JP3490367B2 - Spin valve thin film magnetic element, thin film magnetic head, floating magnetic head, and method of manufacturing spin valve thin film magnetic element - Google Patents
Spin valve thin film magnetic element, thin film magnetic head, floating magnetic head, and method of manufacturing spin valve thin film magnetic elementInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ型薄
膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及び浮上式磁気ヘッド並
びにスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法に関するも
のであり、特に、アシンメトリー(Asymmetry)を0に
することが可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin-valve thin-film magnetic element, a thin-film magnetic head, a floating magnetic head, and a method of manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element. The present invention relates to a spin-valve thin film magnetic element that can be manufactured.
【0002】[0002]
【従来の技術】磁気抵抗効果型の磁気ヘッドには、異方
性磁気抵抗効果を示す素子を備えたAMR(Anisotropi
c Magnetoresistive)ヘッドと巨大磁気抵抗効果を示す
素子を備えたGMR(Giant Magnetoresistive)ヘッド
とがある。AMRヘッドにおいては、磁気抵抗効果を示
す素子が磁性体からなる単層構造とされている。一方、
GMRヘッドにおいては、磁気抵抗効果を示す素子が複
数の材料が積層されてなる多層構造とされている。巨大
磁気抵抗効果を生み出す構造にはいくつかの種類がある
が、比較的構造が単純で、微弱な外部磁界に対して抵抗
変化率が高いものとしてスピンバルブ型薄膜磁気素子が
ある。スピンバルブ型薄膜磁気素子には、シングルスピ
ンバルブ薄膜磁気素子とデュアルスピンバルブ型薄膜磁
気素子とがある。2. Description of the Related Art A magnetoresistive effect type magnetic head has an AMR (Anisotropi) which is provided with an element exhibiting an anisotropic magnetoresistive effect.
There is a c Magnetoresistive) head and a GMR (Giant Magnetoresistive) head provided with an element exhibiting a giant magnetoresistive effect. In the AMR head, the element exhibiting the magnetoresistive effect has a single layer structure made of a magnetic material. on the other hand,
The GMR head has a multilayer structure in which elements exhibiting a magnetoresistive effect are laminated with a plurality of materials. There are several types of structures that generate the giant magnetoresistive effect, but there is a spin-valve thin-film magnetic element that has a relatively simple structure and a high resistance change rate with respect to a weak external magnetic field. The spin valve thin film magnetic element includes a single spin valve thin film magnetic element and a dual spin valve thin film magnetic element.
【0003】図16及び図17に、従来のスピンバルブ
型薄膜素子の断面模式図を示す。尚、図16は記録媒体
側から見た断面模式図であり、図17はトラック幅方向
から見た断面模式図である。なお、図16及び図17に
おいて、図示X1方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子の
トラック幅方向であり、図示Y方向は磁気記録媒体から
の漏れ磁界の方向であり、図示Z方向は磁気記録媒体の
移動方向である。FIG. 16 and FIG. 17 show schematic sectional views of a conventional spin valve thin film element. 16 is a schematic sectional view seen from the recording medium side, and FIG. 17 is a schematic sectional view seen from the track width direction. 16 and 17, the X1 direction in the figure is the track width direction of the spin-valve thin film magnetic element, the Y direction in the figure is the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium, and the Z direction in the figure is the direction of the magnetic recording medium. The direction of movement.
【0004】図16及び図17に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子13は、フリー磁性層を中心としてその厚さ
方向両側に非磁性導電層、固定磁性層及び反強磁性層が
1層づつ積層された、いわゆるデュアルスピンバルブ型
薄膜磁気素子である。The spin-valve thin-film magnetic element 13 shown in FIGS. 16 and 17 has a non-magnetic conductive layer, a pinned magnetic layer and an antiferromagnetic layer laminated one on each side of the free magnetic layer in the thickness direction. It is a so-called dual spin valve type thin film magnetic element.
【0005】このスピンバルブ型薄膜磁気素子13は、
絶縁層264上に下地層115が積層され、この下地層
115上に、第2反強磁性層172、第2固定磁性層1
51、第2非磁性導電層132、フリー磁性層141、
第1非磁性導電層131、第1固定磁性層121、第1
反強磁性層171及びキャップ層114が順次積層され
てなるものである。また、図16に示すように、下地層
115からキャップ層114よりなる積層体の図示X1
方向両側には、導電層116、116と中間層117、
117とバイアス層118、118とバイアス下地層1
19、119とが形成されている。The spin valve thin film magnetic element 13 is
The underlayer 115 is laminated on the insulating layer 264, and the second antiferromagnetic layer 172 and the second pinned magnetic layer 1 are formed on the underlayer 115.
51, the second non-magnetic conductive layer 132, the free magnetic layer 141,
First non-magnetic conductive layer 131, first pinned magnetic layer 121, first
The antiferromagnetic layer 171 and the cap layer 114 are sequentially laminated. In addition, as shown in FIG. 16, a layered structure including the base layer 115 to the cap layer 114 is illustrated in FIG.
On both sides in the direction, the conductive layers 116, 116 and the intermediate layer 117,
117 and bias layer 118, 118 and bias base layer 1
19, 119 are formed.
【0006】第1、第2固定磁性層121、151は、
第1、第2反強磁性層171、172とのそれぞれの界
面にて発現する交換異方性磁界により磁化されており、
これらの磁化方向は、図示Y方向に固定されている。The first and second pinned magnetic layers 121 and 151 are
It is magnetized by the exchange anisotropic magnetic field developed at the respective interfaces with the first and second antiferromagnetic layers 171 and 172,
These magnetization directions are fixed in the Y direction in the figure.
【0007】フリー磁性層141は、バイアス層11
8、118によって単磁区化され、その磁化方向が図示
X1方向の反対方向、すなわち第1、第2固定磁性層1
21、151の磁化方向の交叉方向に揃えられている。
フリー磁性層141が単磁区化されることにより、バル
クハウゼンノイズの発生が防止される。The free magnetic layer 141 is the bias layer 11
8, 118, and the magnetization direction thereof is opposite to the X1 direction in the drawing, that is, the first and second pinned magnetic layers 1
21 and 151 are aligned in the crossing direction of the magnetization directions.
By making the free magnetic layer 141 into a single magnetic domain, generation of Barkhausen noise is prevented.
【0008】このスピンバルブ型薄膜磁気素子13にお
いては、導電層116、116からフリー磁性層14
1、第1、第2非磁性導電層131、132及び第1、
第2固定磁性層121、151に検出電流が与えられ、
フリー磁性層141にZ方向に走行する磁気記録媒体か
らの漏れ磁界が図示Y方向に沿って与えられると、フリ
ー磁性層141の磁化方向がX1方向の反対方向からY
方向に向けて変動する。このフリー磁性層141内での
磁化方向の変動と第1、第2固定磁性層121、151
の磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗変化
に基づく電圧変化により磁気記録媒体からの漏れ磁界が
検出される。In the spin-valve thin-film magnetic element 13, the conductive layers 116, 116 to the free magnetic layer 14 are used.
First, first and second non-magnetic conductive layers 131, 132 and first,
A detection current is applied to the second pinned magnetic layers 121 and 151,
When a leakage magnetic field from the magnetic recording medium traveling in the Z direction is applied to the free magnetic layer 141 along the Y direction in the figure, the magnetization direction of the free magnetic layer 141 is changed from the opposite direction of the X1 direction to the Y direction.
It fluctuates in the direction. Variation of the magnetization direction in the free magnetic layer 141 and the first and second pinned magnetic layers 121 and 151.
The electric resistance changes in relation to the magnetization direction of the magnetic field, and the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is detected by the voltage change based on this resistance change.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスピン
バルブ型薄膜磁気素子13においては、図18に示すよ
うに、記録媒体からの外部磁界が印加されない状態にお
いて、フリー磁性層141の磁化方向H3と第1、第2
固定磁性層121、151の磁化方向H1、H2とが直交
していることが理想的であるが、実際には、第1、第2
固定磁性層121、151から漏れた双極子磁界H4、
H5が、図示Y方向の反対方向からフリー磁性層141
に侵入し、この双極子磁界H4、H5が、H3をY方向の
反対方向に傾けてH6としてしまうため、このフリー磁
性層141の磁化方向H6と第1、第2固定磁性層12
1、151の磁化方向H1、H2を直交させることができ
なくなって、再生波形の非対称性、即ちアシンメトリー
(Asymmetry)が大きくなるという問題があった。However, in the conventional spin-valve type thin film magnetic element 13, as shown in FIG. 18, the magnetization direction H of the free magnetic layer 141 is not applied to the external magnetic field from the recording medium. 3 and 1st, 2nd
Ideally, the magnetization directions H 1 and H 2 of the pinned magnetic layers 121 and 151 are orthogonal to each other, but in reality, the first and second
Dipole magnetic field H 4 leaked from the fixed magnetic layers 121 and 151,
H 5 is applied to the free magnetic layer 141 from the direction opposite to the Y direction in the figure.
And the dipole magnetic fields H 4 and H 5 incline H 3 to the opposite direction of the Y direction to H 6 , so that the magnetization direction H 6 of the free magnetic layer 141 and the first and second fixed magnetism. Layer 12
There is a problem that the magnetization directions H 1 and H 2 of Nos. 1 and 151 cannot be made orthogonal to each other, and the asymmetry of the reproduced waveform, that is, asymmetry is increased.
【0010】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、フリー磁性層の磁化方向の傾きを防止して、
アシンメトリー(Asymmetry)を小さくすることが可能
なスピンバルブ型薄膜磁気素子及びこのスピンバルブ型
薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド及びこの薄膜磁気
ヘッドを備えた浮上式磁気ヘッド並びにスピンバルブ型
薄膜磁気素子の製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents inclination of the magnetization direction of the free magnetic layer,
Spin valve thin film magnetic element capable of reducing asymmetry, thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element, floating magnetic head including the thin film magnetic head, and spin valve thin film magnetic element It aims at providing the manufacturing method of.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明のスピン
バルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層の厚さ方向両側
にそれぞれ非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが
順次積層されるとともに、前記フリー磁性層と前記一対
の非磁性導電層と前記一対の固定磁性層に検出電流を与
える一対の導電層と、前記フリー磁性層の磁化方向を揃
える一対のバイアス層とを備えてなり、前記フリー磁性
層は、2L(ただしLは1以上の整数)以上の強磁性層
と、これらの強磁性層の間に挿入される非磁性中間層と
が積層されてなるとともに、隣接する各強磁性層のそれ
ぞれの磁化方向が反平行とされて全体がフェリ磁性状態
とされ、一方の前記固定磁性層は、2M(ただしMは1
以上の整数)以上の強磁性層と、これらの強磁性層の間
に挿入される非磁性層とが積層されてなるとともに、隣
接する各強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平行とされ
て全体がフェリ磁性状態とされ、かつ該一方の固定磁性
層全体の磁化方向が、隣接する一方の前記反強磁性層と
の交換結合磁界により前記フリー磁性層全体の磁化方向
の交叉方向に固定され、他方の前記固定磁性層は、強磁
性層からなる単層構造、または、2N+1(ただしNは
1以上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間
に挿入される非磁性層とが積層されるとともに隣接する
各強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体
がフェリ磁性状態とされた積層構造、のいずれかによっ
て構成され、かつ該他方の固定磁性層全体の磁化方向
が、隣接する他方の前記反強磁性層との交換結合磁界に
より前記一方の固定磁性層の磁化方向の反平行方向に固
定され、前記一方の固定磁性層を構成する強磁性層のう
ち最もフリー磁性層に近い強磁性層の磁化方向と、前記
他方の固定磁性層を構成する強磁性層のうち最もフリー
磁性層に近い強磁性層の磁化方向とが反平行であること
を特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention has the following constitutions. In the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked on both sides of the free magnetic layer in the thickness direction, and the free magnetic layer and the pair of It comprises a non-magnetic conductive layer, a pair of conductive layers for applying a detection current to the pair of pinned magnetic layers, and a pair of bias layers for aligning the magnetization directions of the free magnetic layers. L is an integer of 1 or more) and a non-magnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are opposite to each other. The whole is made to be in a ferrimagnetic state by being made parallel, and one of the pinned magnetic layers is 2M (where M is 1).
A ferromagnetic layer of at least the above integer) and a non-magnetic layer inserted between these ferromagnetic layers are laminated, and the magnetization directions of adjacent ferromagnetic layers are antiparallel. The whole is in a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the one fixed magnetic layer is fixed in the cross direction of the magnetization directions of the entire free magnetic layer by the exchange coupling magnetic field with the adjacent one antiferromagnetic layer. The other fixed magnetic layer is a single layer structure composed of a ferromagnetic layer, or a ferromagnetic layer of 2N + 1 (where N is an integer of 1 or more) or more and a non-magnetic layer inserted between these ferromagnetic layers. And a laminated structure in which the respective magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are antiparallel to each other and the whole is in a ferrimagnetic state, and the other pinned magnetic layer If the magnetization direction is A ferromagnetic layer which is pinned in an antiparallel direction to the magnetization direction of the one pinned magnetic layer by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer and is closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers forming the one pinned magnetic layer. The magnetization direction of the layer is antiparallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers forming the other fixed magnetic layer.
【0012】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、一方の固定磁性層が2Lの強磁性層、即ち偶数個の
強磁性層からなり、他方の固定磁性層が1または2N+
1の強磁性層、即ち奇数個の強磁性層からなり、これら
の固定磁性層のそれぞれの磁化方向を反平行にすると同
時に、各固定磁性層を構成する各強磁性層のうち最もフ
リー磁性層に近い強磁性層の磁化方向を反平行とするの
で、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向の
直交方向に揃えることが可能となる。フリー磁性層の磁
化方向は、通常はバイアス層によって一方向に揃えらる
が、フリー磁性層を挟む固定磁性層の磁化によってその
磁化方向が傾き、アシンメトリーが小さくならない場合
がある。従って上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子によ
れば、フリー磁性層の磁化方向が、固定磁性層の磁化に
よる影響を受けにくくなり、アシンメトリーを小さくす
ることが可能になる。According to such a spin-valve thin-film magnetic element, one pinned magnetic layer is a 2 L ferromagnetic layer, that is, an even number of ferromagnetic layers, and the other pinned magnetic layer is 1 or 2N +.
One ferromagnetic layer, that is, an odd number of ferromagnetic layers, the magnetization directions of these pinned magnetic layers are made antiparallel, and at the same time, the most free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting each pinned magnetic layer. Since the magnetization direction of the ferromagnetic layer close to is close to the antiparallel direction, the magnetization direction of the free magnetic layer can be aligned with the direction perpendicular to the magnetization direction of the fixed magnetic layer. The magnetization direction of the free magnetic layer is normally aligned in one direction by the bias layer, but the magnetization direction may be tilted due to the magnetization of the pinned magnetic layers sandwiching the free magnetic layer, and the asymmetry may not be reduced. Therefore, according to the above spin-valve thin film magnetic element, the magnetization direction of the free magnetic layer is less likely to be affected by the magnetization of the pinned magnetic layer, and the asymmetry can be reduced.
【0013】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記一方の固定磁性層を構成する強磁性層のうち最
もフリー磁性層に近い強磁性層と前記フリー磁性層とが
強磁性層間結合することにより生じる強磁性交換結合磁
界の磁界モーメントHb1の方向と、前記他方の固定磁性
層を構成する強磁性層のうち最もフリー磁性層に近い強
磁性層と前記フリー磁性層とが強磁性層間結合すること
により生じる強磁性交換結合磁界の磁界モーメントHb2
の方向とが、前記フリー磁性層において反平行とされて
いることを特徴とする。The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention is the spin-valve thin-film magnetic element described above, which is the closest to the free magnetic layer of the ferromagnetic layers constituting the one fixed magnetic layer. The direction of the magnetic field moment Hb1 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by the ferromagnetic layer and the free magnetic layer coupling between the ferromagnetic layers, and the most free magnetic layer among the ferromagnetic layers forming the other fixed magnetic layer. The magnetic field moment Hb2 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by the coupling between the ferromagnetic layers close to each other and the free magnetic layer.
Is parallel to the direction of the free magnetic layer.
【0014】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、一方及び他方の固定磁性層を構成するとともにフリ
ー磁性層に近い各強磁性層とフリー磁性層との間で生じ
る強磁性層間結合磁界の磁界モーメントHb1、Hb2の方
向がフリー磁性層において反平行とされているので、強
磁性層間結合磁界が相殺され、フリー磁性層の磁化方向
がこの強磁性層間結合磁界によって傾くことがなく、フ
リー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向の直交方
向に揃えてスピンバルブ型薄膜磁気素子のアシンメトリ
ーを小さくすることが可能になる。According to the spin-valve type thin film magnetic element, the magnetic field of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field which is formed between the ferromagnetic layers constituting the one and the other fixed magnetic layers and close to the free magnetic layer. Since the directions of the moments Hb1 and Hb2 are antiparallel to each other in the free magnetic layer, the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field is canceled out, and the magnetization direction of the free magnetic layer is not inclined by the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field. It is possible to reduce the asymmetry of the spin-valve type thin film magnetic element by aligning the magnetization direction of the magnetic field with the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer.
【0015】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記一方の固定磁性層の双極子磁界の磁気モーメン
トHd1の方向と、前記他方の固定磁性層の双極子磁界の
磁気モーメントHd2の方向とが、前記フリー磁性層にお
いて反平行とされていることを特徴とする。The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention is the spin-valve thin-film magnetic element described above, wherein the magnetic moment Hd1 of the dipole magnetic field of the one fixed magnetic layer and the other The direction of the magnetic moment Hd2 of the dipole magnetic field of the pinned magnetic layer is antiparallel to the free magnetic layer.
【0016】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、一方及び他方の固定磁性層のそれぞれの双極子磁界
の磁気モーメントHd1、Hd2の方向がフリー磁性層にお
いて反平行とされているので、固定磁性層による双極子
磁界が相殺され、フリー磁性層の磁化方向がこの双極子
磁界によって傾くことがなく、フリー磁性層の磁化方向
を固定磁性層の磁化方向の直交方向に揃えてスピンバル
ブ型薄膜磁気素子のアシンメトリーを小さくすることが
可能になる。According to the spin-valve thin-film magnetic element, since the directions of the magnetic moments Hd1 and Hd2 of the dipole magnetic fields of the one and the other fixed magnetic layers are antiparallel in the free magnetic layer, the fixed magnetic layer has a fixed magnetic property. The dipole magnetic field is canceled by the layers, and the magnetization direction of the free magnetic layer is not tilted by this dipole magnetic field, and the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned with the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer. It is possible to reduce the asymmetry of the device.
【0017】更に本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、
検出電流が前記一対の非磁性導電層を流れることにより
前記フリー磁性層に印加される検出電流磁界の磁気モー
メントをHsとしたとき、Hb1+Hb2+Hd1+Hd2+Hs
≒0が成立することを特徴とする。The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention is the spin-valve thin-film magnetic element described above,
When the magnetic moment of the detection current magnetic field applied to the free magnetic layer by flowing the detection current through the pair of nonmagnetic conductive layers is Hs, Hb1 + Hb2 + Hd1 + Hd2 + Hs
It is characterized in that ≈0 holds.
【0018】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、フリー磁性層に印加される前記強磁性層間結合磁界
の磁界モーメントHb1、Hb2と双極子磁界磁気モーメン
トHd1、Hd2及び検出電流磁界の磁気モーメントHsの
合計値が0であるので、フリー磁性層の磁化方向が、こ
れらの磁気モーメントによって傾くことがなく、スピン
バルブ型薄膜磁気素子のアシンメトリーを0にすること
が可能になる。According to the spin-valve type thin film magnetic element, the magnetic field moments Hb1 and Hb2 of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field and the dipole magnetic field magnetic moments Hd1 and Hd2 applied to the free magnetic layer and the magnetic moment Hs of the detected current magnetic field Hs. Is zero, the magnetization direction of the free magnetic layer is not inclined by these magnetic moments, and the asymmetry of the spin-valve thin film magnetic element can be zero.
【0019】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子にお
いては、前記Lが1であり、前記Mが1であり、前記他
方の固定磁性層が強磁性層単層構造であることが好まし
い。また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子におい
ては、前記Lが1であり、前記Mが1であり、前記Nが
1であっても良い。スピンバルブ型薄膜磁気素子をこの
ように構成すると、フリー磁性層及び固定磁性層の膜厚
が薄くなり、検出電流の分流が防止されて磁気抵抗変化
率を高くできる。In the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, it is preferable that L is 1, M is 1, and the other pinned magnetic layer has a ferromagnetic layer single layer structure. Further, in the spin-valve thin film magnetic element of the present invention, the L may be 1, the M may be 1, and the N may be 1. When the spin-valve thin film magnetic element is configured in this way, the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are thinned, the diversion of the detection current is prevented, and the magnetoresistance change rate can be increased.
【0020】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、検出電流が流れた際に前記一方の固定磁性層に印加
される検出電流磁界の方向と、前記一方の固定磁性層全
体の磁化方向とが同一方向とされるとともに、前記他方
の固定磁性層に印加される検出電流磁界の方向と、前記
他方の固定磁性層全体の磁化方向とが同一方向とされて
いることを特徴とする。The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention is the spin-valve thin-film magnetic element described above, wherein a detection current magnetic field applied to the one fixed magnetic layer when a detection current flows. And the magnetization direction of the one pinned magnetic layer are the same, and the direction of the detection current magnetic field applied to the other pinned magnetic layer and the magnetization direction of the other pinned magnetic layer are the same. And are in the same direction.
【0021】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、各非磁性導電層に流れる検出電流により発生する検
出電流磁界の方向が、各固定磁性層の磁化方向とそれぞ
れ同一であるので、固定磁性層の磁化が検出電流磁界に
よって打ち消されることがなく、固定磁性層の磁化を強
固に固定することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子
のアシンメトリーを小さくすることが可能になる。According to the spin-valve thin-film magnetic element, the direction of the detection current magnetic field generated by the detection current flowing in each nonmagnetic conductive layer is the same as the magnetization direction of each pinned magnetic layer. Is not canceled by the detected current magnetic field, the magnetization of the pinned magnetic layer can be firmly fixed, and the asymmetry of the spin-valve thin-film magnetic element can be reduced.
【0022】本発明の薄膜磁気ヘッドは、先のいずれか
に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなる磁
気情報を読み取り可能な薄膜磁気ヘッドである。また本
発明の浮上式磁気ヘッドは、先に記載の薄膜磁気ヘッド
をスライダに具備してなるものである。The thin film magnetic head of the present invention is a thin film magnetic head capable of reading magnetic information, comprising the spin valve thin film magnetic element according to any one of the above. The flying magnetic head of the present invention comprises a slider having the thin film magnetic head described above.
【0023】係る薄膜磁気ヘッド及び浮上式磁気ヘッド
は、アシンメトリーが小さな上記のスピンバルブ型薄膜
磁気素子を備えているので、再生波形の対象性に優れて
おり、再生時のエラーの頻度を小さくすることが可能に
なる。Since the thin-film magnetic head and the floating magnetic head are provided with the above spin-valve thin-film magnetic element having a small asymmetry, they are excellent in the symmetry of the reproduced waveform and reduce the frequency of errors during reproduction. It will be possible.
【0024】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法は、一方の反強磁性層と、2M(ただしMは1以
上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿
入される非磁性層とが積層されてなる一方の固定磁性層
と、一方の非磁性導電層と、2L(ただしLは1以上の
整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入さ
れる非磁性中間層とが積層されてなるフリー磁性層と、
他方の非磁性導電層と、強磁性層のみからなる単層構
造、または、2N+1(ただしNは1以上の整数)以上
の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入される非磁性
層からなる積層構造から構成される他方の固定磁性層
と、他方の反強磁性層とを積層し、外部磁界を印加し
て、前記一方の固定磁性層及び前記他方の固定磁性層を
構成するすべての強磁性層の磁化方向を同一方向に向け
つつ熱処理し、前記一方の反強磁性層と前記一方の固定
磁性層の間、及び前記他方の反強磁性層と前記他方の固
定磁性層との間で交換結合磁界をそれぞれ発現させるこ
とを特徴とする。また、前記外部磁界の大きさは4.0
×105A/m以上であることが好ましい。The method of manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element according to the present invention comprises one antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer of 2M (where M is an integer of 1 or more) or more, and an insertion between these ferromagnetic layers. A fixed magnetic layer formed by laminating a non-magnetic layer, a non-magnetic conductive layer on one side, a ferromagnetic layer of 2 L (where L is an integer of 1 or more) or more, and between these ferromagnetic layers. A free magnetic layer formed by laminating a non-magnetic intermediate layer to be inserted,
A single layer structure consisting of the other non-magnetic conductive layer and the ferromagnetic layer only, or a ferromagnetic layer of 2N + 1 (where N is an integer of 1 or more) or more and a non-magnetic layer inserted between these ferromagnetic layers. All of the other pinned magnetic layer and the other pinned magnetic layer that are formed by stacking the other pinned magnetic layer and the other antiferromagnetic layer, each of which has a laminated structure of Between the one antiferromagnetic layer and the one pinned magnetic layer, and between the other antiferromagnetic layer and the other pinned magnetic layer by performing heat treatment while directing the magnetization directions of the ferromagnetic layers in the same direction. It is characterized in that an exchange coupling magnetic field is developed between them. The magnitude of the external magnetic field is 4.0.
It is preferably × 10 5 A / m or more.
【0025】かかるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造
方法によれば、上記の構成のフリー磁性層、固定磁性
層、非磁性導電層及び反強磁性層を積層し、フリー磁性
層と固定磁性層を構成するすべての強磁性層の磁化方向
が同一方向に向くために必要な磁界を印加しつつ熱処理
するのみで、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子を容易
に製造することができる。According to the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element, the free magnetic layer, the pinned magnetic layer, the non-magnetic conductive layer and the antiferromagnetic layer having the above-mentioned structure are laminated to form the free magnetic layer and the pinned magnetic layer. The spin-valve thin-film magnetic element can be easily manufactured by only performing heat treatment while applying a magnetic field required for all the constituent ferromagnetic layers to have the same magnetization direction.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜図15を参照して説明する。なお、図1〜図15にお
いて、図示Z方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図
示Y方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、
図示X1方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子のトラック
幅方向である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG.
~ It demonstrates with reference to FIG. 1 to 15, the Z direction in the drawings is the moving direction of the magnetic recording medium, the Y direction in the drawings is the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium,
The X1 direction in the figure is the track width direction of the spin-valve thin film magnetic element.
【0027】(第1の実施形態)図1に、本発明の第1
の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子11を磁
気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図2には、こ
のスピンバルブ型薄膜磁気素子11をトラック幅方向か
らみた断面模式図を示す。また、図3にスピンバルブ型
薄膜磁気素子11を具備してなる薄膜磁気ヘッド1を備
えた浮上式磁気ヘッド150を示し、図4に薄膜磁気ヘ
ッド1の要部の断面図を示す。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element 11 as viewed from the magnetic recording medium side, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element 11 viewed from the track width direction. Further, FIG. 3 shows a levitation type magnetic head 150 provided with the thin film magnetic head 1 including the spin valve type thin film magnetic element 11, and FIG. 4 shows a sectional view of a main part of the thin film magnetic head 1.
【0028】図3に示す本発明に係る浮上式磁気ヘッド
150は、スライダ151と、スライダ151の端面1
51dに備えられた本発明に係る薄膜磁気ヘッド1及び
インダクティブヘッドhを主体として構成されている。
符号155は、スライダ151の磁気記録媒体の移動方
向の上流側であるリーディング側を示し、符号156
は、トレーリング側を示す。このスライダ151の媒体
対向面152には、レール151a、151a、151
bが形成され、各レール同士間は、エアーグルーブ15
1c、151cとされている。The flying magnetic head 150 according to the present invention shown in FIG. 3 has a slider 151 and an end surface 1 of the slider 151.
The thin film magnetic head 1 and the inductive head h according to the present invention provided in 51d are mainly configured.
Reference numeral 155 indicates a leading side which is an upstream side of the slider 151 in the moving direction of the magnetic recording medium, and reference numeral 156.
Indicates the trailing side. Rails 151a, 151a, 151 are provided on the medium facing surface 152 of the slider 151.
b is formed, and the air groove 15 is provided between the rails.
1c and 151c.
【0029】また図4に示すように、本発明に係る薄膜
磁気ヘッド1は、スライダ151の端面151d上に形
成された絶縁層162に積層されており、絶縁層162
上に積層された下部シールド層163と、下部シールド
層163に積層された下部絶縁層164と、下部絶縁層
164上に形成されて媒体対向面152上に露出する本
発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子11と、スピン
バルブ型薄膜磁気素子11を覆う上部絶縁層166と、
上部絶縁層166を覆う上部シールド層167とから構
成されている。即ち、本発明の薄膜磁気ヘッド1は、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子11の厚さ方向両側に、上
部、下部絶縁層166、164と上部、下部シールド層
167、163を各々積層して構成されている。また上
部シールド層167は、後述するインダクティブヘッド
hの下部コア層と兼用とされている。Further, as shown in FIG. 4, the thin film magnetic head 1 according to the present invention is laminated on the insulating layer 162 formed on the end surface 151d of the slider 151, and the insulating layer 162 is formed.
The lower shield layer 163 laminated on the lower shield layer 163, the lower insulating layer 164 laminated on the lower shield layer 163, and the spin valve thin film according to the present invention formed on the lower insulating layer 164 and exposed on the medium facing surface 152. A magnetic element 11, an upper insulating layer 166 covering the spin-valve thin film magnetic element 11, and
The upper shield layer 167 covers the upper insulating layer 166. That is, the thin film magnetic head 1 of the present invention is configured by laminating the upper and lower insulating layers 166 and 164 and the upper and lower shield layers 167 and 163 on both sides of the spin valve thin film magnetic element 11 in the thickness direction. There is. The upper shield layer 167 is also used as the lower core layer of the inductive head h described later.
【0030】インダクティブヘッドhは、下部コア層
(上部シールド層)167と、下部コア層167に積層
されたギャップ層174と、コイル176と、コイル1
76を覆う上部絶縁層177と、ギャップ層174に接
合され、かつコイル176側にて下部コア層167に接
合される上部コア層178とから構成されている。コイ
ル176は、平面的に螺旋状となるようにパターン化さ
れている。また、コイル176のほぼ中央部分にて上部
コア層178の基端部178bが下部コア層167に磁
気的に接続されている。また、上部コア層178には、
アルミナなどからなるコア保護層179が積層されてい
る。The inductive head h has a lower core layer (upper shield layer) 167, a gap layer 174 laminated on the lower core layer 167, a coil 176, and a coil 1.
It is composed of an upper insulating layer 177 covering 76 and an upper core layer 178 bonded to the gap layer 174 and bonded to the lower core layer 167 on the coil 176 side. The coil 176 is patterned to have a spiral shape in a plane. Further, the base end portion 178b of the upper core layer 178 is magnetically connected to the lower core layer 167 at substantially the center of the coil 176. In addition, the upper core layer 178 includes
A core protective layer 179 made of alumina or the like is laminated.
【0031】図1及び図2に示すように、本発明のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子11は、フリー磁性層を中心と
してその厚さ方向両側に非磁性導電層、固定磁性層及び
反強磁性層が1層づつ積層された、いわゆるデュアルス
ピンバルブ型薄膜磁気素子である。このデュアルスピン
バルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層/非磁性導電層
/固定磁性層の3層の組合せが2組存在するために、フ
リー磁性層/非磁性導電層/固定磁性層の3層の組合せ
が1組であるシングルスピンバルブ薄膜磁気素子と比較
して、大きな抵抗変化率が期待でき、高密度記録に対応
できるものとなっている。As shown in FIGS. 1 and 2, the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the present invention has a non-magnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer. Is a so-called dual spin-valve type thin film magnetic element in which one layer is laminated. This dual spin-valve thin film magnetic element has three combinations of free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / fixed magnetic layer, so that there are three combinations of free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / fixed magnetic layer. As compared with a single spin valve thin film magnetic element in which one combination is used, a large resistance change rate can be expected and high density recording can be supported.
【0032】図1において符号164はAl2O3などに
より形成された下部絶縁層を示し、符号15は下部絶縁
層164上に積層されたTa(タンタル)などからなる
下地層を示している。この下地層15上に、第2反強磁
性層72、第2固定磁性層51、第2非磁性導電層3
2、フリー磁性層41、第1非磁性導電層31、第1固
定磁性層21、第1反強磁性層71及びTaなどにより
形成されたキャップ層14が順次積層されている。この
ように下地層15からキャップ層14間での各層が順次
積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台
形状の積層体11Aが形成されている。In FIG. 1, reference numeral 164 indicates a lower insulating layer formed of Al 2 O 3 or the like, and reference numeral 15 indicates a base layer made of Ta (tantalum) or the like laminated on the lower insulating layer 164. The second antiferromagnetic layer 72, the second pinned magnetic layer 51, and the second nonmagnetic conductive layer 3 are formed on the underlayer 15.
2, the free magnetic layer 41, the first nonmagnetic conductive layer 31, the first pinned magnetic layer 21, the first antiferromagnetic layer 71, and the cap layer 14 formed of Ta or the like are sequentially stacked. In this manner, the layers from the base layer 15 to the cap layer 14 are sequentially laminated to form a laminated body 11A having a substantially trapezoidal cross-section having a width corresponding to the track width.
【0033】積層体11Aの図示X1方向両側、即ちト
ラック幅方向両側には、例えばCo−Pt(コバルト−
白金)合金からなる一対のバイアス層18、18が形成
されている。バイアス層18、18は、下部絶縁層16
4上から積層体11Aの両側面に乗り上げるようにして
形成されている。このバイアス層18、18はフリー磁
性層41の磁化方向を揃えて、フリー磁性層41のバル
クハウゼンノイズを低減する。また符号16、16に示
す導電層がバイアス層18、18の上方に積層されてい
る。この導電層16、16は主として、フリー磁性層4
1、第1、第2非磁性導電層31、32及び第1、第2
固定磁性層21、51に検出電流を印加する。The illustrated X 1 direction on both sides of the laminate 11A, i.e. on both sides in the track width direction is for example, a Co-Pt (cobalt -
A pair of bias layers 18 made of a platinum alloy are formed. The bias layers 18 and 18 are the lower insulating layer 16
4 is formed so as to ride on both side surfaces of the laminated body 11A from above. The bias layers 18 and 18 align the magnetization direction of the free magnetic layer 41 to reduce Barkhausen noise of the free magnetic layer 41. Further, the conductive layers denoted by reference numerals 16 and 16 are stacked above the bias layers 18 and 18. The conductive layers 16 and 16 are mainly composed of the free magnetic layer 4.
First, first and second non-magnetic conductive layers 31, 32 and first, second
A detection current is applied to the fixed magnetic layers 21 and 51.
【0034】バイアス層18と下部絶縁層164との
間、及び、バイアス層18と積層体11Aとの間には、
例えば非磁性金属であるCrからなるバイアス下地層1
9が設けられている。結晶構造が体心立方構造(bcc
構造)であるCrからなるバイアス下地層19上にバイ
アス層18を形成することにより、バイアス層18の保
磁力および角形比が大きくなり、フリー磁性層41の単
磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができ
る。Between the bias layer 18 and the lower insulating layer 164, and between the bias layer 18 and the laminated body 11A,
For example, the bias underlayer 1 made of nonmagnetic metal Cr
9 is provided. The crystal structure is a body-centered cubic structure (bcc
By forming the bias layer 18 on the bias underlayer 19 made of Cr (structure), the coercive force and the squareness ratio of the bias layer 18 are increased, and the bias magnetic field required for making the free magnetic layer 41 into a single magnetic domain is increased. Can be made.
【0035】更に、バイアス層18と導電層16との間
には、例えば非磁性金属であるTa若しくはCrからな
る中間層17が設けられている。導電層16としてCr
を用いた場合は、Taの中間層17を設けることによ
り、後工程のレジスト硬化などの熱プロセスに対して拡
散バリアーとして機能し、バイアス層18の磁気特性の
劣化を防ぐことができる。また、導電層16としてTa
を用いる場合は、Crの中間層17を設けることによ
り、Crの上に堆積するTaの結晶を、より低抵抗の体
心立方構造としやすくする効果がある。Further, an intermediate layer 17 made of, for example, a nonmagnetic metal Ta or Cr is provided between the bias layer 18 and the conductive layer 16. Cr as the conductive layer 16
In the case of using, the provision of the Ta intermediate layer 17 functions as a diffusion barrier against a thermal process such as resist curing in a later step, and can prevent deterioration of the magnetic characteristics of the bias layer 18. Further, Ta is used as the conductive layer 16.
In the case of using, the provision of the Cr intermediate layer 17 has the effect of facilitating the Ta crystal deposited on Cr to have a body-centered cubic structure with a lower resistance.
【0036】第1、第2反強磁性層71、72は、Pt
Mn合金で形成されていることが好ましい。PtMn合
金は、従来から反強磁性層として使用されているNiM
n合金やFeMn合金などに比べて耐食性に優れ、しか
もブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。ま
た、第1、第2反強磁性層71、72は、X−Mn(た
だし、Xは、Pt、Pd、Ru、Ir、Rh、Osのう
ちから選択される1種の元素を示す。)の式で示される
合金あるいはX’−Pt−Mn(ただし、X’は、P
d、Cr、Ni、Ru、Ir、Rh、Os、Au、Ag
のうちから選択される1種または2種以上の元素を示
す。)の式で示される合金で形成されていてもよい。The first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 are made of Pt.
It is preferably formed of a Mn alloy. The PtMn alloy is NiM which has been used as an antiferromagnetic layer from the past.
Compared with n alloys and FeMn alloys, the corrosion resistance is excellent, the blocking temperature is high, and the exchange coupling magnetic field is large. Further, the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 are X-Mn (where X represents one element selected from Pt, Pd, Ru, Ir, Rh, and Os). Alloy represented by the formula or X'-Pt-Mn (where X'is P
d, Cr, Ni, Ru, Ir, Rh, Os, Au, Ag
One or more elements selected from the above are shown. ) May be formed of an alloy represented by the formula.
【0037】前記PtMn合金および前記X−Mnの式
で示される合金において、PtあるいはXが37〜63
原子%の範囲であることが望ましい。より好ましくは、
44〜57原子%の範囲である。さらにまた、X’−P
t−Mnの式で示される合金において、X’+Ptが3
7〜63原子%の範囲であることが望ましい。より好ま
しくは、44〜57原子%の範囲である。In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula X-Mn, Pt or X is 37 to 63.
It is preferably in the atomic% range. More preferably,
It is in the range of 44 to 57 atom%. Furthermore, X'-P
In the alloy represented by the formula of t-Mn, X '+ Pt is 3
It is preferably in the range of 7 to 63 atom%. More preferably, it is in the range of 44 to 57 atom%.
【0038】第1、第2反強磁性層71、72として上
記した適正な組成範囲の合金を使用し、これを磁場中熱
処理することで、大きな交換結合磁界を発生する第1、
第2反強磁性層71、72を得ることができる。とく
に、PtMn合金であれば、6.4×104A/mを越
える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を失うブロッキ
ング温度が653K(380℃)と極めて高い優れた第
1、第2反強磁性層71、72を得ることができる。The first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 are made of an alloy having an appropriate composition range described above, and are heat-treated in a magnetic field to generate a large exchange coupling magnetic field.
The second antiferromagnetic layers 71 and 72 can be obtained. Particularly, in the case of PtMn alloy, it has an exchange coupling magnetic field exceeding 6.4 × 10 4 A / m, and the blocking temperature for losing the exchange coupling magnetic field is 653K (380 ° C.), which is extremely high. The ferromagnetic layers 71 and 72 can be obtained.
【0039】フリー磁性層41は、図1及び図2に示す
ように、第1強磁性自由層(強磁性層)42及び第2強
磁性自由層(強磁性層)43と、第1、第2強磁性自由
層42、43の間に挿入された非磁性中間層44とが積
層されて構成されている。As shown in FIGS. 1 and 2, the free magnetic layer 41 includes a first ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 42 and a second ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 43. The non-magnetic intermediate layer 44 inserted between the two ferromagnetic free layers 42 and 43 is laminated.
【0040】第1、第2強磁性自由層42、43は、N
iFe合金からなることが好ましく、非磁性中間層44
は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうちの1種
またはこれらの合金からなる非磁性材料より形成される
ことが好ましく、特にRuにより形成されることが好ま
しい。また、第1強磁性自由層42の膜厚tf1は1〜4
nmの範囲が好ましく、第2強磁性自由層43の膜厚t
f2は1〜4nmの範囲が好ましい。また、非磁性中間層
44の膜厚は0.3〜1.2nmの範囲が好ましい。The first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are made of N
The non-magnetic intermediate layer 44 is preferably made of an iFe alloy.
Is preferably formed of a non-magnetic material made of one of Ru, Rh, Ir, Cr, Re and Cu, or an alloy thereof, and particularly preferably made of Ru. The thickness t f1 of the first ferromagnetic free layer 42 is 1 to 4
The range of nm is preferable, and the thickness t of the second ferromagnetic free layer 43 is t.
f2 is preferably in the range of 1 to 4 nm. The thickness of the nonmagnetic intermediate layer 44 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm.
【0041】第1強磁性自由層42の磁化方向はバイア
ス層18、18からのバイアス磁界によって図示X1方
向に揃えられ、第2強磁性自由層43は、第1強磁性自
由層42と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示X
1方向の反対方向に揃えられる。従ってフリー磁性層4
1は、非磁性中間層44を介して隣接する第1強磁性自
由層42と第2強磁性自由層43のそれぞれの磁化方向
が反平行とされ、第1強磁性自由層42と第2強磁性自
由層43とが反強磁性的に結合している。The magnetization direction of the first ferromagnetic free layer 42 is aligned in the X1 direction in the figure by the bias magnetic field from the bias layers 18 and 18, and the second ferromagnetic free layer 43 is anti-strong with the first ferromagnetic free layer 42. Magnetically coupled and the magnetization direction is shown in the figure X
Aligned in the opposite direction of 1 direction. Therefore, the free magnetic layer 4
1, the magnetization directions of the first ferromagnetic free layer 42 and the second ferromagnetic free layer 43 which are adjacent to each other via the non-magnetic intermediate layer 44 are antiparallel to each other, and The magnetic free layer 43 is antiferromagnetically coupled.
【0042】また、フリー磁性層41をフェリ磁性状態
とするために、第1、第2強磁性自由層42、43の磁
化による磁気モーメントの大きさを僅かに異ならしめる
ことが好ましく、このためには例えば、第1、第2強磁
性自由層42、43が同じ材質からなる場合に、tf1と
tf2を僅かに異ならしめるのが良い。本実施形態ではt
f1>tf2としている。また、第1、第2強磁性自由層4
2、43が異なる材質からなる場合には、第1強磁性自
由層42及び第2強磁性自由層43の飽和磁化をそれぞ
れMf1、Mf2とし、第1強磁性自由層42及び第2強磁
性自由層43の磁気的膜厚をそれぞれMf1・tf1、Mf2
・tf2としたとき、Mf1・tf1とMf2・tf2とを僅かに
異ならしめると良い。Further, in order to bring the free magnetic layer 41 into the ferrimagnetic state, it is preferable that the magnitudes of the magnetic moments caused by the magnetizations of the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are made slightly different. For example, when the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are made of the same material, it is preferable to make t f1 and t f2 slightly different. In this embodiment, t
f1 > tf2 . In addition, the first and second ferromagnetic free layers 4
When 2 and 43 are made of different materials, the saturation magnetizations of the first ferromagnetic free layer 42 and the second ferromagnetic free layer 43 are set to M f1 and M f2 , respectively. The magnetic film thicknesses of the magnetic free layer 43 are set to M f1 · t f1 and M f2 , respectively.
When t f2 is set, M f1 · t f1 and M f2 · t f2 may be slightly different.
【0043】第1、第2強磁性自由層42、43の磁化
方向が互いに反平行とされているので、第1、第2強磁
性自由層42、43の磁気モーメントは相互に打ち消し
合うが、フリー磁性層41がtf1>tf2となるように構
成されているので、第1強磁性自由層42の磁化(磁気
モーメント)が僅かに残存し、フリー磁性層41全体の
磁化方向が図示X1方向に揃えられる。Since the magnetization directions of the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are antiparallel to each other, the magnetic moments of the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 cancel each other. Since the free magnetic layer 41 is configured to satisfy t f1 > t f2 , the magnetization (magnetic moment) of the first ferromagnetic free layer 42 slightly remains, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 41 is indicated by X in the figure. Aligned in one direction.
【0044】このようにフリー磁性層41は、第1強磁
性自由層42と第2強磁性自由層43とが反強磁性的に
結合し、かつ第1強磁性自由層42の磁化が残存してい
るので、人工的なフェリ磁性状態(synthetic ferri fr
ee;シンセフィックフェリフリー)となる。このように
フェリ磁性状態とされたフリー磁性層41は、微小な外
部磁界によってもその磁化方向を外部磁界の方向に合わ
せて回転させることが可能となる。As described above, in the free magnetic layer 41, the first ferromagnetic free layer 42 and the second ferromagnetic free layer 43 are antiferromagnetically coupled, and the magnetization of the first ferromagnetic free layer 42 remains. The artificial ferrimagnetic state (synthetic ferri fr
ee; Synthetic ferry free). In this way, the free magnetic layer 41 in the ferrimagnetic state can be rotated by a minute external magnetic field so that its magnetization direction matches the direction of the external magnetic field.
【0045】なお、図1及び図2に示すフリー磁性層4
1は2つの強磁性層(第1、第2強磁性自由層42、4
3)により構成されているが、これに限られず、2L
(ただしLは1以上の整数)以上の偶数個の強磁性層に
より構成されていても良い。この場合には、これらの強
磁性層の間に非磁性中間層がそれぞれ挿入されるととも
に、隣接する強磁性層同士のそれぞれの磁化方向が反平
行とされて全体がフェリ磁性状態とされていることが好
ましい。検出電流の分流を防ぐためには、本実施形態の
ようにL=1とするとよい。The free magnetic layer 4 shown in FIGS. 1 and 2 is used.
1 denotes two ferromagnetic layers (first and second ferromagnetic free layers 42, 4
3), but not limited to this, 2L
It may be composed of an even number of ferromagnetic layers (where L is an integer of 1 or more) or more. In this case, nonmagnetic intermediate layers are inserted between these ferromagnetic layers, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are made antiparallel to each other so that the whole is in a ferrimagnetic state. It is preferable. In order to prevent the detection current from being shunted, it is preferable to set L = 1 as in the present embodiment.
【0046】第1、第2非磁性導電層31、32は、フ
リー磁性層41と第1、第2固定磁性層21、51との
磁気的な結合を小さくさせるとともに検出電流が主に流
れる層であり、Cu、Cr、Au、Agなどに代表され
る導電性を有する非磁性材料より形成されることが好ま
しく、特にCuより形成されることが好ましい。The first and second non-magnetic conductive layers 31 and 32 are layers that reduce the magnetic coupling between the free magnetic layer 41 and the first and second pinned magnetic layers 21 and 51 and mainly flow a detection current. And is preferably formed of a non-magnetic material having conductivity represented by Cu, Cr, Au, Ag and the like, and particularly preferably formed of Cu.
【0047】第1固定磁性層21は、第1強磁性ピンド
層(強磁性層)22及び第2強磁性ピンド層(強磁性
層)23と、第1、第2強磁性ピンド層22、23の間
に挿入された第1非磁性層(非磁性層)24とが積層さ
れて構成されている。第1強磁性ピンド層22は、第1
非磁性層24より第1反強磁性層71側に設けられて第
1反強磁性層71に接し、第2強磁性ピンド層23は、
第1非磁性層24より第1非磁性導電層31側に設けら
れて第1非磁性導電層31に接している。The first pinned magnetic layer 21 includes a first ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 22 and a second ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 23, and first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23. And a first non-magnetic layer (non-magnetic layer) 24 inserted between the two. The first ferromagnetic pinned layer 22 is the first
The second ferromagnetic pinned layer 23 is provided closer to the first antiferromagnetic layer 71 than the nonmagnetic layer 24 and is in contact with the first antiferromagnetic layer 71.
It is provided closer to the first nonmagnetic conductive layer 31 than the first nonmagnetic layer 24 and is in contact with the first nonmagnetic conductive layer 31.
【0048】第1、第2強磁性ピンド層22、23は、
NiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金等により形成されるものであり、特に
Coより形成されることが好ましい。また、第1、第2
強磁性ピンド層22、23は同一の材料で形成されるこ
とが好ましい。また第1非磁性層24は、Ru、Rh、
Ir、Cr、Re、Cuのうちの1種またはこれらの合
金からなることが好ましく、特にRuにより形成される
ことが好ましい。第1強磁性ピンド層22の膜厚tp1は
1〜3nmの範囲が好ましく、第2強磁性ピンド層23
の膜厚tp2は1〜3nmの範囲が好ましい。また、第1
非磁性層24の膜厚は0.3〜1.2nmの範囲が好ま
しい。The first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are
It is formed of NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like, and particularly preferably formed of Co. Also, the first and second
The ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are preferably made of the same material. The first nonmagnetic layer 24 is made of Ru, Rh,
It is preferably made of one of Ir, Cr, Re and Cu or an alloy thereof, and particularly preferably made of Ru. The thickness t p1 of the first ferromagnetic pinned layer 22 is preferably in the range of 1 to 3 nm, and the second ferromagnetic pinned layer 23
The film thickness t p2 of is preferably in the range of 1 to 3 nm. Also, the first
The thickness of the nonmagnetic layer 24 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm.
【0049】第1強磁性ピンド層22の磁化方向は、第
1反強磁性層71との交換結合磁界により図示Y方向に
固定され、第2強磁性ピンド層23は、第1強磁性ピン
ド層22と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y
方向の反対方向に固定されている。従って第1固定磁性
層21は、第1非磁性層24を介して隣接する第1強磁
性ピンド層22と第2強磁性ピンド層23のそれぞれの
磁化方向が反平行とされ、第1強磁性ピンド層22と第
2強磁性ピンド層23とが反強磁性的に結合している。The magnetization direction of the first ferromagnetic pinned layer 22 is fixed in the Y direction shown by the exchange coupling magnetic field with the first antiferromagnetic layer 71, and the second ferromagnetic pinned layer 23 is the first ferromagnetic pinned layer. 22 is antiferromagnetically coupled and its magnetization direction is Y in the figure.
It is fixed in the opposite direction. Therefore, in the first pinned magnetic layer 21, the magnetization directions of the first ferromagnetic pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23, which are adjacent to each other via the first nonmagnetic layer 24, are antiparallel, and the first ferromagnetic layer 21 The pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23 are antiferromagnetically coupled.
【0050】また、第1固定磁性層21をフェリ磁性状
態とするために、第1、第2強磁性ピンド層22、23
の磁化による磁気モーメントの大きさを僅かに異ならし
めることが好ましい。磁気モーメントの大きさを異なら
しめるには、例えば第1、第2強磁性ピンド層22、2
3が同じ材質からなる場合に、tp1とtp2を僅かに異な
らしめるのが良い。本実施形態ではtp2>tp1としてい
る。また、第1、第2強磁性ピンド層22、23が異な
る材質からなる場合には、第1強磁性ピンド層22及び
第2強磁性ピンド層23の飽和磁化をそれぞれMp1、M
p2とし、第1強磁性ピンド層22及び第2強磁性ピンド
層23の磁気的膜厚をそれぞれMp1・tp1、Mp2・tp2
としたとき、Mp1・tp1とMp2・tp2とを僅かに異なら
しめと良い。Further, in order to bring the first pinned magnetic layer 21 into a ferrimagnetic state, the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are formed.
It is preferable that the magnitudes of the magnetic moments due to the magnetization of are slightly different. To make the magnitudes of the magnetic moments different, for example, the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 2 are used.
If 3 is made of the same material, t p1 and t p2 should be slightly different. In this embodiment, t p2 > t p1 . When the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are made of different materials, the saturation magnetizations of the first ferromagnetic pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23 are M p1 and M p1 , respectively.
p2 and the magnetic film thicknesses of the first ferromagnetic pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23 are M p1 · t p1 and M p2 · t p2, respectively.
Then, it is preferable that M p1 · t p1 and M p2 · t p2 be slightly different.
【0051】第1、第2強磁性ピンド層22、23の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第1、第2強
磁性ピンド層22、23の磁気モーメントは相互に打ち
消し合う関係にあるが、第1固定磁性層21がtp2>t
p1となるように構成されているので、第2強磁性ピンド
層23の磁化(磁気モーメント)が僅かに残存する。そ
してこの残存磁化が第1反強磁性層71との交換結合磁
界によって更に増幅され、第1固定磁性層21全体の磁
化方向が図示Y方向の反対方向に固定され、フリー磁性
層41の磁化方向と交叉する関係になる。Since the magnetization directions of the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are antiparallel to each other, the magnetic moments of the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 have a relationship of canceling each other. However, the first pinned magnetic layer 21 has t p2 > t
Since it is configured to have p1 , the magnetization (magnetic moment) of the second ferromagnetic pinned layer 23 slightly remains. This residual magnetization is further amplified by the exchange coupling magnetic field with the first antiferromagnetic layer 71, the magnetization direction of the entire first pinned magnetic layer 21 is pinned in the direction opposite to the Y direction in the drawing, and the magnetization direction of the free magnetic layer 41 is fixed. It becomes a relationship that crosses over.
【0052】このように第1固定磁性層21は、第1強
磁性ピンド層22と第2強磁性ピンド層23とが反強磁
性的に結合し、かつ第2強磁性ピンド層23の磁化が残
存しているので、人工的なフェリ磁性状態(synthetic
ferri pinned;シンセフィックフェリピンド)となる。As described above, in the first pinned magnetic layer 21, the first ferromagnetic pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23 are antiferromagnetically coupled, and the magnetization of the second ferromagnetic pinned layer 23 is Since it remains, the artificial ferrimagnetic state (synthetic
ferri pinned; Synthetic ferri pinned).
【0053】なお、第1固定磁性層21は2つの強磁性
層(第1、第2強磁性ピンド層22、23)により構成
されているが、これに限られず、2M(ただしMは1以
上の整数)以上の偶数個の強磁性層により構成されてい
ても良い。この場合には、これらの強磁性層の間に非磁
性層がそれぞれ挿入されるとともに、隣接する強磁性層
同士のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体がフェ
リ磁性状態とされていることが好ましい。検出電流の分
流を防ぐためにはM=1とするとよい。The first pinned magnetic layer 21 is composed of two ferromagnetic layers (first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23), but the present invention is not limited to this, and 2M (M is 1 or more). It may be composed of an even number of ferromagnetic layers equal to or more than the integer). In this case, the non-magnetic layers are respectively inserted between these ferromagnetic layers, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are antiparallel to each other so that the whole is in a ferrimagnetic state. Is preferred. In order to prevent the shunting of the detection current, it is preferable to set M = 1.
【0054】第2固定磁性層51は、第3強磁性ピンド
層(強磁性層)52、第4強磁性ピンド層(強磁性層)
53及び第5強磁性ピンド層(強磁性層)54と、第
3、第4強磁性ピンド層52、53の間に挿入された第
2非磁性層(非磁性層)55と、第4、第5強磁性ピン
ド層53、54の間に挿入された第3非磁性層(非磁性
層)56とが積層されて構成されている。第3強磁性ピ
ンド層52は、第4強磁性ピンド層53より第2非磁性
導電層32側に設けられて第2非磁性導電層32に接
し、第5強磁性ピンド層54は、第4強磁性ピンド層5
3より第2反強磁性層72側に設けられて第2反強磁性
層72に接している。The second pinned magnetic layer 51 includes a third ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 52 and a fourth ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer).
53 and a fifth ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 54, a second non-magnetic layer (non-magnetic layer) 55 inserted between the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53, a fourth A third nonmagnetic layer (nonmagnetic layer) 56 inserted between the fifth ferromagnetic pinned layers 53 and 54 is laminated. The third ferromagnetic pinned layer 52 is provided closer to the second nonmagnetic conductive layer 32 than the fourth ferromagnetic pinned layer 53 and is in contact with the second nonmagnetic conductive layer 32, and the fifth ferromagnetic pinned layer 54 is the fourth ferromagnetic pinned layer 54. Ferromagnetic pinned layer 5
It is provided closer to the second antiferromagnetic layer 72 than 3 and is in contact with the second antiferromagnetic layer 72.
【0055】第1、第2、第3強磁性ピンド層52、5
3、54は、NiFe合金、Co、CoNiFe合金、
CoFe合金、CoNi合金等により形成されるもので
あり、特にCoより形成されることが好ましい。また、
第1、第2、第3強磁性ピンド層52、53、54は同
一の材料で形成されることが好ましい。また第1、第2
非磁性層55、56は、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうちの1種またはこれらの合金からなること
が好ましく、特にRuにより形成されることが好まし
い。第3強磁性ピンド層52の膜厚tp3は1〜3nmの
範囲が好ましく、第4強磁性ピンド層53の膜厚tp4は
1〜3nmの範囲が好ましく、第5強磁性ピンド層54
の膜厚tp5は1〜3nmの範囲が好ましい。また、第2
非磁性層55の膜厚は0.3〜1.2nmの範囲が好ま
しく、第3非磁性層55の膜厚は0.3〜1.2nmの
範囲が好ましい。The first, second and third ferromagnetic pinned layers 52, 5
3, 54 are NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy,
It is formed of a CoFe alloy, a CoNi alloy, or the like, and is preferably formed of Co. Also,
The first, second and third ferromagnetic pinned layers 52, 53 and 54 are preferably made of the same material. The first and second
The nonmagnetic layers 55, 56 are made of Ru, Rh, Ir, Cr, R.
e, Cu, or one of these alloys is preferable, and Ru is particularly preferable. The thickness t p3 of the third ferromagnetic pinned layer 52 is preferably in the range of 1 to 3 nm, the thickness t p4 of the fourth ferromagnetic pinned layer 53 is preferably in the range of 1 to 3 nm, and the fifth ferromagnetic pinned layer 54.
The film thickness t p5 of is preferably in the range of 1 to 3 nm. Also, the second
The thickness of the nonmagnetic layer 55 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm, and the thickness of the third nonmagnetic layer 55 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm.
【0056】第5強磁性ピンド層54の磁化方向は、第
2反強磁性層72との交換結合磁界により図示Y方向に
固定され、第4強磁性ピンド層53は、第5強磁性ピン
ド層54と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y
方向の反対方向に固定され、第3強磁性ピンド層52
は、第4強磁性ピンド層53と反強磁性的に結合してそ
の磁化方向が図示Y方向に固定されている。従って第2
固定磁性層51は、第1、第2非磁性層55、56を介
して隣接する第3強磁性ピンド層52、第4強磁性ピン
ド層53及び第5強磁性ピンド層54のそれぞれの磁化
方向が相互に反平行とされ、これらの強磁性ピンド層5
2、53、54が反強磁性的に結合している。The magnetization direction of the fifth ferromagnetic pinned layer 54 is fixed in the Y direction shown by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 72, and the fourth ferromagnetic pinned layer 53 is the fifth ferromagnetic pinned layer. 54 is antiferromagnetically coupled and its magnetization direction is Y in the figure.
Fixed in the opposite direction to the third ferromagnetic pinned layer 52
Is antiferromagnetically coupled to the fourth ferromagnetic pinned layer 53 and its magnetization direction is fixed in the Y direction in the figure. Therefore the second
The pinned magnetic layer 51 has magnetization directions of the third ferromagnetic pinned layer 52, the fourth ferromagnetic pinned layer 53, and the fifth ferromagnetic pinned layer 54 which are adjacent to each other via the first and second nonmagnetic layers 55 and 56. Are antiparallel to each other, and these ferromagnetic pinned layers 5
2, 53 and 54 are antiferromagnetically coupled.
【0057】また、第2固定磁性層51をフェリ磁性状
態とするために、磁化方向が同一方向(図示Y方向)で
ある第3、第5強磁性ピンド層52、54の合成磁気モ
ーメントの大きさと、磁化方向がその反対方向(図示Y
方向の反対方向)である第4強磁性ピンド層53の磁気
モーメントの大きさとを、僅かに異ならしめることが好
ましい。磁気モーメントの大きさを異ならしめるには、
例えば第3、第4、第5強磁性ピンド層52、53、5
4が同じ材質からなる場合に、(tp3+tp5)とtp4を
僅かに異ならしめるのがよい。本実施形態ではtp4>t
p3>tp5とし、(tp3+tp5)>tp4としている。ま
た、第3、第4、第5強磁性ピンド層52、53、54
が異なる材質からなる場合には、第3、第4、第5強磁
性ピンド層52、53、54の飽和磁化をそれぞれ
Mp3、Mp4、Mp5とし、第3、第4、第5強磁性ピンド
層52、53、54のの磁気的膜厚をそれぞれMp3・t
p3、Mp4・tp4、Mp5・tp5としたとき、(Mp3・
tp3、+Mp5・tp5)とMp4・tp4とを僅かに異ならし
めるとよい。Further, in order to bring the second pinned magnetic layer 51 into the ferrimagnetic state, the magnitude of the combined magnetic moment of the third and fifth ferromagnetic pinned layers 52 and 54 whose magnetization directions are the same direction (Y direction in the drawing). And the magnetization direction is the opposite direction (Y in the figure).
It is preferable that the magnitude of the magnetic moment of the fourth ferromagnetic pinned layer 53, which is the opposite direction (direction), be slightly different. To make the magnitude of magnetic moment different,
For example, the third, fourth and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 53 and 5
When 4 are made of the same material, it is preferable that (t p3 + t p5 ) and t p4 be slightly different. In this embodiment, t p4 > t
It is assumed that p3 > t p5 and (t p3 + t p5 )> t p4 . In addition, the third, fourth and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 53 and 54
Are made of different materials, the saturation magnetizations of the third, fourth, and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 53, and 54 are M p3 , M p4 , and M p5 , respectively. The magnetic film thickness of each of the magnetic pinned layers 52, 53, 54 is M p3 · t
When p3 , M p4 · t p4 , and M p5 · t p5 are given, (M p3 ·
It is advisable to make t p3 , + M p5 · t p5 ) and M p4 · t p4 slightly different.
【0058】第3、第4、第5強磁性ピンド層52、5
3、54の磁化方向が互いに反平行とされているので、
第3、第4、第5強磁性ピンド層52、53、54の磁
気モーメントは相互に打ち消し合う関係にあるが、第2
固定磁性層51が(tp3+t p5)>tp4となるように構
成されると、第3、第5強磁性ピンド層52、54の合
成磁化(合成磁気モーメント)が僅かに残存する。そし
てこの残存磁化が第2反強磁性層72との交換結合磁界
によって更に増幅され、第2固定磁性層51全体の磁化
方向が図示Y方向に固定され、第1固定磁性層21の磁
化方向と反平行の関係になる。The third, fourth and fifth ferromagnetic pinned layers 52 and 5
Since the magnetization directions of 3 and 54 are antiparallel to each other,
The magnetic properties of the third, fourth and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 53 and 54
Qi moments have a relationship of canceling each other.
The fixed magnetic layer 51 is (tp3+ T p5)> Tp4To be
Once formed, the combined third and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 54
The magnetization (composite magnetic moment) slightly remains. That
The residual magnetization of the lever is the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 72.
Is further amplified by the magnetization of the entire second pinned magnetic layer 51.
Direction is fixed to the Y direction in the drawing, and the magnetic field of the first pinned magnetic layer 21 is fixed.
It has an antiparallel relationship with the direction of change.
【0059】このように第2固定磁性層51は、第3、
第4、第5強磁性ピンド層52、53、54が反強磁性
的に結合し、かつ第3、第5強磁性ピンド層52、54
の合成磁化が残存しているので、人工的なフェリ磁性状
態(synthetic ferri pinned;シンセフィックフェリピ
ンド)となる。As described above, the second pinned magnetic layer 51 includes the third,
The fourth and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 53, 54 are antiferromagnetically coupled, and the third and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 54
Since the combined magnetization of remains, it becomes an artificial ferrimagnetic state (synthetic ferri pinned).
【0060】なお、第2固定磁性層21は3つの強磁性
層(第3、第4、第5強磁性ピンド層52、53、5
4)により構成されているが、これに限られず、強磁性
層単層構造、または、2N+1(ただしNは1以上の整
数)以上の奇数個の強磁性層とこれらの強磁性層の間に
挿入される非磁性層とが積層構造であっても良い。検出
電流の分流を防ぐためには、N=1(強磁性層の単層構
造)とするとよい。The second pinned magnetic layer 21 is composed of three ferromagnetic layers (third, fourth and fifth ferromagnetic pinned layers 52, 53, 5).
4), but is not limited to this, and has a single ferromagnetic layer structure or between an odd number of ferromagnetic layers of 2N + 1 (where N is an integer of 1 or more) or more and these ferromagnetic layers. The nonmagnetic layer to be inserted may have a laminated structure. In order to prevent shunting of the detection current, N = 1 (single-layer structure of ferromagnetic layer) is preferably used.
【0061】第1、第2固定磁性層21、51とフリー
磁性層41を上記のように構成すると、図1及び図2に
示すように、第1、第2固定磁性層21、51のそれぞ
れの磁化方向とフリー磁性層41の磁化方向とが交叉
し、また第1固定磁性層21の磁化方向と第2固定磁性
層51の磁化方向とが反平行になる。また、第1固定磁
性層21を構成する強磁性層の中で最もフリー磁性層4
1に近い第2強磁性ピンド層23の磁化方向(図示Y方
向の反対方向)と、第2固定磁性層51を構成する強磁
性層の中で最もフリー磁性層41に近い第3強磁性ピン
ド層52の磁化方向(図示Y方向)とが反平行になる。When the first and second pinned magnetic layers 21 and 51 and the free magnetic layer 41 are configured as described above, as shown in FIGS. 1 and 2, the first and second pinned magnetic layers 21 and 51, respectively. And the magnetization direction of the free magnetic layer 41 intersect, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 21 and the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 51 are antiparallel. In addition, the most free magnetic layer 4 among the ferromagnetic layers forming the first pinned magnetic layer 21.
The magnetization direction of the second ferromagnetic pinned layer 23 close to 1 (opposite to the Y direction in the drawing) and the third ferromagnetic pinned closest to the free magnetic layer 41 in the ferromagnetic layers forming the second pinned magnetic layer 51. The magnetization direction of the layer 52 (Y direction in the drawing) is antiparallel.
【0062】図5には、第2強磁性ピンド層23、第1
強磁性自由層42、第2強磁性自由層43及び第32強
磁性ピンド層52のそれぞれの磁気モーメントを矢印で
示している。符号Hp12は第2強磁性ピンド層22の磁
化による磁気モーメントを示し、符号Hp23は第3強磁
性ピンド層53の磁化による磁気モーメントを示してい
る。Hp12の方向は図示Y方向の反対方向、Hp23の方向
は図示Y方向である。また、符号Hf1は第1強磁性自由
層42の磁化による磁気モーメントを示し、符号Hf2は
第2強磁性自由層43の磁化による磁気モーメントを示
している。Hf1の方向は図示X1方向であり、Hf2の方
向は図示X1方向の反対方向である。In FIG. 5, the second ferromagnetic pinned layer 23, the first
The magnetic moments of the ferromagnetic free layer 42, the second ferromagnetic free layer 43, and the 32nd ferromagnetic pinned layer 52 are indicated by arrows. Reference symbol Hp12 indicates the magnetic moment due to the magnetization of the second ferromagnetic pinned layer 22, and reference symbol Hp23 indicates the magnetic moment due to the magnetization of the third ferromagnetic pinned layer 53. The direction of Hp12 is opposite to the Y direction in the drawing, and the direction of Hp23 is the Y direction in the drawing. The symbol Hf1 indicates the magnetic moment due to the magnetization of the first ferromagnetic free layer 42, and the symbol Hf2 indicates the magnetic moment due to the magnetization of the second ferromagnetic free layer 43. The direction of Hf1 is the X1 direction in the figure, and the direction of Hf2 is the opposite direction to the X1 direction in the figure.
【0063】なお、図示しないが、第2強磁性ピンド層
23と第1強磁性自由層42の間には第1非磁性導電層
31が配置されており、第3強磁性ピンド層52と第2
強磁性自由層43の間には第2非磁性導電層32が配置
されており、第1、第2強磁性自由層42、43の間に
は非磁性中間層44が配置されている。Although not shown, the first nonmagnetic conductive layer 31 is arranged between the second ferromagnetic pinned layer 23 and the first ferromagnetic free layer 42, and the third ferromagnetic pinned layer 52 and the Two
The second nonmagnetic conductive layer 32 is arranged between the ferromagnetic free layers 43, and the nonmagnetic intermediate layer 44 is arranged between the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43.
【0064】第2強磁性ピンド層23と第1強磁性自由
層42は、第1非磁性導電層31を介して強磁性層間結
合し、この強磁性層間結合磁界による磁界モーメントH
b1が発生する。この磁界モーメントHb1の方向は、第2
強磁性ピンド層23の磁化方向と平行であり、図示Y方
向の反対方向である。また第3強磁性ピンド層52と第
2強磁性自由層43は、第2非磁性導電層32を介して
強磁性層間結合し、この強磁性層間結合磁界による磁界
モーメントHb2が発生する。この磁界モーメントHb2の
方向は、第3強磁性ピンド層52の磁化方向と平行であ
り、図示Y方向である。従って、磁界モーメントHb1、
Hb2の各方向が反平行の関係になる。The second ferromagnetic pinned layer 23 and the first ferromagnetic free layer 42 are ferromagnetically interlayer-coupled via the first nonmagnetic conductive layer 31, and the magnetic field moment H due to the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field.
b1 occurs. The direction of this magnetic field moment Hb1 is the second
The magnetization direction is parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer 23 and is opposite to the Y direction in the drawing. Further, the third ferromagnetic pinned layer 52 and the second ferromagnetic free layer 43 are ferromagnetically interlayer-coupled via the second nonmagnetic conductive layer 32, and a magnetic field moment Hb2 is generated by this ferromagnetic interlayer coupling magnetic field. The direction of this magnetic field moment Hb2 is parallel to the magnetization direction of the third ferromagnetic pinned layer 52, and is the Y direction in the figure. Therefore, the magnetic field moment Hb1,
The directions of Hb2 are antiparallel.
【0065】よって、フリー磁性層41に印加される磁
界モーメントHb1、Hb2が打ち消し合うことになるの
で、Hf1とHf2の合成磁化であるフリー磁性層41全体
の磁化の方向が、第2、第3強磁性ピンド層23、52
との強磁性層間結合磁界によって傾くことがなく、バイ
アス層18、18によって図示X1方向に揃えられる。Therefore, since the magnetic field moments Hb1 and Hb2 applied to the free magnetic layer 41 cancel each other out, the directions of magnetization of the entire free magnetic layer 41, which is the combined magnetization of Hf1 and Hf2, are the second and third directions. Ferromagnetic pinned layers 23, 52
The magnetic field is not inclined by the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field with and is aligned in the X1 direction by the bias layers 18 and 18.
【0066】次に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11において、フリー磁性層41の磁化方向と、第1、
第2固定磁性層21、51の漏れ磁界の関係について説
明する。図6には、第1固定磁性層21、フリー磁性層
41及び第2固定磁性層51のそれぞれの磁気モーメン
トを矢印で示している。符号Hp1は第1固定磁性層21
全体の磁化による磁気モーメントを示し、符号Hp2は第
2固定磁性層51全体の磁化による磁気モーメントを示
している。Hp1の方向は図示Y方向の反対方向であり、
Hp2の方向は図示Y方向である。また、符号Hfrはフリ
ー磁性層41全体の磁化による磁気モーメントを示し、
このHfrの方向は図示X1方向である。Next, in the above spin-valve type thin film magnetic element 11, the magnetization direction of the free magnetic layer 41 and the first,
The relationship between the leakage magnetic fields of the second pinned magnetic layers 21 and 51 will be described. In FIG. 6, the magnetic moments of the first pinned magnetic layer 21, the free magnetic layer 41, and the second pinned magnetic layer 51 are indicated by arrows. Reference numeral Hp1 is the first pinned magnetic layer 21.
The magnetic moment due to the entire magnetization is shown, and the symbol Hp2 shows the magnetic moment due to the entire magnetization of the second pinned magnetic layer 51. The direction of Hp1 is opposite to the Y direction in the figure,
The direction of Hp2 is the Y direction in the figure. The symbol Hfr represents the magnetic moment due to the magnetization of the entire free magnetic layer 41,
The direction of this Hfr is the X1 direction in the figure.
【0067】なお、図示しないが、第1固定磁性層21
とフリー磁性層41の間には第1非磁性導電層31が配
置されており、第2固定磁性層51とフリー磁性層41
の間には第2非磁性導電層32が配置されている。Although not shown, the first pinned magnetic layer 21
And the free magnetic layer 41, the first non-magnetic conductive layer 31 is disposed between the second fixed magnetic layer 51 and the free magnetic layer 41.
The second non-magnetic conductive layer 32 is arranged between them.
【0068】このスピンバルブ型薄膜磁気素子11にお
いては、図6に示すように、第1、第2固定磁性層2
1、51からそれぞれ漏れた双極子磁界Hd1、Hd2が、
フリー磁性層41に印加される。第1固定磁性層21の
双極子磁界Hd1は、図示Y方向の反対方向に突き出た後
に、円弧を描いてフリー磁性層41の図示Y方向の反対
方向側からフリー磁性層41に侵入し、フリー磁性層4
1において図示Y方向となる。また、第2固定磁性層5
1の双極子磁界Hd2は、図示Y方向に突き出た後に、円
弧を描いてフリー磁性層41の図示Y方向側からフリー
磁性層41に侵入し、フリー磁性層41において図示Y
方向の反対方向となる。従って、双極子磁界Hd1、Hd2
の各方向が反平行の関係になる。In this spin-valve thin-film magnetic element 11, as shown in FIG. 6, the first and second pinned magnetic layers 2 are formed.
Dipole magnetic fields Hd1 and Hd2 leaked from 1, 51 respectively
It is applied to the free magnetic layer 41. The dipole magnetic field Hd1 of the first pinned magnetic layer 21 protrudes in the opposite direction to the Y direction in the figure, and then draws an arc to enter the free magnetic layer 41 from the opposite side to the Y direction in the figure to cause the free magnetic layer 41 to move freely. Magnetic layer 4
1 is in the Y direction in the figure. In addition, the second pinned magnetic layer 5
The dipole magnetic field Hd2 of 1 intrudes into the free magnetic layer 41 from the Y direction side of the free magnetic layer 41 in the form of a circular arc after protruding in the Y direction shown in the drawing, and then in the free magnetic layer 41 in the Y direction shown in the drawing.
It is the opposite direction. Therefore, the dipole magnetic fields Hd1 and Hd2
The directions of are in an antiparallel relationship.
【0069】よって、フリー磁性層41に印加される双
極子磁界Hd1、Hd2が打ち消し合うことになるので、フ
リー磁性層41全体の磁化モーメントHfrの方向が、第
1、第2固定磁性層21、51の双極子磁界Hd1、Hd2
によって傾くことがなく、バイアス層18、18によっ
て図示X1方向に揃えられる。Therefore, since the dipole magnetic fields Hd1 and Hd2 applied to the free magnetic layer 41 cancel each other out, the directions of the magnetization moment Hfr of the entire free magnetic layer 41 are the first and second pinned magnetic layers 21, 51 dipole magnetic fields Hd1 and Hd2
Is not tilted by the bias layers 18 and 18 and is aligned in the X1 direction in the figure.
【0070】次に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11において、検出電流による検出電流磁界の方向と、
第1、第2固定磁性層21、51の磁化方向との関係に
ついて説明する。図7には、第1固定磁性層21、フリ
ー磁性層41及び第2固定磁性層51のそれぞれの磁気
モーメントを矢印で示している。符号Hp1は第1固定磁
性層21全体の磁化による磁気モーメントを示し、符号
Hp2は第2固定磁性層51全体の磁化による磁気モーメ
ントを示している。Hp1の方向は図示Y方向の反対方向
であり、Hp2の方向は図示Y方向である。また、符号H
frはフリー磁性層41全体の磁化による磁気モーメント
を示し、このHfrの方向は図示X1方向である。Next, in the above spin-valve type thin film magnetic element 11, the direction of the detected current magnetic field by the detected current,
The relationship between the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers 21 and 51 will be described. In FIG. 7, the magnetic moments of the first pinned magnetic layer 21, the free magnetic layer 41, and the second pinned magnetic layer 51 are indicated by arrows. Reference symbol Hp1 indicates the magnetic moment due to the magnetization of the entire first pinned magnetic layer 21, and reference symbol Hp2 indicates the magnetic moment due to the magnetization of the entire second fixed magnetic layer 51. The direction of Hp1 is opposite to the Y direction in the figure, and the direction of Hp2 is the Y direction in the figure. Also, the symbol H
fr indicates a magnetic moment due to the magnetization of the entire free magnetic layer 41, and the direction of this Hfr is the X1 direction in the figure.
【0071】なお、図示しないが、第1固定磁性層21
とフリー磁性層41の間には第1非磁性導電層31が配
置されており、第2固定磁性層51とフリー磁性層41
の間には第2非磁性導電層32が配置されている。Although not shown, the first pinned magnetic layer 21
And the free magnetic layer 41, the first non-magnetic conductive layer 31 is disposed between the second fixed magnetic layer 51 and the free magnetic layer 41.
The second non-magnetic conductive layer 32 is arranged between them.
【0072】スピンバルブ型薄膜磁気素子11に検出電
流を流すと、この検出電流は主として比抵抗が小さい非
磁性導電層31、32(フリー磁性層41と第1、第2
固定磁性層21、51の間)を流れる。このとき、検出
電流を図示X1方向に向けて流すと、符号i1で示す検出
電流が第1非磁性導電層31(フリー磁性層41と第1
固定磁性層21の間)を流れ、符号i2で示す検出電流
が第2非磁性導電層32(フリー磁性層41と第2固定
磁性層51の間)を流れ、これらの検出電流i1、i2に
よって検出電流磁界Hi1、Hi2がそれぞれ発生する。When a detection current is passed through the spin-valve type thin film magnetic element 11, the detection current mainly has non-magnetic conductive layers 31 and 32 (the free magnetic layer 41 and the first and second magnetic layers 41 and 32) having a small specific resistance.
(Between the fixed magnetic layers 21 and 51). At this time, when the detected current is made to flow in the X1 direction in the figure, the detected current indicated by the symbol i1 becomes the first nonmagnetic conductive layer 31 (the free magnetic layer 41 and the first nonmagnetic layer 41).
(Between the pinned magnetic layers 21), a detection current indicated by reference numeral i2 flows through the second non-magnetic conductive layer 32 (between the free magnetic layer 41 and the second pinned magnetic layer 51), and these detection currents i1 and i2 cause Detected current magnetic fields Hi1 and Hi2 are generated respectively.
【0073】一方の検出電流磁界Hi1は、第1固定磁性
層21側においてその方向が図示Y方向の反対方向とな
り、第1固定磁性層21全体の磁化モーメントHp1の方
向と同一になる。また、他方の検出電流磁界Hi2は、第
2固定磁性層51側においてその方向が図示Y方向とな
り、第2固定磁性層51全体の磁化モーメントHp2の方
向と同一になる。On the side of the first pinned magnetic layer 21, the direction of one detected current magnetic field Hi1 is opposite to the Y direction in the drawing, and is the same as the direction of the magnetization moment Hp1 of the entire first pinned magnetic layer 21. The direction of the other detected current magnetic field Hi2 is the Y direction in the figure on the second pinned magnetic layer 51 side, which is the same as the direction of the magnetization moment Hp2 of the entire second pinned magnetic layer 51.
【0074】従って上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11において、検出電流i1、i2を図示X1方向に向け
て流すと、検出電流磁界Hi1、Hi2のそれぞれ方向が第
1、第2固定磁性層21、51の磁化方向と同一になる
ので、第1、第2固定磁性層21、51の磁化が検出電
流磁界Hi1、Hi2によって打ち消されることがなく、第
1、第2固定磁性層21、51の磁化を強固に固定する
ことができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子11のアシン
メトリーを小さくすることができる。Therefore, in the above spin-valve type thin film magnetic element 11, when the detection currents i1 and i2 are made to flow in the X1 direction in the figure, the directions of the detection current magnetic fields Hi1 and Hi2 are the first and second pinned magnetic layers 21, respectively. Since the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers 21 and 51 are the same, the magnetizations of the first and second pinned magnetic layers 21 and 51 are not canceled by the detection current magnetic fields Hi1 and Hi2. Can be firmly fixed, and the asymmetry of the spin-valve thin-film magnetic element 11 can be reduced.
【0075】また図7に示すように、上記の検出電流磁
界Hi1、Hi2は、フリー磁性層41側において反平行の
関係となり、フリー磁性層41において相互に打ち消し
合う。従ってフリー磁性層41に印加される検出電流磁
界の磁気モーメントHsの大きさは、|Hi1−Hi2|と
なる。ただし、検出電流磁界Hi1、Hi2はフリー磁性層
41にて打ち消し合うので、磁気モーメントHsの大き
さは極めて小さくなる。As shown in FIG. 7, the detected current magnetic fields Hi1 and Hi2 have an antiparallel relationship on the free magnetic layer 41 side and cancel each other out on the free magnetic layer 41. Therefore, the magnitude of the magnetic moment Hs of the detected current magnetic field applied to the free magnetic layer 41 is | Hi1-Hi2 |. However, since the detected current magnetic fields Hi1 and Hi2 cancel each other out in the free magnetic layer 41, the magnitude of the magnetic moment Hs becomes extremely small.
【0076】フリー磁性層41に印加される磁界は、バ
イアス層18、18からのバイアス磁界の他、先に述べ
た強磁性層間結合磁界の磁界モーメントHb1、Hb2と双
極子磁界磁気モーメントHd1、Hd2及び検出電流磁界の
磁気モーメントHsがある。上記のスピンバルブ型薄膜
磁気素子11によれば、これらの合計を0、即ちHb1+
Hb2+Hd1+Hd2+Hs≒0とすることが可能なので、
フリー磁性層41の磁化方向がこれらの磁気モーメント
によって傾くことがなく、スピンバルブ型薄膜磁気素子
11のアシンメトリーを0にすることができる。The magnetic field applied to the free magnetic layer 41 is, in addition to the bias magnetic fields from the bias layers 18 and 18, the magnetic field moments Hb1 and Hb2 and the dipole magnetic field magnetic moments Hd1 and Hd2 of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field described above. And the magnetic moment Hs of the detected current magnetic field. According to the spin-valve thin-film magnetic element 11, the sum of these is 0, that is, Hb1 +
Since it is possible to make Hb2 + Hd1 + Hd2 + Hs≈0,
The magnetization direction of the free magnetic layer 41 is not inclined by these magnetic moments, and the asymmetry of the spin-valve thin film magnetic element 11 can be made zero.
【0077】次に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11の製造方法を説明する。まず、図8に示すように、
下部絶縁層164上に、下地層15、第2反強磁性層7
2、第2固定磁性層51、第2非磁性導電層32、フリ
ー磁性層41、第1非磁性導電層31、第1固定磁性層
21、第1反強磁性層71及びキャップ層14を順次ス
パッタリング、蒸着等の手段により成膜して積層膜Mを
形成したのち、積層膜M上にリフトオフレジスト101
を形成する。Next, a method of manufacturing the above spin valve thin film magnetic element 11 will be described. First, as shown in FIG.
The underlying layer 15 and the second antiferromagnetic layer 7 are formed on the lower insulating layer 164.
2, the second pinned magnetic layer 51, the second nonmagnetic conductive layer 32, the free magnetic layer 41, the first nonmagnetic conductive layer 31, the first pinned magnetic layer 21, the first antiferromagnetic layer 71, and the cap layer 14 in this order. After forming the laminated film M by means of sputtering, vapor deposition, or the like, the lift-off resist 101 is formed on the laminated film M.
To form.
【0078】なお、第1固定磁性層21は、第1強磁性
ピンド層22と第1非磁性層24と第2強磁性ピンド層
23とを積層して形成している。また、フリー磁性層4
1は、第1強磁性自由層22と非磁性中間層24と第2
強磁性自由層23とを積層して形成している。更に、第
2固定磁性層51は、第3強磁性ピンド層52と第2非
磁性層55と第4強磁性ピンド層53と第3非磁性層5
6と第5強磁性ピンド層54とを積層して形成してい
る。なお、図8に示すように、第1固定磁性層21の第
2強磁性ピンド層23を第1強磁性ピンド層22よりも
厚く形成し、フリー磁性層41の第1強磁性自由層42
を第2強磁性自由層43よりも厚く形成している。ま
た、第2固定磁性層51においては、第4強磁性ピンド
層53、第3強磁性ピンド層52、第5強磁性ピンド層
54の順に厚く形成している。The first pinned magnetic layer 21 is formed by laminating the first ferromagnetic pinned layer 22, the first nonmagnetic layer 24, and the second ferromagnetic pinned layer 23. In addition, the free magnetic layer 4
1 is the first ferromagnetic free layer 22, the non-magnetic intermediate layer 24, and the second
It is formed by stacking the ferromagnetic free layer 23. Further, the second pinned magnetic layer 51 includes a third ferromagnetic pinned layer 52, a second nonmagnetic layer 55, a fourth ferromagnetic pinned layer 53, and a third nonmagnetic layer 5.
6 and the fifth ferromagnetic pinned layer 54 are laminated. As shown in FIG. 8, the second ferromagnetic pinned layer 23 of the first pinned magnetic layer 21 is formed thicker than the first ferromagnetic pinned layer 22, and the first ferromagnetic free layer 42 of the free magnetic layer 41 is formed.
Are formed thicker than the second ferromagnetic free layer 43. Further, in the second pinned magnetic layer 51, the fourth ferromagnetic pinned layer 53, the third ferromagnetic pinned layer 52, and the fifth ferromagnetic pinned layer 54 are formed thicker in this order.
【0079】次に図9に示すように、リフトオフレジス
ト101に覆われていない部分をイオンミリングにより
除去して、傾斜面を形成して等脚台形状の積層体11A
を形成する。Next, as shown in FIG. 9, a portion not covered with the lift-off resist 101 is removed by ion milling to form an inclined surface and an isosceles trapezoidal laminate 11A.
To form.
【0080】ついで図10に示すように、リフトオフレ
ジスト101上及び積層体11Aの両側に、バイアス下
地層19、バイアス層18、中間層17及び電極層16
を順次積層する。次に、図11に示すようにリフトオフ
レジスト101を除去する。このようにしてスピンバル
ブ型薄膜磁気素子11を形成する。Then, as shown in FIG. 10, the bias underlayer 19, the bias layer 18, the intermediate layer 17, and the electrode layer 16 are formed on the lift-off resist 101 and on both sides of the laminated body 11A.
Are sequentially laminated. Next, as shown in FIG. 11, the lift-off resist 101 is removed. Thus, the spin valve thin film magnetic element 11 is formed.
【0081】次に、スピンバルブ型薄膜磁気素子11の
第1、第2反強磁性層71、72を磁場中で熱処理し、
第1、第2反強磁性層71、72と第1、第2固定磁性
層21、51とのそれぞれの界面にて交換結合磁界を発
現させる。図12に、図11に示すスピンバルブ型薄膜
磁気素子11のトラック幅方向からみた断面図を示す。
図12に示すように、図示Y方向に向けて外部磁界Hを
印加しつつ熱処理する。このときの外部磁界Hは、フリ
ー磁性層41及び第1、第2固定磁性層21、51を構
成するすべての強磁性層22、23、42、43、5
2、53、54の磁化方向を同一方向に向けるために必
要な大きさであることが好ましく、具体的には4.0×
105A/m以上の外部磁界を印加することが好まし
い。また、熱処理は、真空雰囲気中若しくは不活性ガス
雰囲気中で、473〜573Kの熱処理温度で60〜6
00分間行うことが好ましい。上記の如く熱処理する
と、第1、第2反強磁性層71、72の結晶構造が規則
化し、第1、第2固定磁性層21、51との界面にて交
換結合磁界が発現する。Next, the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 of the spin valve thin film magnetic element 11 are heat-treated in a magnetic field,
Exchange coupling magnetic fields are developed at the interfaces between the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 and the first and second pinned magnetic layers 21 and 51, respectively. FIG. 12 shows a cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element 11 shown in FIG. 11 viewed from the track width direction.
As shown in FIG. 12, heat treatment is performed while applying an external magnetic field H in the Y direction shown in the drawing. At this time, the external magnetic field H is generated by the free magnetic layer 41 and all the ferromagnetic layers 22, 23, 42, 43, 5 constituting the first and second pinned magnetic layers 21, 51.
The size is preferably such that the magnetization directions of 2, 53 and 54 are oriented in the same direction, specifically, 4.0 ×
It is preferable to apply an external magnetic field of 10 5 A / m or more. The heat treatment is performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere at a heat treatment temperature of 473 to 573K for 60 to 6K.
It is preferable to perform this for 00 minutes. When the heat treatment is performed as described above, the crystal structures of the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 are ordered, and an exchange coupling magnetic field is generated at the interface with the first and second pinned magnetic layers 21 and 51.
【0082】そして熱処理終了後に外部磁界Hを除去す
る。外部磁界Hを除去すると、図13に示すように、第
1固定磁性層21を構成する第1、第2強磁性ピンド層
22、23が反強磁性的に結合し、第2強磁性ピンド層
23の磁化方向が反転する。また、第2固定磁性層51
を構成する第3、第4、第5強磁性ピンド層52、5
3、54がそれぞれ反強磁性的に結合し、第4強磁性ピ
ンド層53の磁化方向が反転する。即ち、第1固定磁性
層21においては、第1強磁性ピンド層22の磁化方向
が、第1反強磁性層71により固定されているため、図
示Y方向を向いたままとなり、第2強磁性ピンド層23
の磁化方向が図示Y方向の反対方向に反転する。また、
第2固定磁性層51においては、第5強磁性ピンド層5
4の磁化方向が、第2反強磁性層72により固定されて
いるため、図示Y方向を向いたままとなり、第4強磁性
ピンド層53の磁化方向が図示Y方向の反対方向に反転
する。第3強磁性ピンド層52の磁化方向は、第4強磁
性ピンド層53との反強磁性的結合により図示Y方向を
向いたままとなる。After the heat treatment is completed, the external magnetic field H is removed. When the external magnetic field H is removed, as shown in FIG. 13, the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 constituting the first pinned magnetic layer 21 are antiferromagnetically coupled, and the second ferromagnetic pinned layer is formed. The magnetization direction of 23 is reversed. In addition, the second pinned magnetic layer 51
The third, fourth, and fifth ferromagnetic pinned layers 52 and 5 that constitute
3 and 54 are antiferromagnetically coupled, and the magnetization direction of the fourth ferromagnetic pinned layer 53 is reversed. That is, in the first pinned magnetic layer 21, since the magnetization direction of the first ferromagnetic pinned layer 22 is fixed by the first antiferromagnetic layer 71, the magnetization direction of the first ferromagnetic pinned layer 22 remains oriented in the Y direction in the drawing, and the second ferromagnetic layer 21 remains. Pinned layer 23
The magnetization direction of is reversed in the direction opposite to the Y direction in the figure. Also,
In the second pinned magnetic layer 51, the fifth ferromagnetic pinned layer 5
Since the magnetization direction of No. 4 is fixed by the second antiferromagnetic layer 72, the magnetization direction of the fourth ferromagnetic pinned layer 53 remains reversed in the Y direction shown in the drawing. The magnetization direction of the third ferromagnetic pinned layer 52 remains in the Y direction in the figure due to the antiferromagnetic coupling with the fourth ferromagnetic pinned layer 53.
【0083】最後に、バイアス層18、18を着磁して
バイアス磁界を発現させ、フリー磁性層41全体の磁化
方向を図示X1方向に揃える。このようにして図1及び
図2に示すようなスピンバルブ型薄膜磁気素子11が得
られる。Finally, the bias layers 18, 18 are magnetized to generate a bias magnetic field, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 41 is aligned with the X1 direction in the figure. In this way, the spin valve thin film magnetic element 11 as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
【0084】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子11に
よれば、第2強磁性ピンド層23の磁化方向と第3強磁
性ピンド層52の磁化方向が反平行なので、フリー磁性
層41と第2、第3固強磁性ピンド層23、52との強
磁性層間結合により発現する強磁性層間結合磁界の磁界
モーメントHb1、Hb2が打ち消し合い、フリー磁性層4
1全体の磁化方向が傾くことがなく、アシンメトリーを
小さくすることができる。According to the above spin-valve thin-film magnetic element 11, the magnetization directions of the second ferromagnetic pinned layer 23 and the third ferromagnetic pinned layer 52 are antiparallel, so that the free magnetic layer 41 and the second The magnetic moments Hb1 and Hb2 of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic fields developed by the ferromagnetic interlayer coupling with the third solid ferromagnetic pinned layers 23 and 52 cancel each other out, and the free magnetic layer 4
The magnetization direction of the whole 1 does not tilt, and asymmetry can be reduced.
【0085】また、第1固定磁性層21全体の磁化方向
と第2固定磁性層51全体の磁化方向が反平行なので、
フリー磁性層41に印加される双極子磁界Hd1、Hd2が
打ち消し合い、フリー磁性層41全体の磁化モーメント
Hfrの方向が、第1、第2固定磁性層21、51の双極
子磁界によって傾くことがなく、アシンメトリーを小さ
くすることができる。Since the magnetization direction of the entire first pinned magnetic layer 21 and the magnetization direction of the entire second pinned magnetic layer 51 are antiparallel,
The dipole magnetic fields Hd1 and Hd2 applied to the free magnetic layer 41 may cancel each other, and the direction of the magnetization moment Hfr of the entire free magnetic layer 41 may be inclined by the dipole magnetic fields of the first and second pinned magnetic layers 21 and 51. The asymmetry can be reduced.
【0086】更に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11において、検出電流i1、i2を図示X1方向に向け
て流すと、検出電流磁界Hi1、Hi2のそれぞれ方向が第
1、第2固定磁性層21、51の磁化方向と同一になる
ので、第1、第2固定磁性層21、51の磁化が検出電
流磁界Hi1、Hi2によって打ち消されることがなく、第
1、第2固定磁性層21、51の磁化を強固に固定する
ことができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子11のアシン
メトリーを小さくすることができる。Further, in the above spin-valve type thin film magnetic element 11, when the detection currents i1 and i2 are made to flow in the X1 direction in the figure, the detection current magnetic fields Hi1 and Hi2 are respectively directed to the first and second pinned magnetic layers 21. , 51, the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers 21 and 51 are not canceled by the detection current magnetic fields Hi1 and Hi2, and the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers 21 and 51 are not cancelled. The magnetization can be firmly fixed, and the asymmetry of the spin valve thin film magnetic element 11 can be reduced.
【0087】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11によれば、Hb1+Hb2+Hd1+Hd2+Hs≒0とす
ることが可能なので、フリー磁性層41の磁化方向がこ
れらの磁気モーメントによって傾くことがなく、スピン
バルブ型薄膜磁気素子11のアシンメトリーを0にする
ことができる。Further, according to the above spin-valve thin-film magnetic element 11, since Hb1 + Hb2 + Hd1 + Hd2 + Hs≈0 can be established, the magnetization direction of the free magnetic layer 41 is not inclined by these magnetic moments, and the spin-valve thin-film The asymmetry of the magnetic element 11 can be set to zero.
【0088】(第2の実施形態)次に本発明の第2に実
施形態を図面を参照して説明する。図14に、本発明の
第2の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子12
を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図15に
はスピンバルブ型薄膜磁気素子12をトラック幅方向側
からみた断面模式図を示す。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 shows a spin valve thin film magnetic element 12 according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic sectional view seen from the magnetic recording medium side, and FIG. 15 is a schematic sectional view seen from the track width direction side of the spin-valve thin-film magnetic element 12.
【0089】図14及び図15に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子12は、第1の実施形態のスピンバルブ型薄
膜磁気素子11と同様に薄膜磁気ヘッドを構成し、この
薄膜磁気ヘッドはインダクティブヘッドとともに浮上式
磁気ヘッドを構成する。The spin-valve thin-film magnetic element 12 shown in FIGS. 14 and 15 constitutes a thin-film magnetic head like the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment, and this thin-film magnetic head together with the inductive head. Constructs a floating magnetic head.
【0090】このスピンバルブ型薄膜磁気素子12は、
第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子11と同
様に、フリー磁性層41の厚さ方向両側に、非磁性導電
層、固定磁性層、反強磁性層が順次積層されてなるデュ
アルスピンバルブ薄膜磁気素子である。The spin-valve type thin film magnetic element 12 is
Similar to the spin valve thin film magnetic element 11 of the first embodiment, a dual spin valve in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked on both sides of the free magnetic layer 41 in the thickness direction. It is a thin film magnetic element.
【0091】即ちこのスピンバルブ型薄膜磁気素子12
は、下部絶縁層164に積層された下地層15上に、第
2反強磁性層72、第2固定磁性層61、第2非磁性導
電層32、フリー磁性層41、第1非磁性導電層31、
第1固定磁性層21、第1反強磁性層71及びキャップ
層14が順次積層されて構成されている。このように下
地層15からキャップ層14間での各層が順次積層され
てトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積
層体12Aが形成されている。That is, this spin valve thin film magnetic element 12
Is the second antiferromagnetic layer 72, the second pinned magnetic layer 61, the second nonmagnetic conductive layer 32, the free magnetic layer 41, and the first nonmagnetic conductive layer on the underlayer 15 laminated on the lower insulating layer 164. 31,
The first pinned magnetic layer 21, the first antiferromagnetic layer 71, and the cap layer 14 are sequentially stacked. In this manner, the layers from the base layer 15 to the cap layer 14 are sequentially laminated to form a laminated body 12A having a substantially trapezoidal shape in cross section and having a width corresponding to the track width.
【0092】スピンバルブ型薄膜磁気素子12が先に説
明した第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子1
1と異なる点は、第2固定磁性層61が、強磁性層の単
層構造とされている点である。The spin-valve thin-film magnetic element 12 is the spin-valve thin-film magnetic element 1 of the first embodiment described above.
The difference from 1 is that the second pinned magnetic layer 61 has a single-layer structure of a ferromagnetic layer.
【0093】従って、図14及び図15に示す第1、第
2反強磁性層71、72、第1、第2非磁性導電層3
1、32、フリー磁性層41(第1、第2強磁性自由層
42、43、非磁性中間層44)、第1固定磁性層21
(第1、第2強磁性ピンド層22、23、第1非磁性層
24)、導電層16、16、中間層17、17、バイア
ス層18、18及びバイアス下地層19、19は、第1
の実施形態で説明した上部、下部反強磁性層71、7
2、上部、下部非磁性導電層31、32、フリー磁性層
41(第1、第2強磁性自由層42、43、非磁性中間
層44)、第1固定磁性層21(第1、第2強磁性ピン
ド層22、23、第1非磁性層24)、導電層16、1
6、中間層17、17、バイアス層18、18及びバイ
アス下地層19、19と同等の構成及び材質であるの
で、説明を省略する。Therefore, the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72, the first and second nonmagnetic conductive layers 3 shown in FIGS.
1, 32, free magnetic layer 41 (first and second ferromagnetic free layers 42 and 43, non-magnetic intermediate layer 44), first pinned magnetic layer 21.
The (first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23, the first nonmagnetic layer 24), the conductive layers 16 and 16, the intermediate layers 17 and 17, the bias layers 18 and 18, and the bias underlayers 19 and 19 are the first
The upper and lower antiferromagnetic layers 71 and 7 described in the above embodiment.
2, upper and lower non-magnetic conductive layers 31, 32, free magnetic layer 41 (first and second ferromagnetic free layers 42, 43, non-magnetic intermediate layer 44), first pinned magnetic layer 21 (first, second) Ferromagnetic pinned layers 22, 23, first non-magnetic layer 24), conductive layers 16, 1
6, the intermediate layers 17 and 17, the bias layers 18 and 18, and the bias base layers 19 and 19 have the same configuration and material, and therefore the description thereof will be omitted.
【0094】第2固定磁性層61は、図14及び図15
に示すように、強磁性層の単層構造とされていて、第2
反強磁性層72と第2非磁性導電層32の間に配置され
ている。この第2固定磁性層61は、NiFe合金、C
o、CoNiFe合金、CoFe合金、CoNi合金等
により形成されるものであり、特にCoより形成される
ことが好ましい。そして、第2固定磁性層61の膜厚は
1〜3nmの範囲が好ましい。The second pinned magnetic layer 61 is shown in FIGS.
As shown in FIG.
It is arranged between the antiferromagnetic layer 72 and the second nonmagnetic conductive layer 32. The second pinned magnetic layer 61 is made of NiFe alloy, C
o, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, etc., and particularly preferably Co. The thickness of the second pinned magnetic layer 61 is preferably in the range of 1 to 3 nm.
【0095】また、第2固定磁性層61の磁化方向は、
第2反強磁性層72との交換結合磁界により図示Y方向
に固定されている。The magnetization direction of the second pinned magnetic layer 61 is
It is fixed in the Y direction in the figure by an exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 72.
【0096】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子12で
は、図14及び図15に示すように、第1、第2固定磁
性層21、61のそれぞれの磁化方向とフリー磁性層4
1の磁化方向とが交叉し、第1固定磁性層21全体の磁
化方向と第2固定磁性層61の磁化方向とが反平行にな
る。また、第1固定磁性層21を構成する強磁性層の中
で最もフリー磁性層41に近い第2強磁性ピンド層23
の磁化方向(図示Y方向の反対方向)と、第2固定磁性
層61の磁化方向(図示Y方向)とが反平行になる。こ
れらの磁化方向の関係は、第1の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子11と同様である。In the above spin-valve thin-film magnetic element 12, as shown in FIGS. 14 and 15, the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers 21 and 61 and the free magnetic layer 4 respectively.
The magnetization direction of the first pinned magnetic layer 21 and the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 61 are antiparallel to each other. The second ferromagnetic pinned layer 23 closest to the free magnetic layer 41 among the ferromagnetic layers forming the first pinned magnetic layer 21.
And the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 61 (Y direction in the drawing) are antiparallel. The relationship of these magnetization directions is the same as that of the spin-valve type thin film magnetic element 11 of the first embodiment.
【0097】従って、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素
子12においては、図5に示す第1の実施形態のスピン
バルブ型薄膜磁気素子11の場合と同様に、第2強磁性
ピンド層22とフリー磁性層41とが強磁性層間結合す
ることによりフリー磁性層41に与えられる強磁性交換
結合磁界の磁界モーメントHb1の方向と、第2固定磁性
層61とフリー磁性層41とが強磁性層間結合すること
によりフリー磁性層41に与えられる強磁性交換結合磁
界の磁界モーメントHb2の方向とが反平行になる。Therefore, in the spin-valve thin-film magnetic element 12 described above, as in the case of the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment shown in FIG. The direction of the magnetic field moment Hb1 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field given to the free magnetic layer 41 due to the ferromagnetic interlayer coupling with the layer 41 and the ferromagnetic pin coupling between the second pinned magnetic layer 61 and the free magnetic layer 41. As a result, the direction of the magnetic field moment Hb2 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field given to the free magnetic layer 41 becomes antiparallel.
【0098】従って、磁界モーメントHb1、Hb2がフリ
ー磁性層41において打ち消し合うので、フリー磁性層
41全体の磁化方向が、第1、第2固定磁性層21、5
1との強磁性層間結合磁界によって傾くことがなく、バ
イアス層18、18によってトラック幅方向に揃えられ
る。Therefore, since the magnetic field moments Hb1 and Hb2 cancel each other out in the free magnetic layer 41, the magnetization directions of the entire free magnetic layer 41 are the same as those of the first and second pinned magnetic layers 21 and 5.
It is not inclined by the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field with 1 and is aligned in the track width direction by the bias layers 18, 18.
【0099】また上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子1
2においては、第1固定磁性層21全体の磁化方向と第
2固定磁性層61の磁化方向とが反平行の関係になるの
で、図6の場合と同様に、フリー磁性層41に印加され
る第1固定磁性層21の双極子磁界の磁気モーメントの
方向と、フリー磁性層41に印加される第2固定磁性層
61の双極子磁界の磁気モーメントの方向とが反平行に
なる。Further, the above spin-valve type thin film magnetic element 1
2, the magnetization direction of the entire first pinned magnetic layer 21 and the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 61 are antiparallel to each other. The direction of the magnetic moment of the dipole magnetic field of the first pinned magnetic layer 21 and the direction of the magnetic moment of the dipole magnetic field of the second pinned magnetic layer 61 applied to the free magnetic layer 41 are antiparallel.
【0100】従って、フリー磁性層41に印加される2
つの双極子磁界が打ち消し合うので、フリー磁性層41
全体の磁化モーメントの方向が、第1、第2固定磁性層
21、51の双極子磁界によって傾くことがなく、バイ
アス層18、18によってトラック幅方向に揃えられ
る。Therefore, 2 applied to the free magnetic layer 41.
Since the two dipole magnetic fields cancel each other, the free magnetic layer 41
The direction of the entire magnetization moment is not inclined by the dipole magnetic fields of the first and second pinned magnetic layers 21 and 51, and is aligned in the track width direction by the bias layers 18 and 18.
【0101】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
12においては、図7の場合と同様に、第1非磁性導電
層31に検出電流が流れた際に第1固定磁性層21に印
加される検出電流磁界の方向と、第1固定磁性層21全
体の磁化方向とが同一方向となる。また、第2非磁性導
電層32に検出電流が流れた際に第2固定磁性層61に
印加される検出電流磁界の方向と、第2固定磁性層61
の磁化方向とが同一方向となる。In the spin-valve type thin film magnetic element 12, the detection current is applied to the first pinned magnetic layer 21 when the detection current flows through the first non-magnetic conductive layer 31, as in the case of FIG. The direction of the detected current magnetic field and the magnetization direction of the entire first pinned magnetic layer 21 are the same. The direction of the detection current magnetic field applied to the second pinned magnetic layer 61 when the detection current flows in the second non-magnetic conductive layer 32 and the second pinned magnetic layer 61.
Is the same as the magnetization direction.
【0102】従って上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
12においては、検出電流磁界の方向が第1、第2固定
磁性層21、61の磁化方向と同一になるので、第1、
第2固定磁性層21、61の磁化が検出電流磁界によっ
て打ち消されることがなく、第1、第2固定磁性層2
1、61の磁化を強固に固定することができ、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子12のアシンメトリーを小さくする
ことができる。Therefore, in the above spin-valve thin film magnetic element 12, the directions of the detected current magnetic fields are the same as the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers 21 and 61.
The magnetizations of the second pinned magnetic layers 21 and 61 are not canceled by the detected current magnetic field, and the first and second pinned magnetic layers 2
The magnetizations of 1 and 61 can be firmly fixed, and the asymmetry of the spin valve thin film magnetic element 12 can be reduced.
【0103】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
12によれば、第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁
気素子11と同様に、強磁性層間結合磁界の磁界モーメ
ントと双極子磁界磁気モーメントと検出電流磁界の磁気
モーメントの合計を0(Hb1+Hb2+Hd1+Hd2+Hs
≒0)にすることが可能なので、フリー磁性層41の磁
化方向がこれらの磁気モーメントによって傾くことがな
い。Further, according to the spin-valve thin-film magnetic element 12 described above, the magnetic field moment of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field and the dipole magnetic-field magnetic moment are similar to the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment. The total of the magnetic moments of the detected current magnetic field is 0 (Hb1 + Hb2 + Hd1 + Hd2 + Hs
≈0), the magnetization direction of the free magnetic layer 41 does not tilt due to these magnetic moments.
【0104】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子12
は、第2固定磁性層61を単層構造とすること以外は、
第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子11と同
様にして製造できる。The spin valve thin film magnetic element 12 described above.
Except that the second pinned magnetic layer 61 has a single-layer structure.
It can be manufactured in the same manner as the spin valve thin film magnetic element 11 of the first embodiment.
【0105】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子12に
よれば、第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11の効果と同等な効果を奏するとともに、以下の効果
が得られる。即ち上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子1
2においては、第2固定磁性層61が単層構造とされて
いるので、第2固定磁性層61の膜厚が小さくなり、こ
れにより積層体12Aの厚さが薄くなるので、検出電流
の分流が抑制され、磁気抵抗変化率を高くすることがで
きる。According to the above spin-valve thin-film magnetic element 12, the same effects as those of the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, the above spin-valve thin-film magnetic element 1
In No. 2, since the second pinned magnetic layer 61 has a single-layer structure, the film thickness of the second pinned magnetic layer 61 is reduced, which reduces the thickness of the laminated body 12A, so that the detection current is shunted. Is suppressed, and the rate of change in magnetic resistance can be increased.
【0106】[0106]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、一方の固定磁性層が2
Lの強磁性層、即ち偶数個の強磁性層からなり、他方の
固定磁性層が1または2N+1の強磁性層、即ち奇数個
の強磁性層からなり、各固定磁性層のそれぞれの磁化方
向を反平行にすると同時に、これらの固定磁性層を構成
する強磁性層のうちの非磁性導電層にそれぞれ隣接する
強磁性層の磁化方向を反平行とするので、フリー磁性層
の磁化方向を固定磁性層の磁化方向の直交方向に揃える
ことができる。従って本発明のスピンバルブ型薄膜磁気
素子においては、フリー磁性層が固定磁性層の磁化によ
る影響を受けにくく、アシンメトリーを小さくすること
ができる。As described above in detail, in the spin-valve type thin film magnetic element of the present invention, one fixed magnetic layer is 2
L ferromagnetic layers, that is, an even number of ferromagnetic layers, and the other fixed magnetic layer is a 1 or 2N + 1 ferromagnetic layer, that is, an odd number of ferromagnetic layers. At the same time as making the magnetization directions of the ferromagnetic layers adjacent to the non-magnetic conductive layers of the ferromagnetic layers constituting these pinned magnetic layers anti-parallel, the magnetization directions of the free magnetic layers are fixed. It can be aligned in the direction perpendicular to the magnetization direction of the layer. Therefore, in the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, the free magnetic layer is unlikely to be affected by the magnetization of the pinned magnetic layer, and the asymmetry can be reduced.
【0107】また本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
によれば、一方及び他方の固定磁性層とフリー磁性層と
の強磁性層間結合により生じる強磁性交換結合磁界のそ
れぞれの磁界モーメントHb1、Hb2の方向がフリー磁性
層において反平行とされているので、固定磁性層による
強磁性層間結合磁界が相殺され、フリー磁性層の磁化方
向がこの強磁性層間結合磁界によって傾くことがなく、
フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向の直交
方向に揃えてスピンバルブ型薄膜磁気素子のアシンメト
リーを小さくすることができる。According to the spin-valve type thin film magnetic element of the present invention, the magnetic field moments Hb1 and Hb2 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic fields generated by the ferromagnetic interlayer coupling between the one and the other fixed magnetic layers and the free magnetic layer are obtained. Since the directions are antiparallel in the free magnetic layer, the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field due to the pinned magnetic layer is canceled, and the magnetization direction of the free magnetic layer is not inclined by this ferromagnetic interlayer coupling magnetic field.
The magnetization direction of the free magnetic layer can be aligned with the direction perpendicular to the magnetization direction of the fixed magnetic layer to reduce the asymmetry of the spin-valve thin film magnetic element.
【0108】更に本発明スピンバルブ型薄膜磁気素子に
よれば、一方及び他方の固定磁性層のそれぞれの双極子
磁界の磁気モーメントHd1、Hd2の方向がフリー磁性層
において反平行とされているので、これらの双極子磁界
が相殺され、フリー磁性層の磁化方向がこれらの双極子
磁界によって傾くことがなく、フリー磁性層の磁化方向
を固定磁性層の磁化方向の直交方向に揃えてスピンバル
ブ型薄膜磁気素子のアシンメトリーを小さくすることが
できる。Further, according to the spin-valve thin film magnetic element of the present invention, the directions of the magnetic moments Hd1 and Hd2 of the dipole magnetic fields of the one and the other fixed magnetic layers are antiparallel in the free magnetic layer. These dipole magnetic fields cancel each other out, and the magnetization direction of the free magnetic layer is not tilted by these dipole magnetic fields, and the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer. The asymmetry of the magnetic element can be reduced.
【0109】更に本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
によれば、フリー磁性層に印加される検出電流磁界の磁
気モーメントをHsとしたとき、Hb1+Hb2+Hd1+Hd
2+Hs≒0が成立するので、フリー磁性層の磁化方向
が、これらの磁気モーメントによって傾くことがなく、
スピンバルブ型薄膜磁気素子のアシンメトリーを0にす
ることができる。Further, according to the spin valve thin film magnetic element of the present invention, when the magnetic moment of the detected current magnetic field applied to the free magnetic layer is Hs, Hb1 + Hb2 + Hd1 + Hd
Since 2 + Hs≈0 holds, the magnetization direction of the free magnetic layer does not tilt due to these magnetic moments,
The asymmetry of the spin valve thin film magnetic element can be made zero.
【0110】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子によれば、検出電流により発生する検出電流磁界の方
向が、一対の固定磁性層においてこれらの固定磁性層の
磁化方向と同一であるので、固定磁性層の磁化が検出電
流磁界によって打ち消されることがなく、固定磁性層の
磁化を強固に固定することができ、スピンバルブ型薄膜
磁気素子のアシンメトリーを小さくすることができる。According to the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, the direction of the detection current magnetic field generated by the detection current is the same as the magnetization direction of these pinned magnetic layers in the pair of pinned magnetic layers. The magnetization of the pinned magnetic layer is not canceled by the detected current magnetic field, the magnetization of the pinned magnetic layer can be firmly fixed, and the asymmetry of the spin-valve thin-film magnetic element can be reduced.
【0111】本発明の薄膜磁気ヘッドは、先のいずれか
に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなる磁
気情報を読み取り可能な薄膜磁気ヘッドであり、また本
発明の浮上式磁気ヘッドは、先に記載の薄膜磁気ヘッド
をスライダに具備してなるものである。したがって上記
の薄膜磁気ヘッド及び浮上式磁気ヘッドは、アシンメト
リーが小さなスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えている
ので、再生波形の対象性に優れており、再生時のエラー
の頻度を小さくすることができる。The thin film magnetic head of the present invention is a thin film magnetic head capable of reading magnetic information, comprising the spin-valve type thin film magnetic element according to any one of the above, and the floating magnetic head of the present invention is The slider is equipped with the thin film magnetic head described above. Therefore, since the thin-film magnetic head and the floating magnetic head described above are provided with the spin-valve thin-film magnetic element having a small asymmetry, they are excellent in the symmetry of the reproduced waveform and can reduce the frequency of errors during reproduction. .
【0112】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法は、一方の固定磁性層を、2M(ただしMは1以
上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿
入される非磁性層とから構成し、フリー磁性層を、2L
(ただしLは1以上の整数)以上の強磁性層とこれらの
強磁性層の間に挿入される非磁性中間層とから構成し、
他方の固定磁性層を、強磁性層のみからなる単層構造、
または、2N+1(ただしNは1以上の整数)以上の強
磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入される非磁性層か
らなる積層構造から構成し、これらの強磁性層の磁化方
向が同一方向に向くために必要な外部磁界を印加しつつ
熱処理して、前記一方及び他方の反強磁性層と前記一方
及び他方の固定磁性層との間で交換結合磁界を発現させ
るので、上記の構成のスピンバルブ型薄膜磁気素子を容
易に製造することができる。In the method of manufacturing a spin-valve thin film magnetic element of the present invention, one fixed magnetic layer is inserted between a ferromagnetic layer of 2M (where M is an integer of 1 or more) or more and these ferromagnetic layers. 2L of free magnetic layer
(Where L is an integer of 1 or more) or more and a non-magnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers,
The other fixed magnetic layer is a single layer structure consisting of a ferromagnetic layer,
Alternatively, it has a laminated structure including a ferromagnetic layer of 2N + 1 (where N is an integer of 1 or more) or more and a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers, and the magnetization directions of these ferromagnetic layers are the same. In order to develop an exchange coupling magnetic field between the one and the other antiferromagnetic layers and the one and the other fixed magnetic layers, heat treatment is performed while applying an external magnetic field necessary to orient in the direction. The spin-valve type thin film magnetic element can be easily manufactured.
【図1】 本発明の第1の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を磁気記録媒体側から見た断面模式図
である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a spin-valve thin film magnetic element according to a first embodiment of the present invention viewed from a magnetic recording medium side.
【図2】 図1のスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラ
ック幅方向側から見た断面模式図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of the spin-valve thin film magnetic element of FIG. 1 viewed from the track width direction side.
【図3】 本発明の第1の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を備えた浮上式磁気ヘッドを示す斜視
図である。FIG. 3 is a perspective view showing a levitation type magnetic head including a spin-valve type thin film magnetic element according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の第1の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部を示す
断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a thin film magnetic head including a spin valve thin film magnetic element according to the first embodiment of the present invention.
【図5】 図1のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第
1、第2固定磁性層とフリー磁性層との間で発現する強
磁性層間結合磁界を説明するための模式図である。5 is a schematic diagram for explaining a ferromagnetic interlayer coupling magnetic field developed between the first and second pinned magnetic layers and the free magnetic layer of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG.
【図6】 図1のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第
1、第2固定磁性層からフリー磁性層に印加される双極
子磁界を説明するための模式図である。6 is a schematic diagram for explaining a dipole magnetic field applied to the free magnetic layer from the first and second pinned magnetic layers of the spin-valve thin film magnetic element of FIG.
【図7】 図1のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第
1、第2非磁性導電層に流れる検出電流により発生する
検出電流磁界と、第1、第2固定磁性層の磁化方向との
関係を説明するための模式図である。7 shows the relationship between the detection current magnetic fields generated by the detection currents flowing in the first and second nonmagnetic conductive layers of the spin-valve thin film magnetic element of FIG. 1 and the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers. It is a schematic diagram for explaining.
【図8】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための工程図である。FIG. 8 is a process drawing for explaining the manufacturing method of the spin-valve thin film magnetic element shown in FIG.
【図9】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための工程図である。FIG. 9 is a process chart for explaining a method for manufacturing the spin-valve thin film magnetic element shown in FIG.
【図10】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 10 is a process chart for explaining the manufacturing method of the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.
【図11】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 11 is a process chart for explaining the manufacturing method of the spin-valve thin film magnetic element shown in FIG.
【図12】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 12 is a process drawing for explaining the manufacturing method of the spin-valve thin film magnetic element shown in FIG.
【図13】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 13 is a process drawing for explaining the manufacturing method of the spin-valve thin film magnetic element shown in FIG.
【図14】 本発明の第2の実施形態であるスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子を磁気記録媒体側から見た断面模式
図である。FIG. 14 is a schematic sectional view of the spin-valve thin film magnetic element according to the second embodiment of the present invention as viewed from the magnetic recording medium side.
【図15】 図14のスピンバルブ型薄膜磁気素子を
トラック幅方向側から見た断面模式図である。FIG. 15 is a schematic sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG. 14 viewed from the track width direction side.
【図16】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を磁
気記録媒体側から見た断面模式図である。FIG. 16 is a schematic sectional view of a conventional spin-valve thin-film magnetic element as viewed from the magnetic recording medium side.
【図17】 図16のスピンバルブ型薄膜磁気素子を
トラック幅方向側から見た断面模式図である。FIG. 17 is a schematic sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG. 16 seen from the track width direction side.
【図18】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第
1、第2固定磁性層からフリー磁性層に印加される双極
子磁界を説明するための模式図である。FIG. 18 is a schematic diagram for explaining a dipole magnetic field applied to the free magnetic layer from the first and second pinned magnetic layers of the conventional spin valve thin film magnetic element.
1 薄膜磁気ヘッド 11、12 スピンバルブ型薄膜磁気素子 21 第1固定磁性層(一方の固定磁性層) 22 第1強磁性ピンド層(強磁性層) 23 第2強磁性ピンド層(強磁性層) 24 第1非磁性層(非磁性層) 31 第1非磁性導電層(一方の非磁性導電層) 32 第2非磁性導電層(他方の非磁性導電層) 41 フリー磁性層 42 第1強磁性自由層(強磁性層) 43 第2強磁性自由層(強磁性層) 44 非磁性中間層 51、61 第2固定磁性層(他方の固定磁性層) 52 第3強磁性ピンド層(強磁性層) 53 第4強磁性ピンド層(強磁性層) 54 第5強磁性ピンド層(強磁性層) 55 第2非磁性層(非磁性層) 56 第3非磁性層(非磁性層) 71 第1反強磁性層(一方の反強磁性層) 72 第2反強磁性層(他方の反強磁性層) 16 導電層 18 バイアス層 150 浮上式磁気ヘッド 1 Thin film magnetic head 11, 12 Spin-valve type thin film magnetic element 21 First pinned magnetic layer (one pinned magnetic layer) 22 First ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 23 Second ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 24 First non-magnetic layer (non-magnetic layer) 31 First non-magnetic conductive layer (one non-magnetic conductive layer) 32 second non-magnetic conductive layer (other non-magnetic conductive layer) 41 Free magnetic layer 42 first ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 43 Second ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 44 Non-magnetic intermediate layer 51, 61 Second pinned magnetic layer (other pinned magnetic layer) 52 Third Ferromagnetic Pinned Layer (Ferromagnetic Layer) 53 Fourth ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 54 fifth ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 55 Second Nonmagnetic Layer (Nonmagnetic Layer) 56 Third Nonmagnetic Layer (Nonmagnetic Layer) 71 First Antiferromagnetic Layer (One Antiferromagnetic Layer) 72 Second antiferromagnetic layer (other antiferromagnetic layer) 16 Conductive layer 18 Bias layer 150 floating magnetic head
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 文人 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アル プス電気株式会社内 (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アル プス電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−334420(JP,A) 特開 平7−169026(JP,A) 特開 平10−105928(JP,A) 特開 平9−251618(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 5/39 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Fumito Koike 1-7 Yukiya Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (72) Naoya Hasegawa 1-7 Yukiya Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Al (56) Reference JP 10-334420 (JP, A) JP 7-169026 (JP, A) JP 10-105928 (JP, A) JP 9-251618 ( (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G11B 5/39
Claims (11)
れ非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが順次積層
されるとともに、前記フリー磁性層と前記一対の非磁性
導電層と前記一対の固定磁性層に検出電流を与える一対
の導電層と、前記フリー磁性層の磁化方向を揃える一対
のバイアス層とを備えてなり、 前記フリー磁性層は、2L(ただしLは1以上の整数)
以上の強磁性層と、これらの強磁性層の間に挿入される
非磁性中間層とが積層されてなるとともに、隣接する各
強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体が
フェリ磁性状態とされ、 一方の前記固定磁性層は、2M(ただしMは1以上の整
数)以上の強磁性層と、これらの強磁性層の間に挿入さ
れる非磁性層とが積層されてなるとともに、隣接する各
強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体が
フェリ磁性状態とされ、かつ該一方の固定磁性層全体の
磁化方向が、隣接する一方の前記反強磁性層との交換結
合磁界により前記フリー磁性層全体の磁化方向の交叉方
向に固定され、 他方の前記固定磁性層は、強磁性層からなる単層構造、
または、2N+1(ただしNは1以上の整数)以上の強
磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入される非磁性層と
が積層されるとともに隣接する各強磁性層のそれぞれの
磁化方向が反平行とされて全体がフェリ磁性状態とされ
た積層構造、のいずれかによって構成され、かつ該他方
の固定磁性層全体の磁化方向が、隣接する他方の前記反
強磁性層との交換結合磁界により前記一方の固定磁性層
の磁化方向の反平行方向に固定され、 前記一方の固定磁性層を構成する強磁性層のうち最もフ
リー磁性層に近い強磁性層の磁化方向と、前記他方の固
定磁性層を構成する強磁性層のうち最もフリー磁性層に
近い強磁性層の磁化方向とが反平行であることを特徴と
するスピンバルブ型薄膜磁気素子。1. A nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked on both sides of the free magnetic layer in the thickness direction, and the free magnetic layer, the pair of nonmagnetic conductive layers, and the pair of nonmagnetic conductive layers are formed. The pair of pinned magnetic layers includes a pair of conductive layers that apply a detection current, and a pair of bias layers that align the magnetization directions of the free magnetic layers, and the free magnetic layers are 2 L (where L is an integer of 1 or more). )
The above ferromagnetic layers and a non-magnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers are laminated, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are made anti-parallel to each other, and One of the pinned magnetic layers is in a magnetic state, and is composed of a ferromagnetic layer of 2M (where M is an integer of 1 or more) or more and a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers. At the same time, the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are made antiparallel to each other so that the whole is in a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the one fixed magnetic layer is the same as that of the adjacent one antiferromagnetic layer. Is fixed in the cross direction of the magnetization directions of the entire free magnetic layer by the exchange coupling magnetic field of the other, and the other fixed magnetic layer is a single layer structure composed of a ferromagnetic layer,
Alternatively, a ferromagnetic layer of 2N + 1 (where N is an integer of 1 or more) or more and a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers are stacked, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are An anticoupling magnetic field with the other antiferromagnetic layer adjacent to the other pinned magnetic layer, the magnetization direction of which is the antiferromagnetic layer. Is fixed in an antiparallel direction of the magnetization direction of the one pinned magnetic layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the one pinned magnetic layer and the other pinned direction. A spin-valve thin-film magnetic element, wherein the magnetization direction of the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the magnetic layer is antiparallel.
性層のうち最もフリー磁性層に近い強磁性層と前記フリ
ー磁性層とが強磁性層間結合することにより生じる強磁
性交換結合磁界の磁界モーメントHb1の方向と、前記他
方の固定磁性層を構成する強磁性層のうち最もフリー磁
性層に近い強磁性層と前記フリー磁性層とが強磁性層間
結合することにより生じる強磁性交換結合磁界の磁界モ
ーメントHb2の方向とが、前記フリー磁性層において反
平行とされていることを特徴とする請求項1に記載のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子。2. A magnetic field of a ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by the ferromagnetic interlayer coupling between the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer and the free magnetic layer among the ferromagnetic layers forming the one fixed magnetic layer. The direction of the moment Hb1 and the ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by the ferromagnetic interlayer coupling between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer of the other fixed magnetic layers. 2. The spin valve thin film magnetic element according to claim 1, wherein the direction of the magnetic field moment Hb2 is antiparallel to the free magnetic layer.
磁気モーメントHd1の方向と、前記他方の固定磁性層の
双極子磁界の磁気モーメントHd2の方向とが、前記フリ
ー磁性層において反平行とされていることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載のスピンバルブ型薄膜磁
気素子。3. The direction of the magnetic moment Hd1 of the dipole magnetic field of the one pinned magnetic layer and the direction of the magnetic moment Hd2 of the dipole magnetic field of the other pinned magnetic layer are antiparallel in the free magnetic layer. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1 or 2, wherein
流れることにより前記フリー磁性層に印加される検出電
流磁界の磁気モーメントをHsとしたとき、 Hb1+Hb2+Hd1+Hd2+Hs≒0が成立することを特
徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子。4. Hb1 + Hb2 + Hd1 + Hd2 + Hs≈0 when the magnetic moment of the detection current magnetic field applied to the free magnetic layer by the detection current flowing through the pair of non-magnetic conductive layers is Hs. The spin valve thin film magnetic element according to claim 1.
り、前記他方の固定磁性層が強磁性層単層構造であるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記
載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。5. The method according to claim 1, wherein the L is 1, the M is 1, and the other fixed magnetic layer has a ferromagnetic layer single layer structure. The spin-valve thin-film magnetic element described.
り、前記Nが1であることを特徴とする請求項1ないし
請求項4のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
子。6. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the L is 1, the M is 1, and the N is 1.
磁性層に印加される検出電流磁界の方向と、前記一方の
固定磁性層全体の磁化方向とが同一方向とされるととも
に、前記他方の固定磁性層に印加される検出電流磁界の
方向と、前記他方の固定磁性層全体の磁化方向とが同一
方向とされていることを特徴とする請求項1ないし請求
項6のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。7. The direction of a detection current magnetic field applied to the one fixed magnetic layer when a detection current flows and the magnetization direction of the entire one fixed magnetic layer are the same, and the other direction is the same. 7. The direction of the detection current magnetic field applied to the pinned magnetic layer of 1 and the magnetization direction of the other pinned magnetic layer are the same direction. Spin valve thin film magnetic element.
記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなること
を特徴とする磁気情報を読み取り可能な薄膜磁気ヘッ
ド。8. A thin-film magnetic head capable of reading magnetic information, comprising the spin-valve thin-film magnetic element according to any one of claims 1 to 7.
ライダに具備してなることを特徴とする浮上式磁気ヘッ
ド。9. A flying magnetic head comprising the thin film magnetic head according to claim 8 on a slider.
Mは1以上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層
の間に挿入される非磁性層とが積層されてなる一方の固
定磁性層と、一方の非磁性導電層と、2L(ただしLは
1以上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間
に挿入される非磁性中間層とが積層されてなるフリー磁
性層と、他方の非磁性導電層と、強磁性層のみからなる
単層構造、または、2N+1(ただしNは1以上の整
数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入され
る非磁性層からなる積層構造から構成される他方の固定
磁性層と、他方の反強磁性層とを積層し、 外部磁界を印加して、前記一方の固定磁性層及び前記他
方の固定磁性層を構成するすべての強磁性層の磁化方向
を同一方向に向けつつ熱処理し、前記一方の反強磁性層
と前記一方の固定磁性層の間、及び前記他方の反強磁性
層と前記他方の固定磁性層との間で交換結合磁界をそれ
ぞれ発現させることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法。10. One of an antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer of 2M or more (where M is an integer of 1 or more) or more, and a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers are laminated. A fixed magnetic layer, a non-magnetic conductive layer on one side, a ferromagnetic layer of 2 L (where L is an integer of 1 or more) or more, and a non-magnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers are laminated. Between the free magnetic layer, the other non-magnetic conductive layer, and the ferromagnetic layer, or between a ferromagnetic layer of 2N + 1 (where N is an integer of 1 or more) or more and these ferromagnetic layers. The other pinned magnetic layer having a laminated structure composed of the inserted non-magnetic layer and the other antiferromagnetic layer are laminated, and an external magnetic field is applied to the one pinned magnetic layer and the other pinned magnetic layer. Heat treatment is performed with all the ferromagnetic layers that make up the magnetic layer oriented in the same direction. A spin valve type characterized in that an exchange coupling magnetic field is developed between one antiferromagnetic layer and the one pinned magnetic layer, and between the other antiferromagnetic layer and the other pinned magnetic layer, respectively. Method of manufacturing thin film magnetic element.
105A/m以上であることを特徴とする請求項10に
記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。11. The magnitude of the external magnetic field is 4.0 ×
The method for manufacturing a spin-valve thin film magnetic element according to claim 10, wherein the spin valve type thin film magnetic element has a current density of 10 5 A / m or more.
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