DE19848110A1

DE19848110A1 - Magnetowiderstandselement

Info

Publication number: DE19848110A1
Application number: DE19848110A
Authority: DE
Inventors: Masamichi Saito
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: US6210818B1; KR19990037198A; JPH11121832A; DE19848110B4; JP3263016B2; KR100277052B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschichtelement vom "Drehventil-Typ", bei dem der elektrische Widerstand als eine Funktion zwischen der Ausrichtung der Magnetisierung einer festgelegten Magnetschicht und der einer freien Magnetschicht, die die Freiheft hat, sich mit einem angelegten Magnetfeld zu drehen, variiert. Die Erfindung betrifft außerdem die Verbesserung eines Magnetmaterials, das als die vorgenannte festgelegte Magnetschicht verwendet wird.

Ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ ist eine Art von sehr großem Magnetwiderstandselement (giant magnetoresistive (GMR) element), das den sehr großen Magnetowiderstandseffekt zum Auffinden eines Aufzeichnungsmagnetfelds, das in einem Aufzeichnungsmedium wie einer Festplatte aufgezeichnet ist, verwendet.

Ein derartiges Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ ist aus mindestens vier Schichten zusammengesetzt, d. h. einer freien Magnetschicht, einer nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht, einer festgelegten Magnetschicht und einer antiferromagnetischen Schicht, die in dieser Reihenfolge an ein geeignetes Substrat laminiert sind, und an beide Seiten der vier Schichten sind Paare aus einer hartmagnetischen Vormagnetisierschicht und einer elektrisch leitfähigen Schicht laminiert.

Im allgemeinen enthält das konventionelle Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ die antiferromagnetische Schicht, die aus einer Schicht aus einer FeMn (Eisen-Mangan)-Legierung oder einer NiMn (Nickel- Mangan)-Legierung besteht, die festgelegte Magnetschicht und die freie Magnetschicht, die jeweils aus einer Schicht aus einer NiFe (Nickel- Eisen)-Legierung bestehen, die nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht, die aus einer Cu (Kupfer)-Schicht besteht, und die hartmagnetische Vormagnetisierschicht, die aus einer Schicht aus einer Co-Pt (Kobalt-Platin)-Legierung besteht.

Die festgelegte Magnetschicht ist der antiferromagnetischen Schicht benachbart ausgebildet. Die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht wird in einen einzigen Domänenzustand in Höhenrichtung (der Richtung eines Austrittsmagnetfelds), das aus einem Aufzeichnungsmedium austritt, gebracht und fixiert durch Formen der festgelegten Magnetschicht in einem Magnetfeld, wenn die antiferromagnetische Schicht aus einer Schicht aus FeMn-Legierung besteht, oder dadurch, daß man sie wärmebehandelt, wenn die antiferromagnetische Schicht aus einer Schicht aus NiMn-Legierung besteht.

Die Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht wird durch ein Vormagnetisierfeld von der hartmagnetischen Vormagnetisierschicht mit der Spurbreiten-Richtung ausgerichtet, und die Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht und der festgelegten Magnetschicht befinden sich relativ zueinander in einem Winkel von 90°.

Bei einem Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ wird ein Abtast- oder Lesestrom von der elektrisch leitfähigen Schicht zu der festgelegten Magnetschicht, der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht und der freien Magnetschicht geführt. Wenn von einem Aufzeichnungsmedium ein Austrittsmagnetfeld auf das Element ausgeübt wird, dreht sich die Ausrichtung oder Orientierung der Magnetisierung (Richtung der Magnetisierung) der freien Magnetschicht aus der Richtung der Spurbreite in die Richtung des Austrittsmagnetfelds (Richtung der Höhe). Der elektrische Widerstand verändert sich als eine Funktion zwischen der Änderung der Ausrichtung der Magnetisierung in der freien Magnetschicht und der unveränderlichen Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht, und folglich ändert sich die Spannung entsprechend der Veränderung des elektrischen Widerstands, um das Austrittsmagnetfeld des Aufzeichnungsmediums zu erkennen.

Inzwischen wird ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld, das in einer Grenzfläche zwischen der festgelegten Magnetschicht und der antiferromagnetischen Schicht erzeugt wird, bevorzugt. Das liegt daran, daß ein solches großes anisotropes Austauschmagnetfeld die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht zufriedenstellend in einen einzigen Domänenzustand in Höhenrichtung (Richtung des Austrittsmagnetfelds eines Aufzeichnungsmediums) bringen und festlegen kann.

Zur Erzeugung eines großen anisotropen Austauschmagnetfelds wurden verschiedene Erfindungen und Veröffentlichungen gemacht, bei denen die Materialien der antiferromagnetischen Schicht und/oder der festgelegten Magnetschicht verändert werden oder die Bedingungen einer Wärmebehandlung zur Erzeugung eines anisotropen Austauschmagnetfelds geeignet eingestellt werden.

Es ist jedoch nicht nur ein anisotropes Austauschmagnetfeld, das die Größe der Magnetisierung beeinflußt. Auch ein durch einen magnetoelastischen oder magnetomechanischen Effekt erzeugtes Magnetfeld beeinflußt die Größe der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht. Ein solches Magnetfeld kann bestimmt werden durch eine Spannung und Magnetostriktion, die auf die festgelegte Magnetschicht ausgeübt werden.

Ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ hat eine obere, eine untere und eine hochseitige Oberfläche, die mit einer Isolierungsschicht (Lückenschicht; gap film) bedeckt sind, wobei die Isolierungsschicht beispielsweise aus Al₂O₃ besteht, und eine der hochseitigen Oberfläche entgegengesetzte Oberfläche (d. h. eine lufttragende Oberflächenseite, Air Bearing surface (ABS) side; vordere Oberfläche), die nach außenhin exponiert ist. Da das Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ aus einer vielschichtigen, Metallschichten aufweisenden Struktur zusammengesetzt ist, ist sein thermischer Expansionskoeffizient größer als der der Isolationsschicht, die das Element bedeckt. Dementsprechend wirkt auf das Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ eine in die Höhenrichtung gerichtete Zugspannung ein.

Wenn die das Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ ausmachende festgelegte Magnetschicht unter den vorgenannten Bedingungen eine negative Magnetostriktion besitzt, wird durch den magnetoelastischen Effekt die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Spurbreite induziert.

Genauer gesagt, wenn ein Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts zur Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Spurbreite wirkt, wird die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht nicht streng in der Richtung der Höhe fixiert, selbst wenn ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden kann, das die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht befriedigend in einen einzigen Domänenzustand in der Höhenrichtung bringen kann. Daher werden die Wiedergabekennwerte verschlechtert, einschließlich einem vermehrten Auftreten von Barkhausen-Rauschen.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend angeführten Probleme des Stands der Technik zu lösen. Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ bereitzustellen, bei dem die Magnetisierung einer festgelegten Magnetschicht in Höhenrichtung durch ein Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts sowie durch ein anisotropes Austauschmagnetfeld herbeigeführt und fest fixiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ bereit, das aufweist eine antiferromagnetische Schicht, eine festgelegte Magnetschicht, die der antiferromagnetischen Schicht benachbart ausgebildet ist und eine Ausrichtung der Magnetisierung hat, die durch ein anisotropes Austauschmagnetfeld bezüglich der antiferromagnetischen Schicht fixiert oder festgelegt ist, und eine freie Magnetschicht, die über und/oder unter der festgelegten Magnetschicht unter Zwischenlegung einer nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet ist, wobei das Element außerdem aufweist eine Vormagnetisierschicht zum Ausrichten der Orientierung der Magnetisierung der freien Magnetschicht in einer die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht kreuzenden Richtung, und eine elektrisch leitfähige Schicht zum Zuführen eines Abtaststroms zu der festgelegten Magnetschicht, der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht und der freien Magnetschicht, wobei die festgelegte Magnetschicht aus einer CoFe-Legierung besteht und wobei die festgelegte Magnetschicht eine positive Sättigungsmagnetostriktionskonstante und eine kubisch-flächenzentrierte Struktur (hierin im folgenden als "fcc-Struktur" bezeichnet) zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur hat.

Die als die festgelegte Magnetschicht verwendete CoFe-Legierung kann eine Zusammensetzungsformel haben, die durch Co_aFe_100-a dargestellt wird, und der Zusammensetzungsanteil "a" kann, in Atomprozent, bevorzugt 30 ≦ a ≦ 80 und, besonders bevorzugt, 50 ≦ a ≦ 70 sein.

Die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem Ni enthalten. In diesem Fall kann die Zusammensetzungsformel der CoFeNi-Legierung dargestellt werden durch Co_aFe_bNi_c, und bevorzugt ist, in Atomprozent, 0 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b ≦ 70 und 0 ≦ c ≦ 80 und, besonders bevorzugt, 50 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b ≦ 50 und 0 ≦ c ≦ 30.

Wenn die drei Segmente eines ternären Diagramms der vorgenannten Zusammensetzung Co_aFe_bNi_c, bestimmt werden als die Zusammensetzungsanteile der Elemente Co, Fe bzw. Ni, können die Zusammensetzungsanteile a, b und c (Atomprozent) bevorzugt in den Bereich fallen, der durch die folgenden vier Punkte eingefaßt wird.

(Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).

Die vorgenannte erfindungsgemäße antiferromagnetische Schicht kann aus einer PtMn-Legierung bestehen.

Die Verwendung einer PtMn-Legierung als die antiferromagnetische Schicht kann ein größeres anisotropes Magnetfeld erzeugen als jene der FeMn-Legierungen oder NiMn-Legierungen, die konventionell als eine antiferromagnetische Schicht verwendet wurden. Zusätzlich besitzt eine solche PtMn-Legierung zufriedenstellende Eigenschaften als ein antiferromagnetisches Material, wozu eine hohe Sperrtemperatur und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gehört.

Bei der vorliegenden Erfindung kann anstelle der PtMn-Legierung eine X-Mn-Legierung, in der X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist, oder eine Pt- Mn-X'-Legierung, in der X' Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Cr oder Co ist, als die antiferromagnetische Schicht verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben, hat ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ eine obere, eine untere und eine hochseitliche Oberfläche, die mit einer Isolierungsschicht bedeckt sind, und eine ABS-Seite (vordere Oberfläche), die nach außen hin exponiert ist, und der thermische Expansionskoeffizient des Elements ist größer als der der Isolierungsschicht, so daß in Richtung der Höhe auf das Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ eine Zugspannung einwirkt.

Daher richtet das Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts die Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in der Richtung der Spurbreite aus, wenn die festgelegte Magnetschicht eine negative Magnetostriktion besitzt. Dementsprechend wird, selbst wenn ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden kann, die Gesamtgröße des Gesamtmagnetfelds zur Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Höhe verringert.

Daher kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht nicht stabil in Richtung der Höhe festgelegt werden, so daß die Wiedergabekennwerte verschlechtert werden.

Erfindungsgemäß wird die Magnetostriktion einer festgelegten Magnetschicht positiv eingestellt, so daß die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Höhenrichtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt wird. Genauer gesagt, die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht kann in Höhenrichtung ausgerichtet und fest fixiert werden als eine Funktion eines anisotropen Austauschmagnetfelds und eines Magnetfelds als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts, um zufriedenstellende Wiedergabekennwerte zu erhalten.

Die festgelegte Magnetschicht der vorliegenden Erfindung ist aus einer CoFe-Legerungsschicht oder einer CoFeNi-Legierungsschicht ausgebildet.

Unter Verwendung einer CoFe-Legierung oder eine CoFeNi-Legierung als die festgelegte Magnetschicht führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung Experimente durch bezüglich der Beziehung von Zusammensetzungsverhältnissen von Magnetmaterialien zu Magnetostriktion und anisotropem Austauschmagnetfeld. Die experimentellen Verfahren und ihre Ergebnisse sind nachstehend beschrieben.

Zuerst wurde eine Reihe vielschichtiger Filme hergestellt, wobei CoFe-Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen als die festgelegte Magnetschicht verwendet wurden, und die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsanteil von Co und dem anisotropen Austauschmagnetfeld (H_ex) wurde bestimmt. Jeder der bei dem Experiment verwendeten vielschichtigen Filme besitzt die folgende Schichtstruktur:

Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht: PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (30)/Schutzschicht: Ta (100).

Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern bei den Schichten jeweils eine Dicke in Angström dar.

Jede der Schichten wurde durch Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubung hergestellt. Die Schicht aus CoFe-Legierung mit einer gewünschten Schichtzusammensetzung wurde durch Verwendung eines Komposit- Targets, das aus einem Co-Target und Fe-Pellets zusammengesetzt war, und Einstellen der Anzahl der Pellets hergestellt. Die Zusammensetzung der erhaltenen Schichten aus CoFe-Legierung wurden mittels Röntgen- Mikroanalyse (X ray microanalysis, XMA) analysiert.

Auf diese Weise hergestellte Filme wurden bei einer Temperatur von 240°C 3 Stunden lang einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld unterzogen. Das angelegte Magnetfeld betrug 2.000 Oersted (Oe).

Das anisotrope Austauschmagnetfeld wurde mittels VSM bestimmt und durch die Verschiebung des Flußumkehrpunkts vom Ausgangspunkt untersucht.

Als nächstes wurde eine Reihe viellagiger Schichten unter Verwendung von CoFe-Legierungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungsverhältnissen als die festgelegte Magnetschicht ausgebildet, und die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsanteil von Co und der Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs wurde bestimmt. Die bei dem Experiment verwendeten viellagigen Schichten hatten die folgende Schichtstruktur.

Si/Substrat/Priinärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht: PtMn (300)/Cu (50)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (30)/Schutzschicht: Ta (100).

Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern in den Schichten die Dicke in Angström dar.

Die Schichten wurden nach dem gleichen Verfahren wie bei der vorstehend angegebenen Messung des anisotropen Austauschmagnetfelds hergestellt mit der Ausnahme, daß keine Wärmebehandlung (Tempern) durchgeführt wurde, weil ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld die genaue Bestimmung der Magnetostriktion behindert. Außerdem wurde zwischen die Schicht aus PtMn-Legierung und die Schicht aus CoFe-Legierung eine Cu-Schicht zwischengelegt, um eine Austauschkopplung zwischen den beiden Legierungsschichten völlig unmöglich zu machen.

Die Magnetostriktion wurde unter Verwendung des optischen Hebelverfahrens (optical lever method) durch Anlegen eines Magnetfelds von ±200 Oe an jede der viellagigen Schichten bestimmt.

Außerdem wurde eine Reihe viellagiger Schichten ausgebildet, wobei jeweils Schichten aus CoFe-Legierung mit verschiedenen Zusammensetzungsanteilen von Co als die festgelegte Magnetschicht verwendet wurden, und die Kristallstruktur der erhaltenen festgelegten Magnetschichten wurde bestimmt. Die bei dem Test verwendeten viellagigen Schichten hatten die folgende Schichtstruktur.

Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht: PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (100)/Schutzschicht: Ta (100).

Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern bei den Schichten jeweils die Dicke in Angström dar.

Die Dicke der CoFe-Schicht in diesem Test wurde auf eine Dicke von 100 Angström eingestellt, um präzise Kristallstrukturen zu bestimmen.

Die viellagigen Schichten wurden auf die gleiche Weise hergestellt wie bei der vorstehend erwähnten Bestimmung des anisotropen Austauschmagnetfelds.

Die Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung, die üblicherweise verwendet wird, bestimmt. Die Kristallstrukturen der CoFe-Legierungen konnten aus Beugungsbildern, die durch Röntgenbeugung erhalten worden waren, bestimmt werden.

Die Kristallstruktur, der Wert des anisotropen Austauschmagnetfelds (H_ex) und die Sättigungsmagnetostriktionskonstante (λs) bei jeder der Schichten aus CoFe-Legierung mit unterschiedlichen Zusammensetzungen sind in Tabelle 1 gezeigt, und aus diesen Daten in Tabelle 1 erhaltene grafische Darstellungen sind in Fig. 4 veranschaulicht.

Tabelle 1

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, fiel der Spitzenwert des anisotropen Austauschmagnetfelds (H_ex) in den Bereich des Zusammensetzungsanteils von Co, der von 60 bis 70 Atomprozent reichte, und wenn der Zusammensetzungsanteil von Co 30 Atomprozent oder mehr betrug, konnte ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 200 Oe oder mehr erhalten werden.

Die Magnetostriktion war maximiert bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 50 Atomprozent und verringerte sich allmählich bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von 50 Atomprozent oder mehr.

Insbesondere wurde die Magnetostriktion bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 90 Atomprozent oder mehr negativ.

Die Kristallstrukturen der CoFe-Legierungen bei jeder der Zusammensetzungsverhältnisse sind unter den grafischen Darstellungen angegeben.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, bestand die CoFe-Legierung bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 30 Atomprozent oder weniger aus einer bcc-Struktur (kubisch-raumzentriert) als fast die Gesamtheit ihrer Kristallstruktur, während sie bei etwa 30 Atomprozent oder mehr zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur aus einer fcc-Struktur (kubisch-flächenzentrierte Struktur) bestand.

Insbesondere ist fast die Gesamtheit ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur, wenn die CoFe-Legierung ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder mehr ergeben kann, d. h., wenn sie einen Zusammensetzungsanteil an Co im Bereich von etwa 50 bis etwa 80 Atomprozent hat.

Dementsprechend wurde gefunden, daß die CoFe-Legierung bevorzugt eine fcc-Struktur zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur aufweist, um ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld zu erhalten.

Der Zusammensetzungsanteil von Co sollte bevorzugt 30 Atomprozent oder mehr betragen, wie es durch die vorstehend erwähnten Testergebnisse gezeigt wurde. Wenn der Zusammensetzungsanteil von Co weniger als 30 Atomprozent beträgt, wird das anisotrope Austauschmagnetfeld verringert, so daß die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht daran gehindert wird, sich passend in einen einzigen Domänenzustand zu bringen und festzulegen.

Als nächstes wurde die Beziehung zwischen Zusammensetzungsanteilen von Co und das Auftreten von Kopf-Rauschen unter Verwendung einer Reihe von CoFe-Legierungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungsanteilen von Co als die festgelegte Magnetschicht bestimmt. Die bei dem Experiment verwendeten viellagigen Schichten hatten die folgende Schichtstruktur.

Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht: PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (30)/nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht: Cu (25)/freie Magnetschicht: NiFe (80)/Schutzschicht: Ta (50).

Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern für jede der Schichten die Dicke in Angström dar.

Die NiFe-Legierung (freie Magnetschicht 4) hatte ein Zusammensetzungsverhältnis von (Ni: Fe) = (80 : 20).

Dieser bei dem Test verwendete Dünnschicht-Magnetkopf war ein Dünnschicht-Magnetkopf vom "Induktions-/Drehventil-Komposit-Typ", der die vorgenannten viellagigen Schichten (Drehventil-Schichten) und einen "Induktions-Magnetkopf" zur Aufzeichnung aufwies. In dem Test wurde unter Verwendung des Induktions-Magnetkopfs ein Aufzeichnungssignal in ein Aufzeichnungsmedium geschrieben und dann durch die viellagige Schicht wiedergegeben.

Das Kopf-Rauschen wurde untersucht unter Verwendung eines Oszilloskops auf der Basis des Auftretens von Barkhausen-Rauschen, das in einer Ablese-Wellenform vorkam, in der viellagigen Schicht (Drehventil-Schicht). Die Testergebnisse sind in Fig. 5 angegeben.

Das Auftreten von Kopf-Rauschen war bei einem Zusammensetzungsanteil von Co im Bereich von etwa 30 bis etwa 80 Atomprozent vergleichsweise gering, wuchs aber oberhalb etwa 80 Atomprozent beträchtlich an, wie es in Fig. 5 veranschaulicht ist.

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs und dem Auftreten von Kopf-Rauschen zeigt.

Wie aus Fig. 6 deutlich wird, verringerte sich das Auftreten von Kopf-Rauschen bei einer positiven Magnetostriktion mit ansteigendem Absolutwert, während es bei einer negativen Magnetostriktion mit ansteigendem Absolutwert anstieg.

In Fig. 5 vermehrte sich das Auftreten von Kopf-Rauschen bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von 80 Atomprozent oder mehr. Das liegt wahrscheinlich daran, daß die Magnetostriktion bei diesem Zusammensetzungsanteil nahe Null oder negativ war, wie es bei den Ergebnissen in Fig. 6 angegeben ist.

Die Testergebnisse in Fig. 4 zeigen, daß die Magnetostriktion sich bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von 80 Atomprozent oder mehr Null nähert und daß sie insbesondere bei 90 Atomprozent oder mehr negativ wird.

Im allgemeinen wird angenommen, daß eine Spannung, die auf das Element mit einem Kopf, der eine exponierte ABS-Seite besitzt, einwirkt, eine Zugspannung von mehreren 100 MPa (Megapascal) ist. Vorausgesetzt, daß eine Zugspannung von 300 MPa auf den Kopf in der Höhenrichtung einwirkt, wirkt die Anisotropie, die durch den Magnetwiderstandseffekt mit einem Absolutwert von (3/2)xλsxσ verursacht wurde, wobei λs eine Sättigungsmagnetostriktionskonstante darstellt und σ eine Spannung darstellt, in der Höhenrichtung mit einer λs von höher als Null und in der Spurbreitenrichtung mit einer λs von niedriger als Null. Dies wird aus der Theorie des Magnetismus eingeführt. Gemäß dieser Theorie wurde die Größe des Magnetfelds als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts aus der in Fig. 4 gezeigten Magnetostriktion bestimmt, und die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargelegt. In Fig. 7 sind auch das anisotrope Austauschmagnetfeld (H_ex), wie es in Fig. 4 gezeigt ist, und ein Magnetfeld als eine Gesamtheit des anisotropen Austauschmagnetfelds und des Magnetfelds als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts veranschaulicht.

Das Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts, wie es in der grafischen Darstellung der Fig. 7 gezeigt ist, war maximiert bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 50 Atomprozent und verringerte sich langsam oberhalb etwa 50 Atomprozent. Insbesondere wurde dieser Wert negativ bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von gleich 90 Atomprozent oder mehr.

Wenn die Größe des Magnetfelds als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts sich Null nähert oder negativ wird ist die Größe des Magnetfelds als eine Gesamtheit des anisotropen Austauschmagnetfelds und des Magnetfelds durch den magnetoelastischen Effekt gleich oder geringer als die des anisotropen Austauschmagnetfelds. Diese Tendenz wird in der grafischen Darstellung von Fig. 7 klar gezeigt in dem Bereich des Zusammensetzungsanteils an Co von 80 Atomprozent oder mehr.

Bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 50 Atomprozent oder weniger war das anisotrope Austauschmagnetfeld 500 Oe oder weniger, während das Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts vergleichsweise groß war, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist. So war die Größe des Magnetfelds als eine Gesamtheit des anisotropen Austauschmagnetfelds und des Magnetfelds als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts vergleichsweise groß.

Wie vorstehend beschrieben, sollte zur beständigen Fixierung der Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Höhe das Magnetfeld als eine Funktion oder Wirkung des magnetoelastischen Effekts zusätzlich zu dem Austauschkopplungsmagnetfeld passend kontrolliert werden. Ein derartiges Magnetfeld als eine Funktion oder Wirkung des magnetoelastischen Effekts kann durch Magnetostriktion und eine auf die festgelegte Magnetschicht einwirkende Spannung bedingt werden.

Das Magnetfeld durch den magnetoelastischen Effekt hat einen kleinen Wert oder einen negativen Wert bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von 80 Atomprozent oder mehr, und dann wird die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Spurbreite als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt, um so das Auftreten von Kopf-Rauschen zu erhöhen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Auf der Basis der in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Testergebnisse sollte, wenn die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer CoFe-Legierung gebildet ist, der Zusammensetzungsanteil von Co bevorzugt in den Bereich von 30 bis 80 Atomprozent fallen. Innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs besitzt die Magnetostriktion immer einen großen positiven Wert und die CoFe-Legierung weist zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur auf, um so ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 200 Oe oder mehr zu ergeben, wie es in Fig. 4 veranschaulicht ist.

Außerdem kann innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs das Auftreten von Kopf-Rauschen auf unterhalb 5% verringert werden, wie es in Fig. 4 veranschaulicht ist.

Besonders bevorzugt ist es, daß der Zusammensetzungsanteil von Co bei der vorliegenden Erfindung in dem Bereich von 50 bis 70 Atomprozent fällt. Innerhalb dieses Bereichs kann die festgelegte Magnetschicht eine positive und größere Magnetostriktion besitzen sowie eine Kristallstruktur, die fast ganz eine fcc-Struktur ist, und daher kann ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder mehr erhalten werden, wie es in Fig. 4 angegeben ist.

Außerdem kann, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, das Auftreten von Kopf-Rauschen auf unterhalb etwa 3% verringert werden, wenn der Zusammensetzungsanteil von Co im Bereich von 50 bis 70 Atomprozent liegt.

Als nächstes wurden unter Verwendung von CoFeNi-Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen als die festgelegte Magnetschicht bei jedem der Zusammensetzungsverhältnisse die Kristallstruktur, das anisotrope Austauschmagnetfeld (H_ex) und die Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs nach demselben Testverfahren wie vorstehend angegeben bestimmt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 dargelegt.

Tabelle 2

Wie aus Tabelle 2 deutlich wird, veränderte sich die Kristallstruktur von einer zusammengesetzten Struktur aus fcc-Struktur und bcc-Struktur zu einer einzigen reinen fcc-Struktur, wenn der Zusammensetzungsanteil von Co bei 50 Atomprozent gehalten wurde, der Zusammensetzungsanteil von Fe in Schritten von 10 Atomprozent von 40 Atomprozent auf Null Atomprozent verringert wurde und der Zusammensetzungsanteil von Ni in Schritten von 10 Atomprozent von 10 Atomprozent auf 50 Atomprozent erhöht wurde.

Während das anisotrope Austauschmagnetfeld (H_ex) mit einem anwachsenden Zusammensetzungsanteil von Ni größer wurde, verringerte sich die Magnetostriktion mit einem sinkenden Zusammensetzungsanteil von Fe und näherte sich bei einem Zusammensetzungsanteil von Fe von 20 Atomprozent oder weniger Null oder wurde negativ.

Wenn der Zusammensetzungsanteil von Co unveränderlich bei Null Atomprozent gehalten wurde, der von Fe von 80 Atomprozent auf 10 Atomprozent verringert wurde und der von Ni von 20 Atomprozent auf 90 Atomprozent erhöht wurde, veränderte sich die Kristallstruktur von einer reinen bcc-Struktur zu einer zusammengesetzten Struktur aus fcc-Struktur und bcc-Struktur und weiter zu einer reinen fcc-Struktur.

Obwohl der anisotrope Austausch mit einem steigenden Zusammensetzungsanteil von Ni anstieg, verringerte sich die Magnetostriktion mit einem sinkenden Zusammensetzungsanteil von Fe und näherte sich Null oder wurde negativ bei einem Zusammensetzungsanteil von 20 Atomprozent oder weniger.

Wie es in den vorgenannten Testergebnissen gezeigt ist, kann zumindest eine positive Magnetostriktion erhalten werden, wenn der Zusammensetzungsanteil von Fe auf 20 Atomprozent oder mehr eingestellt wird.

Jede der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Filmstrukturen wird in einem ternären Diagramm aufgetragen, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Zusammensetzungsverhältnisse innerhalb der in Fig. 8 veranschaulichten Bereiche A, B, C und D bevorzugt, und die anderen Bereiche, d. h. die Bereiche, in denen der Zusammensetzungsanteil von Fe 20 Atomprozent oder weniger oder 70 Atomprozent oder mehr beträgt, werden als unvorteilhaft ausgeschlossen.

Der Zusammensetzungsanteil von Fe von gleich oder weniger als 20 Atomprozent ist unvorteilhaft, weil die Magnetostriktion recht wahrscheinlich negativ werden kann, wie es vorstehend beschrieben ist. Wie es in den Tabellen 1 und 2 angegeben ist wurde gefunden, daß die Magnetostriktion bei einem Zusammensetzungsanteil von Fe von 10 oder Null Atomprozent einen negativen Wert aufwies.

Der Zusammensetzungsanteil von Fe von gleich oder mehr als 70 Atomprozent ist unvorteilhaft, weil die Legierung zum großen Teil oder vollständig bcc-Struktur aufweist, so daß das anisotrope Austauschmagnetfeld extrem verringert wird.

Wenn die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer CoFeNi-Legierung gebildet ist, sollten die Zusammensetzungsverhältnisse bevorzugt in die in Fig. 8 veranschaulichten Bereiche A, B, C und D fallen. Mit anderen Worten, die bevorzugten Zusammensetzungsanteile von Co, Fe und Ni liegen im Bereich von 0 bis 80 Atomprozent, von 20 bis 70 Atomprozent bzw. von 0 bis 80 Atomprozent.

Innerhalb der vorgenannten Zusammensetzungsanteile ist die Magnetostriktion immer positiv und mindestens ein Teil der Kristallstruktur besteht aus fcc-Struktur, wogegen ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 200 Oe oder mehr erhalten werden kann.

Die Zusammensetzungsanteile in den Bereichen B, C und D, in denen die Zusammensetzungsanteile von Co, Fe und Ni im Bereich von 50 bis 80 Atomprozent, von 20 bis 50 Atomprozent bzw. von 0 bis 30 Atomprozent liegen, sind besonders vorteilhaft.

Innerhalb der vorgenannten Zusammensetzungsanteile ist die Magnetostriktion immer positiv und mindestens ein Teil der Kristallstruktur besteht aus fcc-Struktur und es kann ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder mehr erhalten werden.

Die vorteilhaftesten Zusammensetzungsverhältnisse fallen in den in Fig. 8 angegebenen Bereich D, d. h. den Bereich, der durch die folgenden vier Punkte umgeben wird:

Innerhalb des vorgenannten Bereichs kann eine positive und vergleichweise große Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht besitzt als ihre Kristallstruktur wahrscheinlich eine reine fcc-Struktur, so daß ein anisotropes Austauschmagnetfeld von gleich oder mehr als 800 Oe erhalten werden kann.

Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, daß die festgelegte Magnetschicht eine positive Magnetostriktion hat und eine fcc-Struktur aufweist, indem man die festgelegte Magnetschicht aus einer CoFe-Legierung oder einer CoFeNi-Legierung ausbildet und die Zusammensetzungsverhältnisse der aufbauenden Legierung einstellt.

Dementsprechend kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Höhe herbeigeführt werden als eine Wirkung des magnetoelastischen oder magnetomechanischen Effekts, der durch eine Spannung und eine Magnetostriktion bestimmt wird, und zusätzlich kann gleichzeitig ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden. So kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht durch ein Magnetfeld als Gesamtheit des Magnetfelds durch den magnetoelastischen Effekt und des anisotropen Austauschmagnetfelds in einen einzigen Domänenzustand in Richtung der Höhe gebracht und stabil festgelegt werden, um so Barkhausen- Rauschen zu verringern und Wiedergabe-Kennwerte zu verbessern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die von der Seite der lufttragenden Oberfläche her die Struktur einer ersten Ausführungsform des Dünnschichtelements vom Drehventil-Typ der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Struktur einer zweiten Ausführungsform des Dünnschichtelements vom Drehventil- Typ gemäß der vorliegenden Erfindung, von der Seite der lufttragenden Oberfläche her gezeigt;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die von der Seite der lufttragenden Oberfläche her die Struktur einer dritten Ausführungsform des Dunnschichtelements vom Drehventil-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung des Zusammensetzungsanteils von Co bezüglich anisotropem Austauschmagnetfeld (H_ex) und Magnetostriktion zeigt, und die ein Diagramm zeigt, das die Kristallstruktur in einer aus einer CoFe-Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht für jeden der Zusammensetzungsanteile zeigt;

Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen verschiedenen Zusammensetzungsanteilen von Co und dem Auftreten von Kopf-Rauschen bei einer aus einer CoFe- Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht zeigt;

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen Magnetostriktion und Auftreten von Kopf-Rauschen veranschaulicht;

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung verschiedener Zusannnensetzungsanteile von Co bezüglich eines Magnetfelds als eine Funktion des magnetomechanischen Effekts, eines anisotropen Austauschmagnetfelds und eines Magnetfelds als eine Gesamtheit des Magnetfelds als eine Funktion des magnetomechanischen Effekts und des anisotropen Austauschmagnetfelds in einer aus einer CoFe-Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht zeigt; und

Fig. 8 ist ein ternäres Diagramm, das bevorzugte Zusammensetzungsverhältnisse in einer aus einer CoFeNi-Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die Fig. 1, 2 bzw. 3 veranschaulichen die Strukturen von Ausführungsformen des Dünnschichtelements vom Drehventil-Typ der vorliegenden Erfindung; diese sind von der ABS-Seite her veranschaulichte Querschnittsansichten, wobei nur der Mittelteil des sich in der X-Achse erstreckenden Elements weggeschnitten ist.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Dünnschichtelemente vom Drehventil-Typ besitzen eine obere Oberfläche, eine Grundoberfläche und eine Hochseitenoberfläche, die mit einer Isolierschicht (Spaltfilm), der beispielsweise aus Al₂O₃ oder SiO₂ ausgebildet ist, bedeckt oder beschichtet sind, und nur eine ABS-Seite (Vorderoberfläche) ist der Außenseite exponiert.

Bei jedem der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Dünnschichtelemente vom Drehventil-Typ ist der thermische Expansionskoeffizient größer als der das Dünnschichtelement bedeckenden Isolierschicht, so daß auf das Dünnschichtelement eine Zugspannung im Bereich von etwa 200 MPa bis etwa 300 MPa in der Y-Richtung (Höhenrichtung), wie in den Figuren gezeigt, einwirkt.

Die Dünnschichtelemente vom Drehventil-Typ, die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht sind, sollen jeweils an der Mitlaufseite eines in einem Festplattenlaufwerk vorgesehenen Schleifers vom Schwimmtyp angeordnet werden, um beispielsweise ein Aufzeichnungsmagnetfeld auf einer Festplatte aufzufinden. Nebenbei bemerkt, eine derartige Festplatte bewegt sich in der Z-Richtung, und ein Austritts-Magnetfeld aus einem Magnetaufzeichnungsmedium ist in der Y-Richtung ausgerichtet.

Die unterste Schicht in den Ausführungsformen der Fig. 1-3 ist eine Primärbeschichtung 6, die aus einem nichtmagnetischen Material wie Ta (Tantal) ausgebildet ist.

In der Ausführungsform von Fig. 1 sind eine antiferromagnetische Schicht 1, eine festgelegte Magnetschicht 2, eine nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht 3 und eine freie Magnetschicht 4 durch Laminieren in Folge auf die Primärbeschichtung 6 ausgebildet.

Auf die Primärbeschichtung 6 in Fig. 2 sind eine freie Magnetschicht 4, eine nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht 3, eine festgelegte Magnetschicht 2 und eine antiferromagnetische Schicht 1 aufeinanderfolgend laminiert.

In Fig. 3 ist das Element zusammengesetzt aus einer freien Magnetschicht 4, nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schichten 3, 3, die an beiden Seiten der freien Magnetschicht 4 ausgebildet sind, festgelegten Magnetschichten 2, 2, die auf einer und unterhalb der anderen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schichten 3, 3 ausgebildet sind, und antiferromagnetischen Schichten 1, 1, die auf einer und unterhalb der anderen der festgelegten magnetischen Schichten 2, 2 ausgebildet sind, und dieses Laminat ist auf der Primärbeschichtung 6 ausgebildet.

Die oberste Schicht in den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen ist eine Schutzschicht 7, die aus einem nichtmagnetischen Material wie Ta (Tantal) besteht.

Die sechs Spezies von Schichten von der Primärbeschichtung 6 bis zu der Schutzschicht 7 werden laminiert, beispielsweise durch das Zerstäuberverfahren, und dann werden beide Seiten des sich ergebenden Laminats zu einer Schräge geschnitten, wie es in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht ist. An den beiden Seiten des Laminats werden hartmagnetische Vormagnetisierschichten 5, 5 ausgebildet, und dann werden elektrisch leitfähige Schichten 8, 8 auf die hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 laminiert.

Materialien für jede der vorgenannten Schichten werden nachstehend beschrieben.

Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die antiferromagnetische Schicht 1 aus einer PtMn-Legierung gebildet. Eine derartige PtMn-Legierung hat zufriedenstellende Charakteristika als ein antiferromagnetisches Material, wozu eine bessere Thermostabilität, eine höhere Sperrtemperatur und ein größeres anisotropes Austauschmagnetfeld (H_ex) als bei FeMn-Legierungen oder dergleichen gehören. Außerdem kann, wenn die aus einer PtMn-Legierung gebildete antiferromagnetische Schicht 1 unter der festgelegten Magnetschicht 2 ausgebildet ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, oder auf der festgelegten Magnetschicht 2 ausgebildet ist, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist, in einer Grenzfläche (Zwischenfläche) zwischen der antiferromagnetischen Schicht 1 und der festgelegten Magnetschicht 2 ein anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden.

Als die antiferromagnetische Schicht 1 können anstelle einer PtMn- Legierung eine X-Mn-Legierung, in der X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist, oder eine Pt-Mn-X'-Legierung, in der X' Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Cr oder Co ist, verwendet werden.

In der Pt-Mn-Legierung und in der X-Mn-Legierung ist der Anteil von Pt oder X an der Zusammensetzung bezüglich Mn bevorzugt dergestalt, daß (Pt, X):Mn von 1 : 9 bis 3 : 7 oder von 1 : 0,7 bis 1 : 1,3, und bevorzugt, 1 : 1 beträgt.

Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die festgelegte Magnetschicht 2 aus einer CoFe-Legierung oder einer CoFeNi-Legierung gebildet. Die Zusammensetzungsverhältnisse in diesen Materialien werden nachstehend beschrieben.

Die freie Magnetschicht 4 kann aus irgendeiner der als die festgelegte Magnetschicht 2 verwendeten Magnetmaterialien gebildet sein oder aus Co oder einer NiFe-Legierung.

Die nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht 3 kann aus Cu gebildet sein; die hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 können aus einer Co-Pt (Kobalt-Platin)-Legierung oder einer Co-Cr-Pt (Kobalt-Chrom- Platin)-Legierung bestehen; und die elektrisch leitfähigen Schichten 8, 8 sind beispielsweise aus W (Wolfram) oder Cu (Kupfer) gebildet.

Wie es in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht ist, ist die festgelegte Magnetschicht 2 der antiferromagnetischen Schicht 1 benachbart oder in Kontakt mit ihr ausgebildet, und eine Wärmebehandlung wird unter dieser Bedingung in einem angelegten Magnetfeld in der Y-Richtung (Höhenrichtung: die Richtung eines Austritts-Magnetfelds aus einem Aufzeichnungsmedium) durchgeführt, um in einer Grenzfläche zwischen den beiden Schichten ein anisotropes Austauschmagnetfeld zu ergeben. Dementsprechend wird die Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 in einen einzigen Domänenzustand in Y-Richtung gebracht und fixiert.

Die hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 werden in der in den Figuren gezeigten X-Richtung (Spurbreiten-Richtung) magnetisiert, und die Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht 4 wird unter dem Einfluß der hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 mit der X-Richtung ausgerichtet.

Bei den in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Dünnschichtelementen vom Drehventil-Typ dreht sich die Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht 4 aus der X-Richtung in die Y-Richtung, wenn ein ständiger Strom (Abtaststrom) von der elektrisch leitfähigen Schicht 8 zu der festgelegten Magnetschicht 2, der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 geleitet wird und ein Magnetfeld von einem Aufzeichnungsmedium in der Y-Richtung bereitgestellt wird. Unter diesen Umständen verteilen sich oder streuen Elektronen, die sich zwischen der freien Magnetschicht 4 und der festgelegten Magnetschicht 2 von der einen Schicht in die andere Schicht bewegen, in einer Grenzfläche (Zwischenfläche) zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der festgelegten Magnetschicht 2 oder zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4, so daß der elektrische Widerstand zum Variieren veranlaßt wird. So verändert sich der ständige Strom, und dadurch wird eine Abtast-Ausgabe erhalten.

Nebenbei, das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Einfach-Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ hat zwei Stellen, wo Elektronen in Abhängigkeit vom Spin streuen, d. h. eine Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 und eine Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der festgelegten Magnetschicht 2. Im Gegensatz dazu besitzt das in Fig. 3 veranschaulichte Doppel-Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ insgesamt vier Stellen, wo Leitungselektronen streuen, d. h. zwei Grenzflächen zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 und zwei Grenzflächen zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der festgelegten Magnetschicht 2. Dementsprechend kann das Doppel-Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ eine größere Veränderungsrate des elektrischen Widerstands schaffen als das Einfach- Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ.

Um die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 in der Y-Richtung beständiger festzulegen, sollten die Zusammensetzungsverhältnisse der als die festgelegte Magnetschicht gemäß der Erfindung verwendeten CoFe-Legierung oder CoFeNi-Legierung passend eingestellt werden, um eine positive Magnetostriktion zu ergeben und um zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur (kubisch-flächenzentrierte Struktur) zu enthalten.

In jedem der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Dünnschichtelemente vom Drehventil-Typ ist nur die ABS-Seite (Vorderfläche) der Außenseite exponiert, und die anderen Oberflächen sind mit einer Isolierschicht bedeckt, so daß, wie vorstehend beschrieben, in der Y-Richtung (Höhenrichtung) eine Zugspannung auf das Element einwirkt.

Dementsprechend kann, wenn die Magnetostriktion der festgelegten Magnetschicht 2 positiv eingestellt wird, die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in der Y-Richtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts veranlaßt werden.

Außerdem kann, da die festgelegte Magnetschicht zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur aus einer fcc-Struktur besteht, ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden, welches erlaubt, daß die festgelegte Magnetschicht 2 stabiler in einen einzigen Domänenzustand in der Y-Richtung gebracht wird.

Wie also beschrieben wurde, ermöglicht die vorliegende Erfindung, bei der die Magnetostriktion der festgelegten Magnetschicht positiv eingestellt wird, um die Magnetisierung dieser Schicht in der Y-Richtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts zu veranlassen, daß die Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 fester in der Y-Richtung festgelegt wird als bei konventionellen Äquivalenten, bei denen nur ein anisotropes Austauschmagnetfeld kontrolliert wird.

Wenn die festgelegte Magnetschicht 2 aus einer CoFe-Legierungsschicht ausgebildet ist, weist sie bevorzugt Co in einem Zusammensetzungsanteil im Bereich von 30 bis 80 Atomprozent auf. Innerhalb dieses Bereichs kann eine positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur enthalten, und daher kann ein anisotropes Austauschmagnetfeld von gleich 200 Oe oder mehr erhalten werden, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

Ein bevorzugterer Zusammensetzungsanteil von Co fällt in den Bereich von 50 bis 70 Atomprozent. Innerhalb des gerade erwähnten Bereichs kann, wie in Fig. 4 veranschaulicht, eine große positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann einen großen Anteil an fcc-Struktur aufweisen, um dadurch ein anisotropes Austauschmagnetfeld von gleich 500 Oe oder mehr zu erhalten.

Wenn die festgelegte Magnetschicht 2 gemäß der Erfindung aus einer Schicht aus CoFeNi-Legierung gebildet ist, sollte sie bevorzugt Co, Fe und Ni in Zusammensetzungsanteilen im Bereich von 0 bis 80 Atomprozent, von 20 bis 70 Atomprozent bzw. von 0 bis 80 Atomprozent enthalten.

Die Zusammensetzungsanteile innerhalb dieser Bereiche entsprechen den Gebieten A, B, C und D in dem in Fig. 8 gezeigten ternären Diagramm. Innerhalb dieser Gebiete kann eine positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur aufweisen, um ein anisotropes Austauschmagnetfeld von gleich 200 Oe oder mehr zu ergeben.

Besonders bevorzugt enthält die Schicht Co, Fe und Ni in Zusammensetzungsanteilen, die im Bereich von 50 bis 80 Atomprozent, von 20 bis 50 Atomprozent bzw. von 0 bis 30 Atomprozent liegen.

Die Zusammensetzungsverhältnisse innerhalb dieser Bereiche entsprechen den Gebieten B, C und D in dem in Fig. 8 veranschaulichten ternären Diagramm. Innerhalb der gerade erwähnten Gebiete kann eine große positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur aufweisen, um dadurch ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder mehr zu erhalten.

Die vorteilhaftesten Zusammensetzungsverhältnisse in dieser Ausführungsform sollten in das in Fig. 8 angegebene Gebiet D fallen, das von den folgenden vier Punkten umgeben wird:

A (Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
B (Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
C (Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
D (Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).

Innerhalb des vorgenannten Bereichs kann eine positive und vergleichsweise große Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann als nahezu ihre gesamte Kristallstruktur fcc-Struktur aufweisen, so daß ein anisotropes Austauschmagnetfeld von gleich 800 Oe oder mehr erhalten werden kann.

Die vorliegende Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, kann durch Einstellen der Zusammensetzungsverhältnisse der festgelegten Magnetschicht eine positive Magnetostriktion schaffen. Auf diese Weise wird die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in der in den Figuren angegebenen Y-Richtung veranlaßt als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts, der durch die Magnetostriktion und die Spannung bestimmt wird.

Außerdem kann innerhalb der vorstehend angegebenen Zusammensetzungsverhältnisse die festgelegte Magnetschicht eine positive Magnetostriktion haben und zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur aufweisen, um dadurch ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld zu ergeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 durch ein Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts zusätzlich zu einem anisotropen Austauschmagnetfeld in die Y-Richtung ausgerichtet werden, und daher kann sie in einen einzigen Domänenzustand gebracht und stabil festgelegt werden. Daher kann das Barkhausen-Rauschen verringert und können die Wiedergabe-Kennwerte verbessert werden.

Wenn der thermische Expansionskoeffizient des Dünnschichtelements vom Drehventil-Typ kleiner ist als der einer Schicht, die die anderen Oberflächen außer der ABS-Seite des Dünnschichtelements vom Drehventil-Typs bedeckt, oder wenn das Verfahren des glatten Polierens der ABS-Seite geeignet ausgewählt wird, kann eine Schrumpfspannung in der Y-Richtung auf das Element einwirken.

In diesem Fall kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 in der Y-Richtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt werden durch Einstellen der Magnetostriktion dieser Schicht auf einen negativen Wert, so daß das Barkhausen-Rauschen verringert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend genau beschrieben wurde, kann, wenn eine Zugspannung auf das Dünnschichtelement in Richtung der Höhe einwirkt, die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Höhe herbeigeführt werden als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts durch geeignetes Einstellen der Zusammensetzungsverhältnisse in Magnetmaterialien einer CoFe-Legierung oder einer CoFeNi-Legierung, die als die festgelegte Magnetschicht verwendet werden, und dadurch, daß man die Magnetostriktion der festgelegten Magnetschicht positiv macht.

Außerdem kann die vorliegende Erfindung ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld schaffen, indem man die Magnetostriktion positiv macht und zuläßt, daß die festgelegte Magnetschicht zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur der festgelegten Magnetschicht fcc-Struktur aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden und die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht wird in Richtung der Höhe als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt, und die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht kann in einen einzigen Domänenzustand gebracht und fixiert werden, Barkhausen-Rauschen kann verringert werden.

Andere Ausführungsformen und Abwandlungen werden für Fachleute auf diesem Gebiet offenkundig sein, und daher soll diese Erfindung nicht anderweitig beschränkt werden als die Ansprüche angeben.

Claims

1. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ aufweisend: eine antiferromagnetische Schicht (1), eine festgelegte Magnetschicht (2), die der antiferromagnetischen Schicht benachbart ausgebildet ist und eine Ausrichtung der Magnetisierung besitzt, die durch ein anisotropes Austauschmagnetfeld zwischen der Schicht und der antiferromagnetischen Schicht festgelegt ist, eine freie Magnetschicht (4), die über und/oder unter der festgelegten Magnetschicht (2) mit einer nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht (3) dazwischen ausgebildet ist, wobei das Element außerdem aufweist eine Vormagnetisierschicht (5) zum Ausrichten der Orientierung der Magnetisierung der freien Magnetschicht (4) in einer die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht (2) kreuzenden Richtung, und eine elektrisch leitfähige Schicht (8) zum Führen eines Abtaststroms zu der festgelegten Magnetschicht (2), der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht (3) und der freien Magnetschicht (4), und wobei die festgelegte Magnetschicht (2) aus einer CoFe-Legierung ausgebildet ist, eine positive Sättigungsmagnetostriktionskonstante hat und zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur aufweist.

2. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 1, bei dem die als die festgelegte Magnetschicht verwendete CoFe-Legierung eine durch Co_aFe_100-a dargestellte Zusammensetzungsformel hat, wobei 30 ≦ a ≦ 80 ausgedrückt als Atomprozent.

3. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 2, bei dem die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFe- Legierung eine durch Co_aFe_100-a dargestellte Zusammensetzungsformel hat, wobei 50 ≦ a ≦ 70, ausgedrückt als Atomprozent.

4. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 1, bei dem die festgelegte Magnetschicht (2) außerdem Ni enthält.

5. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 4, bei dem die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFeNi- Legierung eine durch Co_aFe_bNi_c dargestellte Zusammensetzungsformel hat, wobei 0 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b ≦ 70 und 0 ≦ c ≦ 80, ausgedrückt in Atomprozent.

6. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 5, bei dem die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFeNi- Legierung eine durch Co_aFe_bNi_cc dargestellte Zusammensetzungsformel hat, wobei 50 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b ≦ 50 und 0 ≦ c ≦ 30, ausgedrückt in Atomprozent.

7. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 6, bei dem die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFeNi- Legierung eine durch Co_aFe_bNi_c dargestellte Zusammensetzungsformel hat, wobei die Zusammensetzungsanteile a, b und c, ausgedrückt in Atomprozent, in das Gebiet fallen, das durch die folgenden vier Punkte umgeben wird, mit der Maßgabe, daß die Zusammensetzungsanteile von Co, Fe bzw. Ni drei Segmente eines ternären Diagramms von Co_aFe_bNi_c darstellen:
(Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).

8. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die antiferromagnetische Schicht (1) aus einer PtMn-Legierung besteht.

9. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die antiferromagnetische Schicht (1) aus einer X-Mn-Legierung besteht, wobei X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist.

10. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die antiferromagnetische Schicht (1) aus einer Pt-Mn-X'-Legierung besteht, wobei X' Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Cr oder Co ist.