ＭＲ比は、磁気抵抗効果膜の、外部磁界の変化に対する感度の良さを表すものであり、（ρmax−ρ0）／ρ0によって定義される。ρ0は外部磁界が印加されていない場合の磁気抵抗効果素子の抵抗率を表し、ρmaxは外部磁界が印加された磁気抵抗効果素子の最大の抵抗率を表す。
【００４８】
また、フリー層５は、上記磁区制御層２４によって印加されたバイアス磁界によって、単磁区化されている。このため、このフリー層５を含む磁気ヘッド３０では、磁壁の移動に伴って再生信号に生ずるバルクハウゼンノイズの発生が抑制されている。
【００４９】
フィルタ層６は、例えば、厚さ２ｎｍのＣｕからなる層である。フィルタ層６は、以下に述べるように、上記抵抗変化Δρ／ｔを増大させる働きがある。仮に、磁気抵抗効果膜１０に、フィルタ層６が存在しない場合を考える。この場合には、磁気抵抗効果膜１０中の伝導電子は、フリー層５と上記保護層７との間の界面で散乱してしまう。巨大磁気抵抗効果の抵抗変化は、上述したフリー層５の磁化の方向とピンド層３の磁化の方向のなす角度に応じた、伝導電子の平均自由行程の変化によって生ずるものであるため、このように界面で伝導電子が散乱されると、伝導電子の平均自由行程の変化が低減されて巨大磁気抵抗効果は有効に生じなくなる。これに対して、フィルタ層６が、フリー層５と保護層７との間に存在すると、磁気抵抗効果膜１０中の伝導電子の平均自由行程が延びるため、本実施形態の磁気ヘッド３０では、巨大磁気抵抗効果が有効に働き、上記抵抗変化Δρ／ｔが増大する。
【００５０】
保護層７は、耐蝕性が高く上記フィルタ層６を物理的および化学的に保護する層であり、ここでは、厚さ１ｎｍのＴａからなる層となっている。
【００５１】
なお、以上に述べた各層は、本文中にそれら各層に対して例示した厚さを有するものであることが好ましく、また、本文中にそれら各層に対して例示した材料からなるものであることが好ましい。しかし、それら各層は、各層のそれぞれの役割を果たすものであれば、必ずしもその厚さに限定されるものではなく、その材料に限定されるものではない。
【００５２】
磁気抵抗効果膜１０を構成する各層のうち、第１のピンド層３＿１が、この磁気抵抗効果膜１０に特有の層である。この第１のピンド層３＿１の役割について説明する前に、反強磁性層２からピンド層３の磁化に働いてピンド層３の磁化を固定するピニング力をもたらす交換バイアス磁界Ｈuaについて説明し、その後、この第１のピンド層３＿１の役割について説明する。
【００５３】
図４は、交換バイアス磁界Ｈuaが存在する場合と存在しない場合それぞれのＭ−Ｈ曲線を示すグラフである。
【００５４】
同図の横軸は、外部磁界Ｈを表し、同図の縦軸は、ある軟磁性材料の磁化の大きさＭを表す。同図のグラフでは、点線によって、交換バイアス磁界Ｈuaが加えられていない場合の、その軟磁性材料の磁気ヒステリシスを表すＭ−Ｈ曲線（磁界−磁化曲線）が示されており、この曲線は、原点（Ｈ，Ｍ）＝（０，０）の周りにループを描く通常のＭ−Ｈ曲線である。これに対して、このグラフ中の実線によって示される、この軟磁性材料に交換バイアス磁界Ｈuaが加えられた場合のＭ−Ｈ曲線は、原点からずれた点（Ｈ，Ｍ）＝（Ｈua，０）の周りに、上記点線で示されたループと同じ形のループを描いている。すなわち、交換バイアス磁界Ｈuaが加えられた場合のＭ−Ｈ曲線は、交換バイアス磁界Ｈuaが加えられない場合のＭ−Ｈ曲線を磁界Ｈ方向を表す横軸の正の方向に交換バイアス磁界Ｈua分だけ平行移動させた曲線となっている。逆に言えば、交換バイアス磁界Ｈuaは、Ｍ−Ｈ曲線の磁界Ｈ方向のシフト量によって求められる。この交換バイアス磁界Ｈuaが加えられた場合のピンド層３の磁化と反強磁性層２の磁化の様子を図５に示す。
【００５５】
図５は、ピンド層の磁化と反強磁性層の磁化の様子を示す概略図である。
【００５６】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）には、反強磁性層２とその反強磁性層２上に形成されたピンド層３との積層構造が示されている。この積層構造は、ＳＶＭＲヘッドに見られる一般な構造である。図５（Ａ）は、これらの層に対し、外部磁界Ｈが加えられていない場合を示し、図５（Ｂ）は、これらの層に対し、同図の白抜きの矢印で示される同図右方向に外部磁界Ｈが加えられた場合を示す。
【００５７】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示される、これら各層の複数の左あるいは右方向を向く矢印は、各層を構成する原子等に付随する微視的な磁化を表す。反強磁性層２の微視的な磁化は、例えば、ピンド層３との界面に近いものから、同図左向き、右向き、左向きと交互に向きを変えるものとなっている。
【００５８】
ピンド層３の複数の微視的な磁化は、外部磁界が印加されていない場合には、図５（Ａ）に示されるように同図左方向を向く。これは、同図の点線に示されるように、反強磁性層２の微視的な磁化とピンド層３の微視的な磁化との間に微視的に交換結合が生じ、この微視的に生じた交換結合が集まって、反強磁性層２とピンド層３との間には交換結合エネルギＪiの交換結合が働くためであり、すなわちピンド層３に交換バイアス磁界Ｈuaが働くためである。
【００５９】
ここで、ピンド層３は厚みｔを有するものとし、ピンド層３中の微視的な磁化それぞれは、磁化の大きさｍsを持つものとすると、この交換結合により生ずる交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、Ｊi／（ｍs・ｔ）に比例する。但し、磁化の大きさｍsや厚みｔと、交換結合エネルギＪiとは、独立ではなく、一般に、磁化の大きさｍsや厚みｔが増大すると交換結合エネルギＪiも増大する。この式は、界面で、交換結合エネルギＪiの交換結合が働いていたとしても、磁化の大きさｍsが大きいと、個々の磁化の方向の変化が小さく、また厚みｔが大きいと、それらの個々の微視的な磁化に対する影響が小さいことから理解できる。
【００６０】
また、ピンド層３の複数の微視的な磁化は、強い外部磁界Ｈが印加される場合には、図５（Ｂ）に示されるように、同図右方向を向く。これは、外部磁界Ｈの影響が交換バイアス磁界Ｈuaの影響を上回るためである。
【００６１】
図４のグラフ中の実線で示されるＭ−Ｈ曲線の交換バイアス磁界Ｈua分のずれは、ピンド層３に左向きの交換バイアス磁界Ｈuaが働く場合、右向きの外部磁界Ｈを磁界Ｈ＝Ｈuaまで印加することによって、ピンド層３の磁化が、実質的に外部から磁界を受けていない状態になることによって説明される。
【００６２】
ピンド層３の磁化の方向は、上述したようにこの交換バイアス磁界Ｈuaによって生ずるピニング力によって固定されるものであり、この交換バイアス磁界Ｈuaが増大するほどそのピニング力は強められる。
【００６３】
一般に、この交換バイアス磁界Ｈuaは、温度の上昇とともに減少し、ブロッキング温度で消失することが知られている。ＨＤＤの動作時には、磁気ヘッドは、通常、１２０℃以上の温度まで上昇するため、交換バイアス磁界Ｈuaのこのような温度上昇に伴う減少を小さく抑えることが重要な課題となっている。
【００６４】
本発明者等は、この交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存性について、後に実施例に示す計算および測定を行い、交換結合エネルギＪiの小さい方が、温度の上昇に伴う交換バイアス磁界Ｈuaの減少が小さく抑えられることを見いだしている。
【００６５】
本実施形態の磁気ヘッド３０は、上記ピンド層３が、上記第２のピンド層３＿２の他に、上記反強磁性層２とに膜厚方向に隣接する第１のピンド層３＿１を含むものであって、第１のピンド層３＿１と反強磁性層２との間に働く交換結合の交換結合エネルギＪiが、仮に第１のピンド層３＿１が第２のピンド層３＿２を構成する材料と同じ材料からなるとした場合のピンド層３と反強磁性層２との間の交換結合エネルギＪiよりも小さいものとなる複数層構造をとるものとなっている。
【００６６】
実際、本実施形態の磁気ヘッド３０では、上記第１のピンド層３＿１を構成するＮｉ−Ｆｅ合金と反強磁性層２を構成するＰｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金との間に働く交換結合の交換結合エネルギＪiは、上記第２のピンド層３＿２を構成するＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金と反強磁性層２を構成するＰｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金との間に働く交換結合の交換結合エネルギＪiよりも小さい値となっている。
【００６７】
本実施形態の磁気ヘッド３０は、このように、温度の上昇に伴う交換バイアス磁界Ｈuaの減少が小さく抑えられたものであるため、ピンド層３の磁化の方向を固定するピニング力の、温度上昇に伴う減少のが小さく抑えられたものとなっている。また、このように温度上昇に伴う上記ピニング力の減少が小さく抑制されるため、本実施形態の磁気ヘッド３０は、高温においても、出力電圧の信号磁界Ｈsigに対する応答がほぼ線形であって、実質的に大きな出力の再生波形を生成するものとなっている。
【００６８】
また、本実施形態の磁気ヘッド３０は、ピンド層３が、上述した複数構造をとるものであるため、上記第１のピンド層３＿１によって、温度上昇に伴う交換バイアス磁界Ｈuaの減少が小さく抑えられながら、上記第２のピンド層３＿２によって飽和磁化が大きく保たれることにより高いＭＲ比が実現されるものとなっている。
【００６９】
なお、本実施形態の磁気ヘッド３０は、第１のピンド層３＿１、第２のピンド層３＿２、反強磁性層２それぞれを構成する材料の組合せが、上述した交換結合エネルギＪiの大小関係を満たす材料の組合せであればよく、上述した、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金という組合せに限られるものではない。
【００７０】
具体的には、好ましい組合せとして、反強磁性層２が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉのうちのいずれか１つ以上の元素とＭｎとを含む材料から構成され、第１のピンド層３＿１がＮｉ−Ｆｅ合金からなり、第２のピンド層がＣｏ合金からなるものがあげられる。
【００７１】
図６および図７は、いずれも、本実施形態の磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果膜のピンド層の一断面図である。
【００７２】
本実施形態の磁気ヘッド３０のピンド層３は、これらの図６および図７に示す構成を有するピンド層に置き換えられたものあってもよい。図６に示すピンド層３’は、同図には示さない反強磁性層２に膜厚方向に隣接して形成された第１のピンド層３＿１と、この第１のピンド層３＿１に隣接して、反強磁性層２との間にこの第１のピンド層３＿１を膜厚方向に挟むように形成された第２のピンド層３＿２’とからなる。この第２のピンド層３＿２’は、第１のピンド層３＿１と隣接する側にある第１の軟磁性層３＿２＿１と、第２の軟磁性層３＿２＿３と、それらの軟磁性層の間に膜厚方向に挟まれてなる、それらの軟磁性層の磁化どうしを互いに逆向きに結合する逆結合層３＿２＿２とによって構成される。
【００７３】
ここで、第１のピンド層３＿１は、例えば、図３に示す磁気抵抗効果膜１０を構成する第１のピンド層３＿１の例示した厚さ、材料と、同じ厚さを有し、同じ材料からなるものである。
【００７４】
第１の軟磁性層３＿２＿１は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金からなる厚さ１．５ｎｍの層であり、第２の軟磁性層３＿２＿３は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金からなる厚さ２．５ｎｍの層である。また、逆結合層３＿２＿２は、例えば、Ｒｕからなる厚さ０．７５ｎｍの層である。
【００７５】
ピンド層３’の、このような３層構造を持つ第２の軟磁性層３＿２’では、上述したように２つの軟磁性層のそれぞれの磁化が、上記逆結合層３＿２＿２によって、互いに逆方向に向くように固定される。これにより、ピンド層３’の磁化の大きさｍsは実効的に低減されるため、ピンド層３’は、印加される交換バイアス磁界Ｈuaが大きな好ましいものとなっている。このため、ピンド層３’の磁化は、外部からの磁界によって影響を受けにくく安定してピン止めされる。
【００７６】
図７に示すピンド層３”は、同図には示さない反強磁性層２に膜厚方向に隣接して形成された第１のピンド層３＿１’と、この第１のピンド層３＿１’に隣接して、反強磁性層２との間にこの第１のピンド層３＿１’を膜厚方向に挟むように形成された第２のピンド層３＿２とからなる。第１のピンド層３＿１’は、２層構造となっており、反強磁性層２に隣接する側の第３の軟磁性層３＿１＿１と、その第３の軟磁性層３＿１＿１に膜厚方向に隣接して形成された、第２のピンド層３＿２側の逆結合層３＿１＿２とからなる。
【００７７】
ここで、第２のピンド層３＿２は、例えば、図３に示す磁気抵抗効果膜１０を構成する第２のピンド層３＿２に例示した厚さ、材料と、同じ厚さを有し、同じ材料からなるものである。第３の軟磁性層３＿１＿１は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金からなる厚さ１．５ｎｍの層であり、また、逆結合層３＿１＿２は、例えば、Ｒｕからなる厚さ０．７５ｎｍの層である。
【００７８】
この逆結合層３＿１＿２によって上記第２のピンド層３＿２の磁化と上記第３の軟磁性層３＿１＿１の磁化とが互いに逆向きに結合されて、ピンド層３”の磁化の大きさｍsは実効的に低減されるため、ピンド層３’と同様に、ピンド層３”も、印加される交換バイアス磁界Ｈuaの大きな好ましいものとなっている。このようにして、ピンド層３”の磁化は、外部からの磁界によって影響を受けにくく安定してピン止めされる。
【００７９】
また、本実施形態の磁気ヘッド３０を構成する磁気抵抗効果膜は、図８に示す構成を有するものであってもよい。
【００８０】
図８は、本実施形態の磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果膜の一例の断面図である。
【００８１】
同図に示される磁気抵抗効果膜１０’は、図２に示す下部絶縁層２３上に形成された下地層１、この下地層１上に形成されたフィルタ層６、このフィルタ層６上に形成されたフリー層５、このフリー層５上に形成された中間層４、この中間層４上に形成されたピンド層３、このピンド層３上に形成された反強磁性層２、およびこの反強磁性層２上に形成された保護層７によって構成されている。すなわち、この磁気抵抗効果膜１０’は、図３に示す磁気抵抗効果膜１０における反強磁性層２からフリー層５までの積層順序が逆になった、いわゆるトップ型の磁気抵抗効果膜である。なお、上記磁気抵抗効果膜１０は、いわゆるボトム型の磁気抵抗効果膜である。
【００８２】
但し、この磁気抵抗効果膜１０’は、下地層１が、上記第１の下地層１＿１のみからなるものである。また、この磁気抵抗効果膜１０’は、ピンド層３が、中間層４上に第２のピンド層３＿２上が形成され、その第２のピンド層３＿２上に第１のピンド層３＿１が形成され、その第１のピンド層３＿１上に反強磁性層２が形成されており、積層順序は異なるが、図３に示す磁気抵抗効果膜１０と同様に、第１のピンド層３＿１が反強磁性層２と隣接したものとなっている。また、磁気抵抗効果膜１０’を構成するこれらの各層は、厚さ、材料、働きにおいて、磁気抵抗効果膜１０における対応する各層と同じものである。
【００８３】
このトップ型の磁気抵抗効果膜１０’においても、ボトム型の磁気抵抗効果膜１０と同様に、温度上昇に伴う、ピンド層３の磁化の方向を固定するピニング力の減少が小さく抑えられるため、この磁気抵抗効果膜１０’が採用された磁気ヘッド３０を含む磁気ヘッド３０は、高温においても、出力電圧の信号磁界Ｈsigに対する応答がほぼ線形であって、実質的に大きな出力の再生波形を生成するものとなる。
【００８４】
このような磁気抵抗効果膜１０，１０’を含む高出力の磁気ヘッド３０が採用されたＨＤＤ１００は、磁気記録媒体各点の磁化の方向を検出する感度が高く、磁気記録媒体に高密度に記録された情報を良好に再生する。
【００８５】
なお、特開平１１−２３２６１７号公報に、ピンド層がＣｏ／ＮｉＦｅ／Ｃｏの３層膜からなる磁気ヘッドが開示されている。この磁気ヘッドは、ＮｉＦｅ層の存在により磁化の大きさｍsを減少させて交換バイアス磁界Ｈuaを増大させたものである。しかし、この磁気ヘッドは、室温における交換バイアス磁界Ｈuaの増大を目的としたものであり、反強磁性層に隣接する層が、反強磁性層との間で強く交換結合する材料であるＣｏあるいはＣｏ合金から構成される点において、本発明の磁気ヘッドとは異なるものである。
【００８６】
次に、これらの磁気抵抗効果膜１０，１０’を製造する方法について説明する。
【００８７】
ボトム型である磁気抵抗効果膜１０は、第１の下地層１＿１、第２の下地層１＿２、反強磁性層２、第１のピンド層３＿１、第２のピンド層３＿２、中間層４、フリー層５、フィルタ層６、保護層７の順に、これらの各層の先に例示した材料を用いて先に例示した厚さで、ＤＣマグネトロンスパッタリング等のスパッタリングによりＡｒ雰囲気中で連続的に積層してこれらの各層を成膜し、成膜された各層からなる多層膜をリソグラフィ技術で素子の形状にパターニングすることによって製造する。
【００８８】
また、トップ型である磁気抵抗効果膜１０’は、第１の下地層１＿１、フィルタ層６、フリー層５、中間層４、第２のピンド層３＿２、第１のピンド層３＿１、反強磁性層２、保護層７の順に、ボトム型の場合と同じく、これらの各層の先に例示した材料を用いて先に例示した厚さで、ＤＣマグネトロンスパッタリング等のスパッタリングによりＡｒ雰囲気中で連続的に積層してこれらの各層を成膜し、そのように成膜された各層からなる多層膜をリソグラフィ技術で素子の形状にパターニングすることによって製造する。
【００８９】
なお、このように成膜されたこれらの多層膜には、反強磁性層２を構成するＰｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金を反強磁性化させるために、成膜後、磁気抵抗効果膜の上記高さ方向に磁界を印加した状態で、２００℃〜３００℃の、代表的には２８０℃の熱処理を施す。
【００９０】
また、この磁気抵抗効果膜１０，１０’の成膜時に、フリー層５の異方性磁界を付与するために上記磁気抵抗効果膜の長手方向に８ｋＡ／ｍ程度の直流磁界を印加してもよい。
【００９１】
また、成膜方法としては、イオンビームスパッタ法、真空蒸着法などの手段を用いてもよい。
【００９２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００９３】
＜交換バイアス磁界の温度依存性の数値計算＞
まず、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存性を、Ｅ．Ｆｕｌｃｏｍｅｒ  ａｎｄＳ．Ｈ．Ｃｈａｒａｐ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４３，４１９０（１９７２）に記載されるモデル（ｔｈｅｒｍａｌ  ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ  ａｆｔｅｒｅｆｆｅｃｔ  ｍｏｄｅｌ）を用いて数値計算した結果について説明する。
【００９４】
ここでは、反強磁性層とピンド層とからなる２層膜に対し、反強磁性層の、単位体積あたりの異方性エネルギＫAFが、２．２×１０-2Ｊ／ｃｍ3、４．４×１０-2Ｊ／ｃｍ3、１．０×１０-1Ｊ／ｃｍ3それぞれの値をとり、さらに反強磁性層とピンド層との間に働く交換結合の交換結合エネルギＪiが、１．３５×１０-8Ｊ／ｃｍ2、１．０８×１０-8Ｊ／ｃｍ2、０．８１×１０-8Ｊ／ｃｍ2である９通りのケースに対して、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存性について計算した。
【００９５】
図９は、単位体積あたりの異方性エネルギＫAFが２．２×１０-2Ｊ／ｃｍ3である場合の、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の数値計算結果を示すグラフであり、図１０は、単位体積あたりの異方性エネルギＫAFが４．４×１０-2Ｊ／ｃｍ3である場合の、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の数値計算結果を示すグラフであり、図１１は、単位体積あたりの異方性エネルギＫAFが１．０×１０-1Ｊ／ｃｍ3である場合の、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の数値計算結果を示すグラフである。
【００９６】
図９〜図１１の横軸は、いずれも上記２層膜の温度を表し、図９〜図１１の縦軸は、いずれもこの２層膜に働く交換バイアス磁界Ｈuaの大きさを表す。但し、この交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、室温２０℃における交換バイアス磁界ＨuaRTの大きさによって規格化されたものである。また、図９〜図１１のいずれのグラフにおいても、実線、太い鎖線、および細い点線それぞれによって、交換結合エネルギＪiが１．３５×１０-8Ｊ／ｃｍ2、１．０８×１０-8Ｊ／ｃｍ2、および０．８１×１０-8Ｊ／ｃｍ2それぞれの場合における交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存性が示されている。
【００９７】
これらの図９〜図１１に示される９通りのいずれのケースにおいても、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、温度の上昇とともに単調に減少した。いずれのケースにおいても、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、温度が室温２０℃の場合の１から、温度の増大とともに単調に減少し、３００℃から３５０℃の範囲で０となった。この交換バイアス磁界Ｈuaの大きさが０となる温度が、反強磁性層とピンド層との間の界面における磁気的な異方性が消える、いわゆるブロッキング温度である。
【００９８】
図９〜図１１に示されるように、反強磁性層の異方性エネルギＫAFが上記３種類の値のいずれの値であっても、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさには、１００℃以上の温度で、交換結合エネルギＪiの大きさによる違いが見られた。その違いは、上記異方性エネルギＫAFが小さいほど顕著であり、この場合に、いずれの異方性エネルギＫAFにおいても、交換結合エネルギＪiが小さいほど、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaは大きかった。
【００９９】
実際、図１１に示されるように、上記異方性エネルギＫAFが１．０×１０-1Ｊ／ｃｍ3と大きな場合には、交換結合エネルギＪiが１．３５×１０-8Ｊ／ｃｍ2から０．８１×１０-8Ｊ／ｃｍ2まで低減されても、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、例えば２００℃の温度で、０．６５から０．７までの０．０５程度しか増大しなかった。しかし、図１０に示されるように、上記異方性エネルギＫAFが４．４×１０-2Ｊ／ｃｍ3と小さい場合には、交換結合エネルギＪiが１．３５×１０-8Ｊ／ｃｍ2から０．８１×１０-8Ｊ／ｃｍ2まで低減されると、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、同じく２００℃の温度で、０．５から０．６５まで、０．１５増大し、さらに、図９に示されるように、上記異方性エネルギＫAFが２．２×１０-2Ｊ／ｃｍ3とさらに小さい場合には、交換結合エネルギＪiが１．３５×１０-8Ｊ／ｃｍ2から０．８１×１０-8Ｊ／ｃｍ2まで低減されると、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、同じく２００℃の温度で、０．５５から０．８まで、０．２５増大した。
【０１００】
以上の数値計算結果から、交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、温度の上昇とともに減少するが、そのような交換バイアス磁界Ｈuaの大きさの減少は、交換結合エネルギＪiが小さいほど小さく抑えられ、その減少の抑制は、上記異方性エネルギＫAFが小さいほど有効に行われるとわかる。
【０１０１】
なお、上述したＰｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金は、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52（原子％）の組成で、上記異方性エネルギＫAFが２．２×１０-2Ｊ／ｃｍ3となる、小さな異方性エネルギＫAFを持つものであるため、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金からなる反強磁性層を有する磁気抵抗効果膜では、上記交換バイアス磁界Ｈuaの大きさの減少の抑制が有効に行われる。
【０１０２】
＜交換バイアス磁界の温度依存性の測定＞
次に、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存性の測定結果について説明する。
【０１０３】
交換バイアス磁界Ｈuaの測定は、ＶＳＭ（試料振動型磁力計）を用いて行った。測定対象となる試料は、ＶＳＭの、ヒータを備えたガラス容器中に格納し、温度を所定の値に保った状態で、その試料を移動させることにより試料に印加される磁界を変えて、図４に示すようなＭ−Ｈ曲線の１ループの測定を行った。このように測定されたＭ−Ｈ曲線から、その温度での交換バイアス磁界Ｈuaの大きさが求められる。そして、次の１ループ測定では、温度を前回の１ループ測定時とは異なる温度に保ちながら、温度以外は前回と同様にしてＭ−Ｈ曲線の１ループの測定を行い、さらに、同様に、様々な温度でＭ−Ｈ曲線の１ループの測定を繰り返した。これらの測定から、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存性を求めた。
【０１０４】
（測定Ａ）
測定には、Ｓｉ／ＳｉＯ2基板上にＴａからなる厚み５ｎｍの下地層を積層し、その下地層上にＣｏ88.2Ｆｅ9.8Ｂ2（原子％）からなるピンド層を積層し、そのピンド層上にＰｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52（原子％）からなる厚み２５ｎｍの反強磁性層を積層し、その反強磁性層上にＴａからなる厚み５ｎｍの保護層を積層してなる３種類の試料を用いた。これらの３種類の試料は、それぞれピンド層の厚みが２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍとなる、試料Ａ１、試料Ａ２、試料Ａ３である。これらの試料それぞれに対して、交換バイアス磁界Ｈuaの、２０℃〜３５０℃の間での温度依存性を測定した。
【０１０５】
（測定Ｂ）
測定には、Ｓｉ／ＳｉＯ2基板上にＴａからなる厚み５ｎｍの下地層を積層し、その下地層上にＣｏ88.2Ｆｅ9.8Ｂ2（原子％）からなる厚み２０ｎｍのピンド層を積層し、そのピンド層上にＰｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52（原子％）からなる厚み２５ｎｍの反強磁性層を積層し、その反強磁性層上にＴａからなる厚み５ｎｍの保護層を積層した試料Ｂ１と、試料Ｂ１のピンド層を、Ｎｉ81Ｆｅ19（原子％）からなる厚み２０ｎｍのピンド層に置き換えてなる試料Ｂ２とを用いた。これらの試料それぞれに対して、交換バイアス磁界Ｈuaの、２０℃〜３５０℃の間での温度依存性を測定した。
【０１０６】
（測定Ｃ）
測定には、Ｓｉ／ＳｉＯ2基板上にＴａからなる厚み５ｎｍの下地層を積層し、その下地層上にＣｏ88.2Ｆｅ9.8Ｂ2（原子％）からなる厚み５ｎｍのピンド層第１層を積層し、そのピンド層第１層上にＮｉ81Ｆｅ19（原子％）からなる厚み５ｎｍのピンド層第２層を積層し、そのピンド層第２層上にＰｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52（原子％）からなる厚み２５ｎｍの反強磁性層を積層し、その反強磁性層上にＴａからなる厚み５ｎｍの保護層を積層した試料Ｃ１と、測定Ｂで用いた試料Ｂ１とを用いた。これらの試料それぞれに対して、交換バイアス磁界Ｈuaの、２０℃〜３５０℃の間での温度依存性を測定した。
【０１０７】
図１２は、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の測定結果を数値計算結果とともに示す第１のグラフであり、測定Ａの結果が示される。図１３は、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の測定結果を示す第２のグラフであり、測定Ｂの結果が示される。図１４は、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の測定結果を示す第３のグラフであり、測定Ｃの結果が示される。
【０１０８】
図１２〜図１４の横軸は、いずれも試料の温度を表し、図１２〜図１４の縦軸は、いずれも試料の反強磁性層からピンド層に働く交換バイアス磁界Ｈuaの大きさを表す。但し、この交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、室温２０℃における交換バイアス磁界ＨuaRTの大きさによって規格化されている。なお、室温２０℃における交換バイアス磁界ＨuaRTの大きさは、上述した試料Ａ１〜試料Ｃ１の各試料でほとんど同じ大きさとなっている。
【０１０９】
図１２には、黒丸、白三角、および十字それぞれによって、上記試料Ａ１、試料Ａ２、および試料Ａ３それぞれに対する測定結果が示される。また、これらの試料Ａ１、試料Ａ２、および試料Ａ３の測定結果それぞれをシミュレートした数値計算結果が、実線、細い鎖線、および太い鎖線それぞれによって示される。この数値計算は、図９〜図１１に結果を示す数値計算と同様に行われ、実線、点線、および鎖線は、それぞれ交換結合エネルギＪiが１．５６×１０-8Ｊ／ｃｍ2、１．４８×１０-8Ｊ／ｃｍ2、１．２８×１０-8Ｊ／ｃｍ2である場合を示す。
【０１１０】
同図に示すように、試料Ａ１、試料Ａ２、および試料Ａ３の、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、いずれも、１００℃付近までゆるやかに増大し、１００℃付近から温度の上昇とともに単調に減少した。これらの試料のうち、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、十字で表される、ピンド層の厚みが最も薄い試料Ａ３において最大となった。例えば温度２００℃では、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、試料Ａ１において、０．４５であるが、試料Ａ３においては０．６まで増大した。
【０１１１】
また、これらの試料の測定結果をシミュレートする数値計算によって求められたそれぞれの規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさも、いずれも、これらの試料の測定結果と同様に、１００℃付近までゆるやかに増大し、１００℃付近から温度の上昇とともに単調に減少した。これらの数値計算結果によって求められた規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、鎖線で表される、交換結合エネルギＪiが最も小さい１．２８×１０-8Ｊ／ｃｍ2である場合に、最大となった。
【０１１２】
このように、試料Ａ３の交換バイアス磁界Ｈuaの大きさが、これらの３つの試料の交換バイアス磁界Ｈuaのうちで最大となったのは、試料Ａ３が、最もピンド層の厚みが薄いために、最も小さな交換結合エネルギＪiを有するものであることによって説明される。
【０１１３】
図１３には、黒丸および白三角それぞれによって、上記試料Ｂ１および試料Ｂ２それぞれに対する測定結果が示される。同図のグラフ中の実線は、試料Ｂ１の測定結果のガイドのための線であり、鎖線は、試料Ｂ２の測定結果のガイドのための線である。同図の黒丸に示すように、試料Ｂ１の規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、２０℃での値１から単調に減少して、３００℃〜３５０℃で０となった。また、同図の白三角に示すように、試料Ｂ２の規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、２０℃での値１から８０℃付近までゆるやかに増大し、８０℃付近から温度の上昇とともに単調に減少して、３００℃〜３５０℃で０となった。ここで、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、例えば温度２００℃では、試料Ｂ１において、０．４であるが、試料Ｂ２においては０．６まで増大した。
【０１１４】
この結果から、試料Ｂ１のように、ピンド層が、反強磁性層との間で強く交換結合する材料であるＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金からなるものである場合よりも、試料Ｂ２のように、ピンド層が、反強磁性層との間でＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金ほどは強く交換結合しないＮｉ−Ｆｅ合金からなるものである場合の方が、温度上昇に伴う規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさの減少は小さく抑制されるとわかる。
【０１１５】
また、この結果から、ピンド層が、上記試料Ｂ１のピンド層と同じ厚みを有するものであって、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金からなる層とＮｉ−Ｆｅ合金からなる層とからなる複合層である場合にも、上記試料Ｂ１より、交換バイアス磁界Ｈuaの大きさの減少は小さく抑制されると考えられる。
【０１１６】
図１４には、黒丸および白三角それぞれによって、上記試料Ｂ１および試料Ｃ１それぞれに対する測定結果が示される。同図のグラフ中の実線は、試料Ｂ１の測定結果のガイドのための線であり、鎖線は、試料Ｃ１の測定結果のガイドのための線である。
【０１１７】
試料Ｂ１の測定結果は、図１３の黒丸で示される試料Ｂ１の測定結果と同じである。同図の白三角に示す、試料Ｃ１の規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、試料Ｂ１の場合のその大きさと同様に、２０℃での値１から単調に減少して、３００℃〜３５０℃で０となった。ただし、試料Ｃ１の規格化された交換バイアス磁界Ｈuaは、温度上昇に伴う大きさの減少が試料Ｂ１の場合よりも小さかった。ここで、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの大きさは、例えば温度２００℃では、試料Ｂ１において、０．４であるが、試料Ｂ３においては０．６５まで増大した。
【０１１８】
この結果は、試料Ｃ１が、反強磁性層との間の交換結合がＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金ほど強くない材料であるＮｉ−Ｆｅ合金を含み、ピンド層全体の厚みが薄いという２つの要因が重なって生じたものであり、それらの２つのの要因の相乗効果で、試料Ｃ１では、規格化された交換バイアス磁界Ｈuaの、温度上昇に伴う大きさの減少が小さくなっている。
【０１１９】
＜ＭＲ比と抵抗変化の測定＞
最後に、上記試料Ｂ１のように、ピンド層がＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金のみからなる場合と、上記試料Ｃ１のように、ピンド層がＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金とＮｉ−Ｆｅ合金の２層膜からなる場合とのＭＲ比と抵抗変化Δρ／ｔの測定結果について説明する。
【０１２０】
【表１】
0004183887.tif 000002
表１の最左欄には、試料Ｄ１と試料Ｄ２が示されている。試料Ｄ２は、Ｓｉ／ＳｉＯ2基板上に、図３に示す磁気抵抗効果膜１０を形成した試料である。試料Ｄ１は、その試料Ｄ２のピンド層３を、Ｃｏ88.2Ｆｅ9.8Ｂ2（原子％）からなる厚み３ｎｍのピンド層に置き換えた従来の磁気抵抗効果膜からなる試料である。これらの試料には、図２に示したものと同様に、磁区制御層２４および電極２５が設置されている。
【０１２１】
表１の上段には、ＭＲ比と、抵抗変化Δρ／ｔが示されている。ＭＲ比は、試料Ｄ１、試料Ｄ２で、それぞれ８．１５％、８．２１％となっており、両試料においてほとんど変わらず、本発明に係る試料Ｄ２の方が大きい。抵抗変化Δρ／ｔも、ＭＲ比と同じく、試料Ｄ１、試料Ｄ２で、それぞれ１．３８、１．４５となっており、両試料においてほとんど変わらず、本発明に係る試料Ｄ２の方が大きい。
【０１２２】
この測定結果と上記測定Ａ〜Ｃの結果とから、反強磁性層との間で強く交換結合する材料であるＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金からなる層と、反強磁性層との間でＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金ほど強く交換結合しない材料であるＮｉ−Ｆｅ合金からなる層とによって構成されたピンド層を有する磁気抵抗効果膜の方が、このピンド層と同じ膜厚の、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金のみからなるピンド層を有する磁気抵抗効果膜よりも、ＭＲ比や抵抗変化Δρ／ｔが高い値に維持されながら、交換バイアス磁界Ｈuaの大きさの温度上昇に伴う減少が小さく抑えられることがわかる。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ピンド層の磁化を固定するピニング力の、温度上昇に伴う減少が小さく抑えられた磁気抵抗効果型ヘッド、およびそのような磁気抵抗効果型ヘッドを備えた情報再生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のハードディスク装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の磁気ヘッドの要部断面図である。
【図３】本実施形態の磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果膜の一例の断面図である。
【図４】交換バイアス磁界Ｈuaが存在する場合と存在しない場合それぞれのＭ−Ｈ曲線を示す図である。
【図５】ピンド層の磁化と反強磁性層の磁化の様子を示す概略図である。
【図６】本実施形態の磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果膜のピンド層の一断面図である。
【図７】本実施形態の磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果膜のピンド層の一断面図である。
【図８】本実施形態の磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果膜の一例の断面図である。
【図９】単位体積あたりの異方性エネルギＫAFが２．２×１０-2Ｊ／ｃｍ3である場合の、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の数値計算結果を示すグラフである。
【図１０】単位体積あたりの異方性エネルギＫAFが４．４×１０-2Ｊ／ｃｍ3である場合の、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の数値計算結果を示すグラフである。
【図１１】単位体積あたりの異方性エネルギＫAFが１．０×１０-1Ｊ／ｃｍ3である場合の、交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の数値計算結果を示すグラフである。
【図１２】交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の測定結果を数値計算結果とともに示す第１のグラフである。
【図１３】交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の測定結果を示す第２のグラフである。
【図１４】交換バイアス磁界Ｈuaの温度依存の測定結果を示す第３のグラフである。
【符号の説明】
１  下地層
１＿１  第１の下地層
１＿２  第２の下地層
２  反強磁性層
３，３’，３”  ピンド層
３＿１，３＿１’  第１のピンド層
３＿１＿１  第３の軟磁性層
３＿１＿２，３＿２＿２  逆結合層
３＿２，３＿２’  第２のピンド層
３＿２＿１  第１の軟磁性層
３＿２＿３  第２の軟磁性層
４  中間層
５  フリー層
６  フィルタ層
７  保護層
１０，１０’  磁気抵抗効果膜
２１  基板
２２  下部シールド層
２３  下部絶縁層
２４  磁区制御層
２５  電極
２６  上部絶縁層
２７  上部シールド層
３０  磁気ヘッド
１００  ＨＤＤ
１０１  ハウジング
１０２  回転軸
１０３  磁気ディスク
１０４  浮上ヘッドスライダ
１０５  アーム軸
１０６  キャリッジアーム
１０７  アクチュエータ
【図１】
0004183887.tif 000003
【図２】
0004183887.tif 000004
【図３】
0004183887.tif 000005
【図４】
0004183887.tif 000006
【図５】
0004183887.tif 000007
【図６】
0004183887.tif 000008
【図７】
0004183887.tif 000009
【図８】
0004183887.tif 000010
【図９】
0004183887.tif 000011
【図１０】
0004183887.tif 000012
【図１１】
0004183887.tif 000013
【図１２】
0004183887.tif 000014
【図１３】
0004183887.tif 000015
【図１４】
0004183887.tif 000016