JP2746226B2 - 磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気ヘッド、磁気セ
ンサ等に用いられる磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子
と称する）に関し、特にスピンバルブ効果（以下、ＳＶ
効果と称する）を利用したＭＲ素子を用いた磁界の検出
方法に関する。
ンサ等に用いられる磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子
と称する）に関し、特にスピンバルブ効果（以下、ＳＶ
効果と称する）を利用したＭＲ素子を用いた磁界の検出
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果を用いたＭＲ素子は、高い
磁界応答感度を有しているため、磁気ヘッド、磁気セン
サ等において盛んに利用されている。従来のＭＲ素子に
おいては、磁気抵抗効果材料として異方性磁気抵抗（以
下、ＡＭＲと称する）効果をもつ磁性膜が用いられてい
た。このＡＭＲ型のＭＲ素子において、電気抵抗は磁気
抵抗効果材料に供給する電流と磁気抵抗効果材料の磁化
のなす角度の余弦の二乗に比例している。したがって、
線形応答を得るために、印加磁界がゼロのときに電流と
磁化のなす角度を４５度に設定するバイアス手段が必要
であった。このバイアス手段としては、磁気抵抗効果材
料に隣接して軟磁性材料を設け、その軟磁性材料との静
磁結合による方法、導電性の材料を設け、そこに分流す
る電流による磁界を用いる方法、これらの方法を組み合
わせた方法が知られている。
磁界応答感度を有しているため、磁気ヘッド、磁気セン
サ等において盛んに利用されている。従来のＭＲ素子に
おいては、磁気抵抗効果材料として異方性磁気抵抗（以
下、ＡＭＲと称する）効果をもつ磁性膜が用いられてい
た。このＡＭＲ型のＭＲ素子において、電気抵抗は磁気
抵抗効果材料に供給する電流と磁気抵抗効果材料の磁化
のなす角度の余弦の二乗に比例している。したがって、
線形応答を得るために、印加磁界がゼロのときに電流と
磁化のなす角度を４５度に設定するバイアス手段が必要
であった。このバイアス手段としては、磁気抵抗効果材
料に隣接して軟磁性材料を設け、その軟磁性材料との静
磁結合による方法、導電性の材料を設け、そこに分流す
る電流による磁界を用いる方法、これらの方法を組み合
わせた方法が知られている。
【０００３】最近、さらに高い磁気抵抗効果をもつ材料
として、ＳＶ効果材料が用いられている。このＳＶ効果
材料からなるＳＶ膜は、非磁性層により分離された２つ
の強磁性層からなっており、このＳＶ膜の電気抵抗は２
つの強磁性層の磁化のなす角度の余弦に比例して変化す
る。例えば、図４は特開平４−３５８３１０号公報に記
載されたＭＲ素子であり、第１の強磁性層２１、中間層
２２、第２の強磁性層２３、反強磁性層２４で構成され
る。そして、印加磁界が０のとき、固定された第２の強
磁性層２３の磁化が図示実線矢印のように磁界を印加す
るべき方向と平行に向いており、第１の強磁性層２１の
磁化は第２の強磁性層２３の磁化及び印加磁界と図示実
線矢印のように直交している。そして、印加された磁界
に対して第１の強磁性層２１の磁化は同図の破線矢印の
ように変化される。
として、ＳＶ効果材料が用いられている。このＳＶ効果
材料からなるＳＶ膜は、非磁性層により分離された２つ
の強磁性層からなっており、このＳＶ膜の電気抵抗は２
つの強磁性層の磁化のなす角度の余弦に比例して変化す
る。例えば、図４は特開平４−３５８３１０号公報に記
載されたＭＲ素子であり、第１の強磁性層２１、中間層
２２、第２の強磁性層２３、反強磁性層２４で構成され
る。そして、印加磁界が０のとき、固定された第２の強
磁性層２３の磁化が図示実線矢印のように磁界を印加す
るべき方向と平行に向いており、第１の強磁性層２１の
磁化は第２の強磁性層２３の磁化及び印加磁界と図示実
線矢印のように直交している。そして、印加された磁界
に対して第１の強磁性層２１の磁化は同図の破線矢印の
ように変化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このＭＲ素子におい
て、第１の強磁性層２１には、第２の強磁性層２３との
静磁結合による磁界、層間の交換結合による磁界、及び
電流磁界がかかっている。したがって、図４のように、
第１の強磁性層２１の磁化を第２の強磁性層２３と垂直
に保つためには、これらの磁界をうまくバランスさせる
必要がある。この方法として、前記公報においては静磁
結合と層間の交換結合を打ち消す方法、電流の大きさと
方向を適切に選択する方法が開示されている。
て、第１の強磁性層２１には、第２の強磁性層２３との
静磁結合による磁界、層間の交換結合による磁界、及び
電流磁界がかかっている。したがって、図４のように、
第１の強磁性層２１の磁化を第２の強磁性層２３と垂直
に保つためには、これらの磁界をうまくバランスさせる
必要がある。この方法として、前記公報においては静磁
結合と層間の交換結合を打ち消す方法、電流の大きさと
方向を適切に選択する方法が開示されている。
【０００５】しかし、それぞれの磁界は高さ方向の分布
が本質的に異なっているため、完全に相殺させることは
困難であった。例えば、静磁結合による静磁界と電流磁
界を相殺させる場合についてみる。図３（ａ）は第１の
強磁性層における静磁結合による静磁界と電流磁界、及
び磁化の高さ方向の分布を示す図である。これから判る
ように、静磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に同
じ方向を向けられた特性であるため、２つの磁界を均一
に相殺させることはできず、第１の強磁性層の磁化の高
さ成分は高さ方向の位置の両端部で０を横切ることにな
る。そのため、ここで磁壁が生じ、バルクハウゼンノイ
ズが発生するおそれがある。本発明の目的は、線形応答
を得ることが可能であるとともに、バルクハウゼンノイ
ズの発生を防止したＭＲ素子を用いた磁界の検出方法を
提供することにある。
が本質的に異なっているため、完全に相殺させることは
困難であった。例えば、静磁結合による静磁界と電流磁
界を相殺させる場合についてみる。図３（ａ）は第１の
強磁性層における静磁結合による静磁界と電流磁界、及
び磁化の高さ方向の分布を示す図である。これから判る
ように、静磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に同
じ方向を向けられた特性であるため、２つの磁界を均一
に相殺させることはできず、第１の強磁性層の磁化の高
さ成分は高さ方向の位置の両端部で０を横切ることにな
る。そのため、ここで磁壁が生じ、バルクハウゼンノイ
ズが発生するおそれがある。本発明の目的は、線形応答
を得ることが可能であるとともに、バルクハウゼンノイ
ズの発生を防止したＭＲ素子を用いた磁界の検出方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のＭＲ素子は、第
１の強磁性層、導電性の中間層、第２の強磁性層、及び
前記第２の強磁性層の磁化を固定する手段を備え、スピ
ンバルブ効果を用いたＭＲ素子を用いた磁界の検出方法
において、前記ＭＲ素子は前記第２の強磁性層の磁化が
印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強磁性層
の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度をなして
いることを特徴とする。ここで、第２の強磁性層の磁化
を固定する手段は、第２の強磁性層に直接に接触される
反強磁性層、あるいは第２の強磁性層に直接に接触され
る永久磁石層が用いられる。また、これら反強磁性層や
永久磁石に代えて、第２の強磁性層を第１の強磁性層よ
りも飽和保磁力が高く設定するように構成してもよい。
１の強磁性層、導電性の中間層、第２の強磁性層、及び
前記第２の強磁性層の磁化を固定する手段を備え、スピ
ンバルブ効果を用いたＭＲ素子を用いた磁界の検出方法
において、前記ＭＲ素子は前記第２の強磁性層の磁化が
印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強磁性層
の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度をなして
いることを特徴とする。ここで、第２の強磁性層の磁化
を固定する手段は、第２の強磁性層に直接に接触される
反強磁性層、あるいは第２の強磁性層に直接に接触され
る永久磁石層が用いられる。また、これら反強磁性層や
永久磁石に代えて、第２の強磁性層を第１の強磁性層よ
りも飽和保磁力が高く設定するように構成してもよい。
【０００７】また、本発明にかかるＭＲ素子において
は、第１の強磁性層を単一のドメイン状態に保つための
縦方向のバイアス磁界を生じさせる手段を備えており、
この手段としては、第１の強磁性層の縦方向の両側に配
置される永久磁石膜で構成することが可能である。
は、第１の強磁性層を単一のドメイン状態に保つための
縦方向のバイアス磁界を生じさせる手段を備えており、
この手段としては、第１の強磁性層の縦方向の両側に配
置される永久磁石膜で構成することが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明にかかるＭＲ素子の概
念構成を示す斜視図である。このＭＲ素子は、第１の強
磁性層１、導電性の中間層２、第２の強磁性層３、反強
磁性層４から構成される。第２の強磁性層３は反強磁性
層４との交換結合により印加磁界の方向と４５度の角度
に固定される。一方、第１の強磁性層１の磁化は、第２
の強磁性層からの静磁界及び電流磁界により、印加磁界
方向に対して１３５度で、第２の強磁性層の磁化方向に
対して９０度の方向に向く。
参照して説明する。図１は本発明にかかるＭＲ素子の概
念構成を示す斜視図である。このＭＲ素子は、第１の強
磁性層１、導電性の中間層２、第２の強磁性層３、反強
磁性層４から構成される。第２の強磁性層３は反強磁性
層４との交換結合により印加磁界の方向と４５度の角度
に固定される。一方、第１の強磁性層１の磁化は、第２
の強磁性層からの静磁界及び電流磁界により、印加磁界
方向に対して１３５度で、第２の強磁性層の磁化方向に
対して９０度の方向に向く。
【０００９】このＭＲ素子における、第１の強磁性層１
における静磁結合による静磁界と電流磁界、及び磁化の
高さ方向の分布を図３（ｂ）に示す。この分布では、静
磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に対して互いに
逆方向に向けられた特性となる。そして、この構成で
は、第１の強磁性層１の磁化を印加磁界の方向に対して
４５度に向けるため、これら１つの磁界を加算すること
になり、その結果第１の強磁性層１の磁化の高さ成分は
高さ方向にほぼ均一となり、２つの磁界の高さ方向の分
布の違いによる磁壁が生じることはなく、バルクハウゼ
ンノイズの発生が防止される。
における静磁結合による静磁界と電流磁界、及び磁化の
高さ方向の分布を図３（ｂ）に示す。この分布では、静
磁結合による静磁界と電流磁界とは縦軸に対して互いに
逆方向に向けられた特性となる。そして、この構成で
は、第１の強磁性層１の磁化を印加磁界の方向に対して
４５度に向けるため、これら１つの磁界を加算すること
になり、その結果第１の強磁性層１の磁化の高さ成分は
高さ方向にほぼ均一となり、２つの磁界の高さ方向の分
布の違いによる磁壁が生じることはなく、バルクハウゼ
ンノイズの発生が防止される。
【００１０】図２は本発明のＭＲ素子を磁気ヘッドに適
用した実施形態を示し、ディスク対向面から見た断面図
である。セラミック等の非磁性基板１０上に、厚さ２μ
ｍのＮｉＦｅを用いた下シールド１１がメッキ法により
成膜され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン
形成される。その上に、厚さ０．２μｍのＡｌ2 Ｏ3を
用いた下シールド間ギャップ１２がスパッタリング法に
より成膜される。次に、第１の強磁性層１として、厚さ
１０ｎｍのＮｉＦｅ、中間層２としての厚さ５ｎｍのＣ
ｕ層、第２の強磁性層３としての厚さ１０ｎｍのＮｉＦ
ｅがスパッタリング法により成膜される。さらに、反強
磁性層４として、厚さ５０ｎｍのＮｉＭｎ膜がスパッタ
リング法により成膜される。
用した実施形態を示し、ディスク対向面から見た断面図
である。セラミック等の非磁性基板１０上に、厚さ２μ
ｍのＮｉＦｅを用いた下シールド１１がメッキ法により
成膜され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン
形成される。その上に、厚さ０．２μｍのＡｌ2 Ｏ3を
用いた下シールド間ギャップ１２がスパッタリング法に
より成膜される。次に、第１の強磁性層１として、厚さ
１０ｎｍのＮｉＦｅ、中間層２としての厚さ５ｎｍのＣ
ｕ層、第２の強磁性層３としての厚さ１０ｎｍのＮｉＦ
ｅがスパッタリング法により成膜される。さらに、反強
磁性層４として、厚さ５０ｎｍのＮｉＭｎ膜がスパッタ
リング法により成膜される。
【００１１】ここで、着磁プロセスにより、第２の強磁
性層３はＮｉＭｎ層により磁界を印加するべき方向と４
５度をなす角度にピンニングされる。その後、ステンシ
ル型のレジストを付けた後、第１の強磁性層１、中間層
２、第２の強磁性層３、反強磁性層４はイオンミリング
により幅２μｍにパターン形成される。さらに、永久磁
石の下地層（図示せず）として厚さ１０ｎｍのＣｒ膜
と、第１の強磁性層を単一のドメイン状態に保つために
縦方向のバイアスを加えるための永久磁石層１３として
厚さ３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜と、ＭＲ素子に通電を行
うためのＡｕ膜からなる厚さ０．２μｍの電極層１４が
スパッタリングされ、その上で前記レジストが除去され
る。
性層３はＮｉＭｎ層により磁界を印加するべき方向と４
５度をなす角度にピンニングされる。その後、ステンシ
ル型のレジストを付けた後、第１の強磁性層１、中間層
２、第２の強磁性層３、反強磁性層４はイオンミリング
により幅２μｍにパターン形成される。さらに、永久磁
石の下地層（図示せず）として厚さ１０ｎｍのＣｒ膜
と、第１の強磁性層を単一のドメイン状態に保つために
縦方向のバイアスを加えるための永久磁石層１３として
厚さ３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜と、ＭＲ素子に通電を行
うためのＡｕ膜からなる厚さ０．２μｍの電極層１４が
スパッタリングされ、その上で前記レジストが除去され
る。
【００１２】次に、この上に厚さ０．２４μｍのＡｌ2
Ｏ3 を用いた上シールド間ギャップ１５がスパッタリン
グ法により成膜される。そして、その上に厚さ２μｍの
ＮｉＦｅを用いた上シールド１６がメッキ法により成膜
され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン形成
される。これにより、図２の磁気ヘッドが構成される。
Ｏ3 を用いた上シールド間ギャップ１５がスパッタリン
グ法により成膜される。そして、その上に厚さ２μｍの
ＮｉＦｅを用いた上シールド１６がメッキ法により成膜
され、イオンミリングにより幅６０μｍにパターン形成
される。これにより、図２の磁気ヘッドが構成される。
【００１３】この磁気ヘッドを磁気記録ディスク等の磁
気記録媒体に対して記録再生実験を行ったところ、線形
応答性に優れ、高出力で対極性のよい再生波形が得られ
た。
気記録媒体に対して記録再生実験を行ったところ、線形
応答性に優れ、高出力で対極性のよい再生波形が得られ
た。
【００１４】ここで、本発明に用いられるＭＲ素子は、
第２の強磁性層３における磁化を固定するための前記反
強磁性層４に代えて、これを永久磁石層で構成すること
も可能である。また、反強磁性層や永久磁石層を用いる
ことなく、第２の強磁性層３の飽和保磁力を第１の強磁
性層１よりも高く設定することで、第２の強磁性層３に
おける磁化を固定することも可能である。
第２の強磁性層３における磁化を固定するための前記反
強磁性層４に代えて、これを永久磁石層で構成すること
も可能である。また、反強磁性層や永久磁石層を用いる
ことなく、第２の強磁性層３の飽和保磁力を第１の強磁
性層１よりも高く設定することで、第２の強磁性層３に
おける磁化を固定することも可能である。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、スピンバ
ルブ効果を用いたＭＲ素子における第２の強磁性層の磁
化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強磁
性層の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度をな
している構成とすることにより、磁界の検出時におい
て、第１の強磁性層にかかる第２の強磁性層からの静磁
界及び電流磁界を逆方向にして互いに相殺させることが
でき、線形応答を得るとともに、バルクハウゼンノイズ
の発生を防止したＭＲ素子による磁界の検出が実現でき
る。
ルブ効果を用いたＭＲ素子における第２の強磁性層の磁
化が印加磁界の方向と４５度の角度をなし、第１の強磁
性層の磁化が第２の強磁性層の磁化と９０度の角度をな
している構成とすることにより、磁界の検出時におい
て、第１の強磁性層にかかる第２の強磁性層からの静磁
界及び電流磁界を逆方向にして互いに相殺させることが
でき、線形応答を得るとともに、バルクハウゼンノイズ
の発生を防止したＭＲ素子による磁界の検出が実現でき
る。
【図１】本発明にかかるＭＲ素子の基本構成を示す実施
形態の斜視図である。
形態の斜視図である。
【図２】本発明を磁気ヘッドに適用した実施形態の断面
図である。
図である。
【図３】従来及び本発明のそれぞれのにおけるＭＲ素子
の動作原理を説明するための図である。
の動作原理を説明するための図である。
【図４】従来提案されているＭＲ素子の概念構成を示す
斜視図である。
斜視図である。
１ 第１の強磁性層 ２ 中間層 ３ 第２の強磁性層 ４ 反強磁性層 １０ 非磁性基板 １１ 下シールド １２ 下ギャップ １３ 永久磁石層 １４ 電極層 １５ 上ギャップ １６ 上シールド
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の強磁性層、導電性の中間層、第２
の強磁性層、及び前記第２の強磁性層の磁化を固定する
手段を備え、スピンバルブ効果を用いた磁気抵抗効果素
子による磁界の検出方法において、前記磁気抵抗効果素
子は、前記第２の強磁性層の磁化が印加磁界の方向と４
５度の角度をなし、前記第１の強磁性層の磁化が前記第
２の強磁性層の磁化と９０度の角度をなしていることを
特徴とする磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法。 - 【請求項２】 前記第２の強磁性層の磁化を固定する手
段は、前記第２の強磁性層に直接に接触される反強磁性
層である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子を用いた磁
界の検出方法。 - 【請求項３】 前記第２の強磁性層の磁化を固定する手
段は、前記第２の強磁性層に直接に接触される永久磁石
層である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子を用いた磁
界の検出方法。 - 【請求項４】 第１の強磁性層、導電性の中間層、及び
第２の強磁性層を備え、スピンバルブ効果を用いた磁気
抵抗効果素子による磁界の検出方法において、前記第２
の強磁性層は第１の強磁性層よりも飽和保磁力が高く設
定され、かつその磁化が印加磁界の方向と４５度の角度
をなし、前記第１の強磁性層の磁化が前記第２の強磁性
層の磁化と９０度の角度をなしていることを特徴とする
磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法。 - 【請求項５】 前記第１の強磁性層を単一のドメイン状
態に保つための縦方向のバイアス磁界を生じさせる手段
を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気抵抗
効果素子を用いた磁界の検出方法。 - 【請求項６】 前記縦方向のバイアス磁界を生じさせる
手段は、前記第１の強磁性層の縦方向の両側に配置され
る永久磁石層である請求項５に記載の磁気抵抗効果素子
を用いた磁界の検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269129A JP2746226B2 (ja) | 1995-09-23 | 1995-09-23 | 磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269129A JP2746226B2 (ja) | 1995-09-23 | 1995-09-23 | 磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992907A JPH0992907A (ja) | 1997-04-04 |
| JP2746226B2 true JP2746226B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=17468100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7269129A Expired - Lifetime JP2746226B2 (ja) | 1995-09-23 | 1995-09-23 | 磁気抵抗効果素子を用いた磁界の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746226B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1995
- 1995-09-23 JP JP7269129A patent/JP2746226B2/ja not_active Expired - Lifetime
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