(57)【要約】【課題】反強磁性層とその上に積層された固定層とを備えた交換結合膜において、反強磁性層と固定層との間で発生する交換結合磁界を大きくし、且つ固定層の保磁力を小さくする。【解決手段】ＭＲ素子５は、積層された反強磁性層５２、固定層５３、スペーサ層５４および自由層５５を備えている。反強磁性層５２は、順に積層された第１層５２１、第２層５２２および第３層５２３を含んでいる。第３層５２３は固定層５３に接している。第１層および第３層は、γ相を有するＦｅＭｎ合金によって構成され、第２層５２２は、γ相を有するＩｒＭｎ合金によって構成されている。【選択図】図１
2009193980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と、この反強磁性層の上に積層された強磁性材料よりなる固定層とを備え、前記固定層の磁化の方向が固定されている交換結合膜であって、
前記反強磁性層は、順に積層された第１層、第２層および第３層を含み、
前記第３層は前記固定層に接し、
前記第１層は第１の反強磁性材料によって構成され、
前記第２層は第２の反強磁性材料によって構成され、
前記第３層は第３の反強磁性材料によって構成され、
前記第１ないし第３の反強磁性材料は、いずれもγ相を有するＭｎ合金であり、且つ、同じ厚みを有する第１の反強磁性材料よりなる層、第２の反強磁性材料よりなる層、第３の反強磁性材料よりなる層の各々の上に前記固定層を積層した場合における前記固定層の保磁力をそれぞれＨｃ１、Ｈｃ２、Ｈｃ３としたときに、Ｈｃ２がＨｃ１およびＨｃ３よりも大きいという条件を満たす材料であることを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】
前記第１層および第３層の厚みはそれぞれ０．２〜１．６ｎｍの範囲内であり、前記第２層の厚みは４．５〜９．０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の交換結合膜。
【請求項３】
前記固定層を構成する強磁性材料は、ＣｏおよびＦｅを含むことを特徴とする請求項１または２記載の交換結合膜。
【請求項４】
反強磁性層と、この反強磁性層の上に積層された強磁性材料よりなる固定層とを備え、前記固定層の磁化の方向が固定されている交換結合膜であって、
前記反強磁性層は、順に積層された第１層、第２層および第３層を含み、
前記第３層は前記固定層に接し、
前記第１層および第３層は、それぞれγ相を有するＦｅＭｎ合金によって構成され、
前記第２層は、γ相を有するＩｒＭｎ合金によって構成されていることを特徴とする交換結合膜。
【請求項５】
前記第１層および第３層の厚みはそれぞれ０．２〜１．６ｎｍの範囲内であり、前記第２層の厚みは４．５〜９．０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項４記載の交換結合膜。
【請求項６】
前記固定層を構成する強磁性材料は、ＣｏおよびＦｅを含むことを特徴とする請求項４または５記載の交換結合膜。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の交換結合膜と、
非磁性材料よりなり、前記固定層の上に積層されたスペーサ層と、
前記スペーサ層の上に積層され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層とを備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
記録媒体に対向する媒体対向面と、
前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項７記載の磁気抵抗効果素子と
を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項８記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを弾性的に支持する支持装置と
を備えたことを特徴とするヘッドアセンブリ。
【請求項１０】
請求項８記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と
を備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反強磁性層とその上に積層された固定層とを備えた交換結合膜、ならびにこの交換結合膜を有する磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。
【０００４】
再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いたものが量産されている。
【０００５】
スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、一般的には、自由層と、固定層と、これらの間に配置されたスペーサ層と、固定層におけるスペーサ層とは反対側に配置された反強磁性層とを有している。自由層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。固定層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、固定層との交換結合により、固定層における磁化の方向を固定する層である。スペーサ層は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子においては非磁性導電層であり、ＴＭＲ素子においてはトンネルバリア層である。
【０００６】
ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドには、信号磁界検出用の電流（以下、センス電流という。）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流すＣＩＰ（Current In Plane）構造の再生ヘッドと、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向、例えばＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の再生ヘッドとがある。前述のＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドもＣＰＰ構造となる。
【０００７】
また、再生ヘッドは、ＭＲ素子を挟む一対のシールドを備えている。記録媒体に対向する媒体対向面における２つのシールド間の距離は、再生ギャップ長と呼ばれる。近年、記録密度の増大に伴い、再生ヘッドに対しては、トラック幅の縮小と、再生ギャップ長の縮小の要求が強くなってきている。再生ギャップ長を縮小するためには、ＭＲ素子を構成する各層の厚みを小さくすることが考えられる。
【０００８】
ところで、反強磁性層に用いられる反強磁性材料としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ（いずれもＭｎの含有率は約５０原子％）等のＭｎ合金が多く用いられている。反強磁性材料としてのＭｎ合金には、γ相を有する不規則結晶構造のＭｎ合金と、規則結晶構造のＭｎ合金とがある。一般的に、不規則結晶構造のＭｎ合金は熱処理が不要であり、規則結晶構造のＭｎ合金は熱処理が必要である。例えば非特許文献１に記載されているように、反強磁性層の材料として不規則結晶構造のＭｎ合金を用いる場合には、反強磁性層の材料として規則結晶構造のＭｎ合金を用いる場合に比べて、以下の３つの利点がある。第１の利点は、不規則結晶構造のＭｎ合金よりなる膜では、成膜したままの状態の膜（as-deposit膜）で固定層との交換結合が得られるため、反強磁性層の製造が容易なことである。第２の利点は、反強磁性層の熱処理が不要であることから、スピンバルブ構造の軟磁気特性の劣化がないことである。第３の利点は、磁場中熱処理によって自由層の軟磁性膜の磁気異方性が回転しないことである。
【０００９】
また、反強磁性層を２層または３層の積層膜とすることも種々提案されている。例えば特許文献１には、反強磁性層を２層の積層膜とする技術が記載されている。また、特許文献２および特許文献３には、反強磁性層を２層または３層の積層膜とする技術が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１９８９２７号公報
【特許文献２】特開２００１−２９７９１５号公報
【特許文献３】特開２００７−２６４８１号公報
【非特許文献１】薦田、外６名，「ＧＭＲ用磁性材料」，シャープ技報，平成１０年１２月，第７２号，ｐ．３３−３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、固定層は、微視的に見ると、それぞれ磁化を有する結晶粒の集合体である。このような固定層において、結晶粒毎の磁化の方向のばらつきが大きいと、ＭＲ素子の抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ比と記す。）が低下する。それは、固定層において、結晶粒毎の磁化の方向のばらつきが大きいと、磁化の方向が所望の方向からずれた部分が多く存在することになり、その部分におけるＭＲ比が低下し、その結果、ＭＲ素子全体のＭＲ比も低下するためである。
【００１２】
再生ギャップ長を縮小するために固定層の厚みを小さくしてゆくと、固定層に含まれる結晶粒の数が少なくなるため、結晶粒毎の磁化の方向のばらつきによるＭＲ比の低下が顕著に現れる。また、固定層において、結晶粒毎の磁化の方向のばらつきが大きくなると、固定層の保磁力が大きくなる。従って、固定層の保磁力は、固定層における結晶粒毎の磁化の方向のばらつきの大きさを示す指標となる。これらのことから、ＭＲ比を大きくするためには、固定層の保磁力は小さい方がよい。一方、ＭＲ素子を安定して動作させるためには、反強磁性層と固定層との間で発生する交換結合磁界は大きい方がよい。
【００１３】
しかしながら、反強磁性層の材料として、γ相を有する不規則結晶構造のＭｎ合金を用いる場合には、交換結合磁界を大きくすることと、固定層の保磁力を小さくすることは、トレードオフの関係にあることが分かった。例えば、反強磁性層の材料として、γ相を有するＦｅＭｎを用いる場合には、固定層の保磁力が１００Ｏｅ（１００×７９．６Ａ／ｍ）程度と小さくなるという利点があるが、交換結合磁界が２５０Ｏｅ（２５０×７９．６Ａ／ｍ）程度と小さくなりすぎるという問題が生じる。一方、反強磁性層の材料として、γ相を有するＩｒＭｎを用いた場合には、交換結合磁界が９５０Ｏｅ（９５０×７９．６Ａ／ｍ）程度と大きくなるという利点があるが、固定層の保磁力が１６０Ｏｅ（１６０×７９．６Ａ／ｍ）程度と大きくなるという問題が生じる。
【００１４】
なお、特許文献１ないし３には、交換結合磁界を大きくし、且つ固定層の保磁力を小さくするための反強磁性層の構成は記載されていない。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、反強磁性層とその上に積層された固定層とを備えた交換結合膜であって、反強磁性層と固定層との間で発生する交換結合磁界を大きくし、且つ固定層の保磁力を小さくすることができるようにした交換結合膜、ならびにこの交換結合膜を有する磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の発明の交換結合膜は、反強磁性層と、この反強磁性層の上に積層された強磁性材料よりなる固定層とを備え、固定層の磁化の方向が固定されているものである。この交換結合膜において、反強磁性層は、順に積層された第１層、第２層および第３層を含んでいる。第３層は固定層に接している。第１層は第１の反強磁性材料によって構成され、第２層は第２の反強磁性材料によって構成され、第３層は第３の反強磁性材料によって構成されている。第１ないし第３の反強磁性材料は、いずれもγ相を有するＭｎ合金であり、且つ、同じ厚みを有する第１の反強磁性材料よりなる層、第２の反強磁性材料よりなる層、第３の反強磁性材料よりなる層の各々の上に固定層を積層した場合における固定層の保磁力をそれぞれＨｃ１、Ｈｃ２、Ｈｃ３としたときに、Ｈｃ２がＨｃ１およびＨｃ３よりも大きいという条件を満たす材料である。
【００１７】
第２の発明の交換結合膜は、反強磁性層と、この反強磁性層の上に積層された強磁性材料よりなる固定層とを備え、固定層の磁化の方向が固定されているものである。この交換結合膜において、反強磁性層は、順に積層された第１層、第２層および第３層を含んでいる。第３層は固定層に接している。第１層および第３層は、それぞれγ相を有するＦｅＭｎ合金によって構成され、第２層は、γ相を有するＩｒＭｎ合金によって構成されている。
【００１８】
第１または第２の発明の交換結合膜において、第１層および第３層の厚みはそれぞれ０．２〜１．６ｎｍの範囲内であり、第２層の厚みは４．５〜９．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００１９】
第１または第２の発明の交換結合膜において、固定層を構成する強磁性材料は、ＣｏおよびＦｅを含んでいてもよい。
【００２０】
本発明の磁気抵抗効果素子は、第１または第２の発明の交換結合膜と、非磁性材料よりなり、固定層の上に積層されたスペーサ層と、スペーサ層の上に積層され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層とを備えたものである。
【００２１】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果素子とを備えたものである。
【００２２】
本発明のヘッドアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持する支持装置とを備えたものである。
【００２３】
本発明の磁気ディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２４】
第１または第２の発明の交換結合膜、もしくはこの交換結合膜を有する磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリまたは磁気ディスク装置によれば、本発明における反強磁性層の第１層ないし第３層を構成する各材料のいずれか１つよりなる単層の反強磁性層の上に固定層を積層する場合に比べて、反強磁性層と固定層との間で発生する交換結合磁界を大きくし、且つ固定層の保磁力を小さくすることが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明する。図２は薄膜磁気ヘッドの構成を示す断面図である。図３は薄膜磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。なお、図２は媒体対向面および基板の上面に垂直な断面を示している。また、図２において記号Ｔで示す矢印は、記録媒体の進行方向を表している。
【００２６】
図２に示したように、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０を備えている。また、図２および図３に示したように、薄膜磁気ヘッドは、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１と、この基板１の上に配置されたアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料よりなる絶縁層２と、この絶縁層２の上に配置された磁性材料よりなる第１の再生シールド３と、この第１の再生シールド３の上に配置されたＭＲ素子５と、このＭＲ素子５の２つの側部に図示しない絶縁膜を介して隣接するように配置された２つのバイアス磁界印加層６と、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置された絶縁層７とを備えている。ＭＲ素子５は、媒体対向面４０に配置された端部を有している。絶縁層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。薄膜磁気ヘッドは、更に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に配置された磁性材料よりなる第２の再生シールド８と、この第２の再生シールド８の上に配置されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層９とを備えている。第１の再生シールド３から第２の再生シールド８までの部分は、再生ヘッドを構成する。
【００２７】
ＭＲ素子５は、ＴＭＲ素子またはＣＰＰ構造のＧＭＲ素子になっている。このＭＲ素子５には、信号磁界検出用の電流であるセンス電流が、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流される。
【００２８】
薄膜磁気ヘッドは、更に、分離層９の上に配置された磁性材料よりなる磁性層１０と、磁性層１０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層１１とを備えている。磁性層１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。磁性層１０および絶縁層１１の上面は平坦化されている。
【００２９】
薄膜磁気ヘッドは、更に、磁性層１０および絶縁層１１の上に配置された絶縁膜１２と、この絶縁膜１２の上に配置されたヒーター１３と、絶縁膜１２との間でヒーター１３を挟むように絶縁膜１２およびヒーター１３の上に配置された絶縁膜１４とを備えている。ヒーター１３の機能および材料については、後で説明する。絶縁膜１２，１４は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。
【００３０】
薄膜磁気ヘッドは、更に、磁性層１０の上に配置された第１の記録シールド１５を備えている。第１の記録シールド１５は、磁性層１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。図２に示した例では、媒体対向面４０に垂直な方向についての第２層１５Ｂの長さが、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも小さくなっている。しかし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第２層１５Ｂの長さは、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さと等しくてもよいし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも大きくてもよい。
【００３１】
薄膜磁気ヘッドは、更に、絶縁膜１４の上に配置された導電材料よりなるコイル１６と、このコイル１６の巻線間およびコイル１６と第１層１５Ａとの間に充填された絶縁層１７と、第１層１５Ａ、コイル１６および絶縁層１７の周囲に配置された絶縁層１８とを備えている。コイル１６は、平面渦巻き形状をなしている。コイル１６は、中心側の端部近傍の部分であって、後述する他のコイルに接続される部分である接続部１６ａを含んでいる。絶縁層１７は、例えばフォトレジストによって形成されている。絶縁層１８は、例えばアルミナによって形成されている。第１層１５Ａ、コイル１６、絶縁層１７および絶縁層１８の上面は平坦化されている。
【００３２】
薄膜磁気ヘッドは、更に、接続部１６ａの上に配置された導電材料よりなる接続層１９と、第２層１５Ｂおよび接続層１９の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２０とを備えている。接続層１９は、第２層１５Ｂと同じ材料によって形成されていてもよい。第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上面は平坦化されている。
【００３３】
薄膜磁気ヘッドは、更に、第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上に配置された第１のギャップ層２３を備えている。この第１のギャップ層２３には、接続層１９の上面に対応する位置に開口部が形成されている。第１のギャップ層２３は、アルミナ等の非磁性且つ絶縁性の材料によって形成されている。
【００３４】
薄膜磁気ヘッドは、更に、第１のギャップ層２３の上に配置された磁性材料よりなる磁極層２４と、接続層１９の上に配置された導電材料よりなる接続層２５と、磁極層２４および接続層２５の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２６とを備えている。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。接続層２５は、第１のギャップ層２３の開口部を通して接続層１９に接続されている。接続層２５は、磁極層２４と同じ材料によって形成されていてもよい。
【００３５】
薄膜磁気ヘッドは、更に、非磁性材料よりなり、磁極層２４の上面の一部の上に配置された非磁性層４１を備えている。非磁性層４１は、例えば無機絶縁材料または金属材料よりなる。非磁性層４１として用いられる無機絶縁材料としては、アルミナ、ＳｉＯ2等がある。非磁性層４１として用いられる金属材料としては、Ｒｕ、Ｔｉ等がある。
【００３６】
薄膜磁気ヘッドは、更に、磁極層２４の一部および非磁性層４１の上に配置された第２のギャップ層２７を備えている。非磁性層４１および第２のギャップ層２７は、磁極層２４の上面のうち媒体対向面４０から離れた一部分と接続層２５の上面は覆っていない。第２のギャップ層２７は、アルミナ等の非磁性材料によって形成されている。
【００３７】
薄膜磁気ヘッドは、更に、第２のギャップ層２７の上に配置された第２の記録シールド２８を備えている。第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。
【００３８】
薄膜磁気ヘッドは、更に、媒体対向面４０から離れた位置において磁極層２４の上に配置された磁性材料よりなるヨーク層２９と、接続層２５の上に配置された導電材料よりなる接続層３０と、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および接続層３０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３１とを備えている。ヨーク層２９および接続層３０は、第１層２８Ａと同じ材料によって形成されていてもよい。第１層２８Ａ、ヨーク層２９、接続層３０および絶縁層３１の上面は平坦化されている。
【００３９】
薄膜磁気ヘッドは、更に、ヨーク層２９および絶縁層３１の上に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３２を備えている。絶縁層３２には、第１層２８Ａの上面を露出させる開口部と、ヨーク層２９の上面のうち媒体対向面４０から遠い端部の近傍の部分を露出させる開口部と、接続層３０の上面を露出させる開口部とが形成されている。
【００４０】
薄膜磁気ヘッドは、更に、絶縁層３２の上に配置された導電材料よりなるコイル３３を備えている。コイル３３は、平面渦巻き形状をなしている。コイル３３は、中心側の端部近傍の部分であって、コイル１６の接続部１６ａに接続される部分である接続部３３ａを含んでいる。接続部３３ａは、接続層３０に接続され、接続層１９，２５，３０を介して接続部１６ａに接続されている。
【００４１】
薄膜磁気ヘッドは、更に、コイル３３を覆うように配置された絶縁層３４を備えている。絶縁層３４は、例えばフォトレジストによって形成されている。第２の記録シールド２８の第２層２８Ｂは、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および絶縁層３４の上に配置され、第１層２８Ａとヨーク層２９とを接続している。
【００４２】
薄膜磁気ヘッドは、更に、第２層２８Ｂを覆うように配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなるオーバーコート層３５を備えている。磁性層１０から第２層２８Ｂまでの部分は、記録ヘッドを構成する。
【００４３】
以上説明したように、薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドと記録ヘッドは、基板１の上に積層されている。再生ヘッドは記録媒体の進行方向Ｔの後側（スライダにおける空気流入端側）に配置され、記録ヘッドは記録媒体の進行方向Ｔの前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。この薄膜磁気ヘッドでは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
【００４４】
再生ヘッドは、第１の再生シールド３および第２の再生シールド８と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面４０の近傍において第１の再生シールド３と第２の再生シールド８の間に配置されたＭＲ素子５とを備えている。ＭＲ素子５は、ＴＭＲ素子またはＣＰＰ構造のＧＭＲ素子になっている。第１の再生シールド３と第２の再生シールド８は、センス電流を、ＭＲ素子５に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。なお、第１の再生シールド３および第２の再生シールド８とは別に、ＭＲ素子５の上下に一対の電極を設けてもよい。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００４５】
記録ヘッドは、磁性層１０、第１の記録シールド１５、コイル１６、第１のギャップ層２３、磁極層２４、非磁性層４１、第２のギャップ層２７、第２の記録シールド２８、ヨーク層２９およびコイル３３を有している。第１の記録シールド１５と第２の記録シールド２８のうち、第１の記録シールド１５の方が基板１に近い位置に配置されている。また、磁極層２４と第２の記録シールド２８のうち、磁極層２４の方が基板１に近い位置に配置されている。
【００４６】
コイル１６，３３は、記録媒体に記録する情報に応じた磁界を発生する。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有し、コイル１６，３３によって発生された磁界に対応する磁束を通過させると共に、垂直磁気記録方式によって情報を記録媒体に記録するための記録磁界を発生する。
【００４７】
第１の記録シールド１５は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向Ｔの後側に配置された端面を有している。第１のギャップ層２３は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第１の記録シールド１５と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第１の記録シールド１５は、磁性層１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。コイル１６の一部は、磁性層１０と磁極層２４の間の空間を通過するように、第１層１５Ａの側方に配置されている。
【００４８】
磁性層１０は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能を有している。なお、図２には、磁性層１０の端面が媒体対向面４０に配置された例を示している。しかし、磁性層１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有する第１の記録シールド１５に接続されているので、磁性層１０の媒体対向面４０により近い端面が媒体対向面４０から離れた位置に配置されていてもよい。
【００４９】
媒体対向面４０において、第１の記録シールド１５の端面（第２層１５Ｂの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第１のギャップ層２３による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向Ｔの後側（スライダにおける空気流入端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第１の記録シールド１５の端面との間隔は、０．０５〜０．７μｍの範囲内であることが好ましく、０．１〜０．３μｍの範囲内であることがより好ましい。
【００５０】
第１の記録シールド１５は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。
【００５１】
第２の記録シールド２８は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向Ｔの前側に配置された端面を有している。第２のギャップ層２７は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第２の記録シールド２８と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。コイル３３の一部は、磁極層２４と第２の記録シールド２８によって囲まれた空間を通過するように配置されている。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置でヨーク層２９に接続されている。従って、第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置で、ヨーク層２９を介して磁極層２４に接続されている。磁極層２４、第２の記録シールド２８およびヨーク層２９は、コイル３３が発生する磁界に対応した磁束を通過させる磁路を形成する。
【００５２】
媒体対向面４０において、第２の記録シールド２８の端面（第１層２８Ａの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第２のギャップ層２７による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向Ｔの前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第２の記録シールド２８の端面との間隔は、第２の記録シールド２８がシールドとしての機能を十分に発揮することができるように、２００ｎｍ以下であることが好ましく、２５〜５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【００５３】
記録媒体に記録されるビットパターンの端部の位置は、媒体対向面４０における磁極層２４の第２のギャップ層２７側の端部の位置によって決まる。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。また、第２の記録シールド２８は、薄膜磁気ヘッドの外部から薄膜磁気ヘッドに印加された外乱磁界を取り込む。これにより、外乱磁界が磁極層２４に集中して取り込まれることによって記録媒体に対して誤った記録が行なわれることを防止することができる。また、第２の記録シールド２８は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能も有している。
【００５４】
なお、図２には、磁性層１０および第１の記録シールド１５が磁極層２４に接続されていない例を示している。しかし、磁性層１０と磁極層２４は、媒体対向面４０から離れた位置で接続されていてもよい。また、コイル１６は、記録ヘッドにおける必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。また、図２には、ヨーク層２９を、磁極層２４の上、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向Ｔの前側（スライダにおける空気流出端側）に配置した例を示している。しかし、ヨーク層２９は、磁極層２４の下、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向Ｔの後側（スライダにおける空気流入端側）に配置してもよい。
【００５５】
ヒーター１３は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面と記録媒体との間の距離を制御するために、磁極層２４を含む記録ヘッドの構成要素を加熱するものである。ヒーター１３には、図示しない２つのリードが接続されている。ヒーター１３は、例えば、Ｔａ膜、ＮｉＣｕ膜およびＴａ膜からなる積層膜や、ＮｉＣｒ膜によって形成されている。ヒーター１３は、２つのリードによって通電されて発熱し、記録ヘッドの構成要素を加熱する。これにより、記録ヘッドの構成要素が膨張し、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面が記録媒体に近づく。
【００５６】
なお、図２および図３には、垂直磁気記録方式用の記録ヘッドを示したが、本実施の形態における記録ヘッドは、長手磁気記録方式用の記録ヘッドであってもよい。
【００５７】
ここで、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の概略について説明する。本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、例えば、１枚の基板（ウェハ）に対して、複数の薄膜磁気ヘッドの構成要素を形成して、それぞれ後にスライダとなるスライダ予定部が複数列に配列された基礎構造物（substructure）を作製する。次に、この基礎構造物を切断して、１列に配列された複数のスライダ予定部を含むスライダ集合体を作製する。次に、基礎構造物を切断することによってスライダ集合体に形成された１つの面に対して研磨を行うことにより、スライダ集合体に含まれる各スライダ予定部に対して媒体対向面４０を形成する。次に、媒体対向面４０に浮上用レールを形成する。次に、複数のスライダ予定部が互いに分離されるようにスライダ集合体を切断して、それぞれ薄膜磁気ヘッドを含む複数のスライダを形成する。
【００５８】
次に、図１を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子５および再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は、再生ヘッドの媒体対向面４０に平行な断面を示す断面図である。
【００５９】
再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１の再生シールド３および第２の再生シールド８と、これら再生シールド３，８の間に配置されたＭＲ素子５と、絶縁膜４と、ＭＲ素子５の２つの側面に絶縁膜４を介して隣接するように配置され、ＭＲ素子５に対してバイアス磁界を印加する２つのバイアス磁界印加層６と、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置された絶縁層７（図２参照）とを備えている。絶縁膜４は、ＭＲ素子５の側面とバイアス磁界印加層６との間、および第１の再生シールド３とバイアス磁界印加層６との間に配置されている。
【００６０】
再生シールド３，８は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料によって形成されている。バイアス磁界印加層６は、硬磁性層や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成されている。具体的には、バイアス磁界印加層６は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成されている。絶縁膜４と絶縁層７は、例えばアルミナによって形成されている。
【００６１】
図１には、ＭＲ素子５の構成の一例を示している。このＭＲ素子５は、第１の再生シールド３の上に順に積層された下地層５１、反強磁性層５２、固定層５３、スペーサ層５４、自由層５５および保護層５６を備えている。
【００６２】
固定層５３は、強磁性材料よりなり、磁化の方向が固定された強磁性層である。固定層５３は、例えば、ＣｏおよびＦｅを含む強磁性材料によって構成されている。反強磁性層５２は、固定層５３との交換結合により、固定層５３の磁化の方向を固定する層である。反強磁性層５２の構成については、後で詳しく説明する。反強磁性層５２と固定層５３は、本実施の形態に係る交換結合膜５０を構成する。下地層５１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層５２と固定層５３との交換結合を良好にするために設けられる。下地層５１の厚みは、例えば２〜６ｎｍである。下地層５１としては、例えばＴａ層とＲｕ層との積層体が用いられる。
【００６３】
自由層５５は、強磁性材料よりなり、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。自由層５５の厚みは、例えば２〜１０ｎｍである。自由層５５は、積層された複数の強磁性層を含んでいてもよい。
【００６４】
スペーサ層５４は、非磁性材料によって構成されている。ＭＲ素子５がＣＰＰ構造のＧＭＲ素子である場合には、スペーサ層５４は非磁性導電層である。この場合のスペーサ層５４は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｕの非磁性導電材料、またはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等の酸化物半導体材料によって形成される。ＭＲ素子５がＴＭＲ素子である場合には、スペーサ層５４はトンネルバリア層である。この場合のスペーサ層５４は、アルミナ、ＳｉＯ2、ＭｇＯ等の絶縁材料によって形成される。保護層５６は、その下の各層を保護するための層である。
【００６５】
次に、図１に示した再生ヘッドの製造方法について説明する。この再生ヘッドの製造方法では、まず、絶縁層２の上に、めっき法等によって、所定のパターンの第１の再生シールド３を形成する。次に、第１の再生シールド３の上に、例えばスパッタ法によって、ＭＲ素子５を構成する各層となる膜を順に形成し、これらの膜の積層体を形成する。次に、積層体をエッチングによってパターニングして、ＭＲ素子５を形成する。次に、例えばスパッタ法によって、絶縁膜４とバイアス磁界印加層６を順に形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、第２の再生シールド８を形成する。
【００６６】
次に、反強磁性層５２の構成について詳しく説明する。反強磁性層５２は、下地層５１の上に順に積層された第１層５２１、第２層５２２および第３層５２３を含んでいる。第３層５２３は固定層５３に接している。第１層５２１は第１の反強磁性材料によって構成され、第２層５２２は第２の反強磁性材料によって構成され、第３層５２３は第３の反強磁性材料によって構成されている。第１ないし第３の反強磁性材料は、いずれもγ相を有する不規則結晶構造のＭｎ合金である。なお、反強磁性材料がγ相を有する不規則結晶構造のＭｎ合金であるか否かは、Ｘ線回折における回折ピークから判別することができる。
【００６７】
第１ないし第３の反強磁性材料は、同じ厚みを有する第１の反強磁性材料よりなる層、第２の反強磁性材料よりなる層、第３の反強磁性材料よりなる層の各々の上に固定層５３を積層した場合における固定層５３の保磁力を、それぞれＨｃ１、Ｈｃ２、Ｈｃ３としたときに、Ｈｃ２がＨｃ１およびＨｃ３よりも大きいという条件を満たす材料である。
【００６８】
また、第１の反強磁性材料および第３の反強磁性材料におけるＭｎの含有率は、第２の反強磁性材料におけるＭｎの含有率よりも小さい。
【００６９】
第１の反強磁性材料および第３の反強磁性材料は、例えば、γ相を有するＦｅＭｎ合金である。第２の反強磁性材料は、例えば、γ相を有するＩｒＭｎ合金である。第１および第３の反強磁性材料としてのγ相を有するＦｅＭｎ合金の組成は、Ｆｅの含有率が３０〜６０原子％、Ｍｎの含有率が４０〜７０原子％であることが好ましい。第２の反強磁性材料としてのγ相を有するＩｒＭｎ合金の組成は、Ｉｒの含有率が５〜４０原子％、Ｍｎの含有率が６０〜９５原子％であることが好ましい。
【００７０】
第１層５２１および第３層５２３の厚みは、それぞれ０．２〜１．６ｎｍの範囲内であることが好ましい。第２層５２２の厚みは、４．５〜９．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。第１層５２１および第３層５２３の厚みの好ましい範囲は、後で説明する第１の実験の結果に基づいて決定されている。第２層５２２の厚みの好ましい範囲は、後で説明する第２の実験の結果に基づいて決定されている。
【００７１】
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
【００７２】
再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、媒体対向面４０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、自由層５５の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。一方、固定層５３の磁化の方向は、媒体対向面４０に垂直な方向に固定されている。
【００７３】
ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じて自由層５５の磁化の方向が変化し、これにより、自由層５５の磁化の方向と固定層５３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２の再生シールド３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときのシールド３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００７４】
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態に係る交換結合膜５０、ＭＲ素子５および薄膜磁気ヘッドによれば、後で示す第１および第２の実験結果から分かるように、第１ないし第３の反強磁性材料のいずれか１つよりなる単層の反強磁性層の上に固定層５３を積層する場合に比べて、反強磁性層５２と固定層５３との間で発生する交換結合磁界を大きくし、且つ固定層５３の保磁力を小さくすることが可能になる。
【００７５】
以下、上記の第１および第２の実験について説明する。第１の実験は、本実施の形態の効果を確認すると共に第１層５２１および第３層５２３の厚みの好ましい範囲を求めるために行った実験である。第２の実験は、本実施の形態の効果を確認すると共に第２層５２２の厚みの好ましい範囲を求めるために行った実験である。
【００７６】
第１および第２の実験では、下記の表１に示す膜構成の複数のＭＲ素子の試料を作製した。試料は、Ｓｉ基板上に、スパッタ法によって、表１に示した各層を、表１における下から順に形成して積層体を形成した後、この積層体に対して熱処理を施すことによって作製した。熱処理は、２７０℃の温度で３時間行った。表１では、反強磁性層の第１層、第２層、第３層の材料を、それぞれＡＦ１、ＡＦ２、ＡＦ３と表記し、第１層、第２層、第３層の厚みをＴ１、Ｔ２、Ｔ３と表記している。これらの材料および厚みは、試料によって異なる。また、表１では、Ｃｏを７５原子％、Ｆｅを２５原子％含むＣｏＦｅ合金を、Ｃｏ75Ｆｅと表記している。なお、後で示すように、複数の試料には、複数の実施例の試料と、複数の比較例の試料とが含まれている。実施例の試料は、本実施の形態に係るＭＲ素子５の構成を有している。比較例の試料は、反強磁性層が１層または２層よりなるものであり、本実施の形態に係るＭＲ素子５の構成を有していない。
【００７７】
【表１】
2009193980.tif 000003
【００７８】
第１および第２の実験では、作製した複数の試料について、反強磁性層と固定層との間で発生する交換結合磁界Hexと固定層の保磁力Hc-pinとを測定した。ここで、第１および第２の実験における交換結合磁界Hexと固定層の保磁力Hc-pinの測定方法について、図４および図５を参照して説明する。第１および第２の実験では、試料に対して、反強磁性層との交換結合によって固定される固定層の磁化方向とは反対方向に、大きさが変化する磁界Ｈを印加しながら、試料の面積抵抗Ｒを測定して、磁界Ｈと試料の面積抵抗Ｒとの関係を示すヒステリシスループを作成した。面積抵抗Ｒは、四探針法によって測定した。図４は、磁界Ｈと面積抵抗Ｒとの関係を示すヒステリシスループの一例を示している。図４において、横軸は磁界Ｈであり、縦軸は面積抵抗Ｒである。磁界Ｈは、０から所定の大きさまで増加させた後、０まで減少させた。図４に示したヒステリシスループにおいて、符号１０１，１０２で示した部分は、磁界Ｈを増加させているときにおける面積抵抗Ｒの変化部分であり、符号１０３，１０４で示した部分は、磁界Ｈを減少させているときにおける面積抵抗Ｒの変化部分である。ここで、図４に示したように、試料に磁界Ｈを印加する前の状態における試料の面積抵抗の値をＲｓとし、ヒステリシスループにおける面積抵抗Ｒの最大値をＲmaxとする。また、任意の磁界Ｈが印加されている状態における試料の面積抵抗Ｒの値からＲｓを引いた値をΔＲｓとする。図４に示されるように、磁界Ｈを０から増加させていくと、符号１０１で示した部分において、自由層の磁化方向が、固定層の磁化方向とは反対方向になるように変化し、その結果、面積抵抗Ｒが最大値Ｒmaxまで増加する。磁界Ｈを更に増加させていくと、符号１０２で示した部分において、固定層の磁化方向が、自由層の磁化方向と同じ方向になるように変化し、その結果、面積抵抗Ｒが減少する。次に、磁界Ｈを減少させていくと、符号１０３で示した部分において、固定層の磁化方向が、反強磁性層との交換結合によって固定される磁化方向に戻るように変化し、その結果、面積抵抗が最大値Ｒmaxまで増加する。磁界Ｈを更に減少させていくと、符号１０４で示した部分において、自由層の磁化方向が、固定層の磁化方向と同じ方向になるように変化し、その結果、面積抵抗ＲがＲｓまで減少する。
【００７９】
ここで、ΔＲｓ／Ｒｓ×１００（％）の値をＭＲ値と定義し、磁界ＨとＭＲ値との関係を示すヒステリシスループを作成した。図５は、磁界ＨとＭＲ値との関係を示すヒステリシスループの一例を示している。図５において、横軸は磁界Ｈであり、縦軸はＭＲ値である。図５に示したヒステリシスループにおいて、符号１１１，１１２，１１３，１１４で示した各部分は、それぞれ、図４に示したヒステリシスループにおいて符号１０１，１０２，１０３，１０４で示した部分に対応する。ここで、図５に示したヒステリシスループにおけるＭＲ値の最大値ＭＲmaxと最小値０の差の５０％を最大値ＭＲmaxから引いた値をＭＲｃとする。また、図５に示したヒステリシスループのうち符号１１３で示した部分においてＭＲ値がＭＲｃとなるときの磁界Ｈの大きさをＨａとし、図５に示したヒステリシスループのうち符号１１２で示した部分においてＭＲ値がＭＲｃとなるときの磁界Ｈの大きさをＨｂとする。そして、交換結合磁界Hexと固定層の保磁力Hc-pinを、それぞれ下記の式（１）、（２）によって求めた。
【００８０】
Hex＝Ｈａ＋｜Ｈｂ−Ｈａ｜／２  …（１）
Hc-pin＝｜（Ｈｂ−Ｈａ）−（Ｈｂ−Ｈａ）／２｜  …（２）
【００８１】
また、第１および第２の実験では、作製した複数の試料について、Hex／Hc-pinの値を求めた。ＭＲ比が大きく且つ安定して動作するＭＲ素子を実現するためには、Hexの値は大きい方がよく、Hc-pinの値は小さい方がよいことから、Hex／Hc-pinの値は大きい方がよい。従って、Hex／Hc-pinは、ＭＲ比が大きく且つ安定して動作するＭＲ素子を実現するために要求される交換結合膜の性能を表す指標と言える。
【００８２】
第１の実験の結果を表２および表３に示す。表２において、試料Ａ１〜Ａ２７は実施例の試料であり、試料Ｃ１〜Ｃ８は比較例の試料である。表３において、試料Ａ３１〜Ａ６４は実施例の試料である。以下の説明では、Ｆｅを５０原子％、Ｍｎを５０原子％含むＦｅＭｎ合金をＦｅ50Ｍｎと表記し、Ｉｒを２２原子％、Ｍｎを７８原子％含むＩｒＭｎ合金をＩｒ22Ｍｎと表記する。また、以下の説明では、交換結合磁界Hexと保磁力Hc-pinの単位として“Ｏｅ”を用いているが、１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍの関係から、交換結合磁界Hexと保磁力Hc-pinの大きさは“Ａ／ｍ”を単位とした値に換算することができる。
【００８３】
【表２】
2009193980.tif 000004
【００８４】
【表３】
2009193980.tif 000005
【００８５】
表２および表３に示されるように、実施例の試料Ａ１〜Ａ２７，Ａ３１〜Ａ６４において、第１層５２１の材料ＡＦ１と第３層５２３の材料ＡＦ３は、それぞれ、γ相を有するＦｅＭｎ合金であるＦｅ50Ｍｎとなっている。また、実施例の試料Ａ１〜Ａ２７，Ａ３１〜Ａ６４において、第２層５２２の材料ＡＦ２は、γ相を有するＩｒＭｎ合金であるＩｒ22Ｍｎとなっている。
【００８６】
比較例の試料Ｃ１〜Ｃ３では、反強磁性層は、Ｉｒ22Ｍｎよりなる１つの層で構成されている。比較例の試料Ｃ４〜Ｃ６では、反強磁性層は、Ｆｅ50Ｍｎよりなる１つの層で構成されている。表２では、便宜上、試料Ｃ１〜Ｃ６における反強磁性層を構成する１つの層の材料および厚みを、第１層の欄に記載している。比較例の試料Ｃ７では、反強磁性層はＦｅ50Ｍｎよりなる層とその上に積層されたＩｒ22Ｍｎよりなる層の２層で構成されている。表２では、便宜上、試料Ｃ７における反強磁性層を構成する２つの層の材料および厚みを、第１層および第２層の欄に記載している。比較例の試料Ｃ８では、反強磁性層はＩｒ22Ｍｎよりなる層とその上に積層されたＦｅ50Ｍｎよりなる層の２層で構成されている。表２では、便宜上、試料Ｃ８における反強磁性層を構成する２つの層の材料および厚みを、第２層および第３層の欄に記載している。
【００８７】
本実施の形態において、第１層５２１を構成する第１の反強磁性材料、第２層５２２を構成する第２の反強磁性材料および第３層５２３を構成する第３の反強磁性材料は、同じ厚みを有する第１の反強磁性材料よりなる層、第２の反強磁性材料よりなる層、第３の反強磁性材料よりなる層の各々の上に固定層５３を積層した場合における固定層５３の保磁力を、それぞれＨｃ１、Ｈｃ２、Ｈｃ３としたときに、Ｈｃ２がＨｃ１およびＨｃ３よりも大きいという条件を満たす材料である。ここで、実施例の試料Ａ１〜Ａ２７，Ａ３１〜Ａ６４における第１層５２１の材料Ｆｅ50Ｍｎ、第２層５２２の材料Ｉｒ22Ｍｎおよび第３層５２３の材料Ｆｅ50Ｍｎが、上記の本実施の形態における第１ないし第３の反強磁性材料の要件を満たしていることについて説明する。
【００８８】
まず、表２において、反強磁性層が単層よりなり、且つその厚みが等しい試料Ｃ１と試料Ｃ４とを比較する。試料Ｃ１では、Ｉｒ22Ｍｎよりなる層の上に固定層５３が積層されている。試料Ｃ４では、Ｆｅ50Ｍｎよりなる層の上に固定層５３が積層されている。試料Ｃ１における固定層５３の保磁力Hc-pinは、試料Ｃ４における固定層５３の保磁力Hc-pinよりも大きい。
【００８９】
同様に、表２において、反強磁性層が単層よりなり、且つその厚みが等しい試料Ｃ２と試料Ｃ５とを比較する。試料Ｃ２では、Ｉｒ22Ｍｎよりなる層の上に固定層５３が積層されている。試料Ｃ５では、Ｆｅ50Ｍｎよりなる層の上に固定層５３が積層されている。試料Ｃ２における固定層５３の保磁力Hc-pinは、試料Ｃ５における固定層５３の保磁力Hc-pinよりも大きい。
【００９０】
更に、表２において、反強磁性層が単層よりなり、且つその厚みが等しい試料Ｃ３と試料Ｃ６とを比較する。試料Ｃ３では、Ｉｒ22Ｍｎよりなる層の上に固定層５３が積層されている。試料Ｃ６では、Ｆｅ50Ｍｎよりなる層の上に固定層５３が積層されている。試料Ｃ３における固定層５３の保磁力Hc-pinは、試料Ｃ６における固定層５３の保磁力Hc-pinよりも大きい。
【００９１】
これらのことから、実施例の試料Ａ１〜Ａ２７，Ａ３１〜Ａ６４における第１層５２１の材料Ｆｅ50Ｍｎ、第２層５２２の材料Ｉｒ22Ｍｎおよび第３層５２３の材料Ｆｅ50Ｍｎは、本実施の形態における第１ないし第３の反強磁性材料の要件を満たしていることが分かる。
【００９２】
次に、比較例の試料Ｃ７，Ｃ８と実施例の試料Ａ１〜Ａ１０について考察する。試料Ｃ７における反強磁性層は、Ｆｅ50Ｍｎよりなる層とその上に積層されたＩｒ22Ｍｎよりなる層の２層で構成されている。試料Ｃ８における反強磁性層は、Ｉｒ22Ｍｎよりなる層とその上に積層されたＦｅ50Ｍｎよりなる層の２層で構成されている。反強磁性層が単層よりなる試料Ｃ１〜Ｃ６の中でHex／Hc-pinの値を比較すると、試料Ｃ２のHex／Hc-pinの値が最も大きい。試料Ｃ７，Ｃ８のHex／Hc-pinの値は、試料Ｃ２に比べて小さい。一方、試料Ａ２〜Ａ９のHex／Hc-pinの値は、試料Ｃ２に比べて大きい。このことから、Hex／Hc-pinの値を大きくするためには、試料Ｃ７，Ｃ８のように反強磁性層を２層で構成しても効果はなく、本実施の形態のように反強磁性層を３層で構成することが効果的であることが分かる。なお、第３層５２３の厚みが０．１ｎｍである試料Ａ１と、第１層５２１の厚みが０．１ｎｍである試料Ａ１０では、Hex／Hc-pinの値が試料Ｃ２に比べて小さくなっている。このことから、本実施の形態のように反強磁性層を３層で構成する場合でも、第１層５２１または第３層５２３の厚みが０．１ｎｍまで小さくなると、Hex／Hc-pinの値を大きくする効果は、あまり発揮されないと考えられる。これは、第１層５２１または第３層５２３の厚みが小さすぎると、第１層５２１または第３層５２３において、望ましい配向の結晶粒の比率が大きくならないためと考えられる。
【００９３】
次に、表２に示した実施例の試料Ａ１１〜Ａ２７と表３に示した実施例の試料Ａ３１〜Ａ６４について考察する。これらの試料では、第１層５２１の厚みと第３層５２３の厚みを、それぞれ０．１〜１．７ｎｍの範囲で変化させている。第１層５２１の厚みと第３層５２３の厚みが共に０．１ｎｍである試料Ａ１１と、第１層５２１の厚みと第３層５２３の厚みが共に１．７ｎｍである試料Ａ２７と、第３層５２３の厚みが０．１ｎｍである試料Ａ３１と、第３層５２３の厚みが１．７ｎｍである試料Ａ４７と、第１層５２１の厚みが０．１ｎｍである試料Ａ４８と、第１層５２１の厚みが１．７ｎｍである試料Ａ６４では、Hex／Hc-pinの値が試料Ｃ２に比べて小さくなっている。これに対し、第１層５２１の厚みと第３層５２３の厚みが共に０．２〜１．６ｎｍの範囲内である試料Ａ１２〜Ａ２６、Ａ３２〜Ａ４６、Ａ４９〜Ａ６３では、Hex／Hc-pinの値が試料Ｃ２に比べて大きくなっている。これらのことから、本実施の形態における反強磁性層５２の構成において、第１層５２１の厚みと第３層５２３の厚みが、いずれも０．２〜１．６ｎｍの範囲内であれば、Hex／Hc-pinの値を大きくする効果が発揮されることが分かる。
【００９４】
次に、第２の実験の結果について説明する。第２の実験の結果を表４に示す。表４において、試料Ａ７１〜Ａ９４は実施例の試料であり、試料Ｃ１〜Ｃ６は比較例の試料である。試料Ａ７１〜Ａ９４では、第２層５２２の厚みを、４．０〜９．５ｎｍの範囲で変化させている。なお、第２の実験における試料Ｃ１〜Ｃ６は、第１の実験における試料Ｃ１〜Ｃ６と同じである。
【００９５】
【表４】
2009193980.tif 000006
【００９６】
表４に示されるように、第２層５２２の厚みが４．０ｎｍである試料Ｃ７１と、第２層５２２の厚みが９．５ｎｍである試料Ｃ８２と、第２層５２２の厚みが４．０ｎｍである試料Ｃ８３と、第２層５２２の厚みが９．５ｎｍである試料Ｃ９４では、試料Ｃ２に比べて、Hex／Hc-pinの値が小さくなっている。これに対し、第２層５２２の厚みが４．５〜９．０ｎｍの範囲内である試料Ａ７２〜Ａ８１、Ａ８４〜Ａ９３では、試料Ｃ２に比べて、Hex／Hc-pinの値が大きくなっているが、これらのことから、本実施の形態における反強磁性層５２の構成において、第２層５２２の厚みが４．５〜９．０ｎｍの範囲内であれば、Hex／Hc-pinの値を大きくする効果が発揮されることが分かる。
【００９７】
以上の第１および第２の実験の結果から、第１層５２１および第３層５２３の厚みはそれぞれ０．２〜１．６ｎｍの範囲内であることが好ましく、第２層５２２の厚みは４．５〜９．０ｎｍの範囲内であることが好ましいと言える。
【００９８】
なお、本実施の形態に係る交換結合膜５０において、反強磁性層５２の第２層５２２は、主に、交換結合磁界Hexを大きくする機能を有する。反強磁性層５２の第３層５２３は、反強磁性層５２と固定層５３の結晶格子を整合させ、反強磁性層５２と固定層５３の双方の結晶性を良好にする機能があると考えられる。そして、この機能により、固定層５３の保磁力Hc-pinが小さくなると考えられる。また、反強磁性層５２の第１層５２１は、第２層５２２に対するシード層の役割を果たし、第２層５２２の結晶粒の微細化と均一化を促す機能があると考えられる。そして、この機能により、交換結合磁界Hexの増加と固定層５３の保磁力Hc-pinの低下の効果が得られると考えられる。これらのことから、交換結合磁界Hexを増加させ且つ固定層５３の保磁力Hc-pinを低下させて、Hex／Hc-pinの値を大きくするためには、本実施の形態で規定された要件を満たす第１層５２１、第２層５２２および第３層５２３の３層で反強磁性層５２を構成することが効果的である。
【００９９】
以下、本実施の形態に係るヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置について説明する。まず、図６を参照して、ヘッドアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。磁気ディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体である磁気ディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図２における基板１およびオーバーコート層３５からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、磁気ディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面４０が形成されている。磁気ディスクが図６におけるｚ方向に回転すると、磁気ディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図６におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって磁気ディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図６におけるｘ方向は、磁気ディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図６における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
【０１００】
次に、図７を参照して、本実施の形態に係るヘッドアセンブリについて説明する。本実施の形態に係るヘッドアセンブリは、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置とを備えている。このヘッドアセンブリの態様には、以下で説明するヘッドジンバルアセンブリとヘッドアームアセンブリが含まれる。
【０１０１】
まず、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置としてのサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【０１０２】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【０１０３】
図７は、本実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【０１０４】
次に、図８および図９を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係る磁気ディスク装置について説明する。図８は磁気ディスク装置の要部を示す説明図、図９は磁気ディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気ディスク装置に組み込まれる。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の磁気ディスク２６２を有している。磁気ディスク２６２毎に、磁気ディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共に磁気ディスク２６２に対して位置決めする。
【０１０５】
本実施の形態に係る磁気ディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を磁気ディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、磁気ディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、磁気ディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【０１０６】
本実施の形態に係るヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。
【０１０７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。
【０１０８】
また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
【０１０９】
また、本発明は、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッドとして利用されるＭＲ素子に限らず、種々の用途のＭＲ素子全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の一実施の形態における再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における交換結合磁界と固定層の保磁力の測定方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態における交換結合磁界と固定層の保磁力の測定方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドを含むスライダを示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る磁気ディスク装置の要部を説明するための説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る磁気ディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…基板、２…絶縁層、３…第１の再生シールド、４…絶縁膜、５…ＭＲ素子、６…バイアス磁界印加層、７…絶縁層、８…第２の再生シールド、４０…媒体対向面、５０…交換結合膜、５２…反強磁性層、５３…固定層、５４…スペーサ層、５５…自由層、５２１…第１層、５２２…第２層、５２３…第３層。
【図１】
2009193980.tif 000007
【図２】
2009193980.tif 000008
【図３】
2009193980.tif 000009
【図４】
2009193980.tif 000010
【図５】
2009193980.tif 000011
【図６】
2009193980.tif 000012
【図７】
2009193980.tif 000013
【図８】
2009193980.tif 000014
【図９】
2009193980.tif 000015