CN1604355A - 磁电阻效应元件、磁头和磁再现设备 - Google Patents

磁电阻效应元件、磁头和磁再现设备 Download PDF

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Abstract

一种磁电阻效应元件，包括：磁化被钉扎层、磁化自由层、设置在磁化被钉扎层和磁化自由层之间的非磁性金属层、电阻增加层、自旋过滤层和一对电极。电阻增加层包括绝缘部分并且被设置在磁化被钉扎层、磁化自由层和非磁性金属层至少之一中。自旋过滤层设置成与磁化自由层相邻并且具有5nm到20nm范围的厚度。磁化自由层设置在自旋过滤层和非磁性金属层之间。磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层和自旋过滤层设置在电极之间。

Description

磁电阻效应元件、磁头和磁再现设备
本申请基于并要求2003年10月2日提交的在先日本专利申请No.2003-344030的优先权，该在先申请的全部内容引入本文，作为参考。
技术领域
本发明涉及磁电阻效应元件、磁头和磁再现设备，尤其涉及具有使读出电流在垂直于磁电阻效应膜的膜表面的方向上流动的结构的磁电阻效应元件和使用该磁电阻效应元件的磁头与磁再现设备。
背景技术
近年来，磁记录介质的致密性和容量的提高已经得到发展，并且在信息读出时用于再现的磁头与磁记录介质之间的相对速度被降低。因此，人们热切期望磁电阻效应磁头(MR头)能够以更低的相对速度得到大的输出。
对于这种期望，报告了一个例子，其中大的磁电阻效应通过具有铁磁层/非磁性层/铁磁层夹层结构的多层膜的元件来实现，这里并不反铁磁耦合铁磁层。即，通过对夹住非磁性层(称为“间隔层”或“中间层”)的两个铁磁层之一(称为“被钉扎层”或“磁化被钉扎层”)施加交换偏置磁场来钉扎磁化，同时通过外部磁场(信号磁场)对另一个铁磁层(称为“自由层”或“磁化自由层”)进行磁化反转。这样，通过在设置成非磁性层夹于其间的两个铁磁层之间改变磁化方向的相对角度得到大的磁电阻效应。这种类型的多层膜称为“自旋阀”。
这种自旋阀可由低的磁场使磁化饱和，自旋阀适合于MR磁头并且已经得到实际应用。但是，它的磁电阻变化率最大约为20％。
磁电阻效应元件分类为CIP(电流在平面内)类型结构和CPP(电流垂直于平面)类型结构，前者是读出电流在平行于元件膜表面的方向上流动，后者是读出电流在垂直于元件膜表面的方向上流动。已经获知CPP类型的磁电阻效应元件表现出大约10倍于CIP类型磁电阻效应元件的磁电阻变化率(参见J.Phys.Condens.Matter.，Vol.11，p.5717(1999))。不可能实现磁电阻变化率100％。
但是，在自旋阀结构的情况下，自旋相关层的总膜厚非常薄，并且界面数很小。因此，当电流在CPP类型元件中垂直流动时，其电阻本身很小，并且输出绝对值也很小。
与此相反，设计在自旋阀膜中插入包括绝缘体的电流增加层的技术，以提高磁电阻效应(MR)(参见J.Appl.Phys.89，p6943(2001))。在该技术中，自旋阀包括自旋相关地散射电子的部分(被钉扎层/间隔层/自由层)和具有小的自旋相关散射的部分(缓冲层、反铁磁层、保护层等)。当以Rsd表示前者电阻并且以Rsi表示后者电阻时，自旋阀的MR可表示为MR＝ΔRsd/(Rsi+Rsd)。由于关注MR随着Rsd大于Rsi而进一步提高的现象，因此，如上所述，插入包括绝缘体的电流增加层。
另一方面，还报告了通过在CPP类型的MR元件中插入厚1nm的由Cu构成的自旋过滤层来提高MR的尝试(参见IEEETrans.Magn.38，2277(2002))。
发明内容
但是，当在J.Appl.Phys.，89，p.6943(2001)中公开的该技术的基础上将绝缘体等插入到自旋阀的中央部分时，出现形成自旋阀的膜其结晶性被破坏的问题。自旋阀基本上由晶体结构为fcc的多晶薄膜构成，并且晶体通常取向在面(111)上。结晶的质量在下面的三个方面影响CPP-GMR的MR。
第一方面是被钉扎层/间隔层/自由层之间的每个界面的锐度(陡峭性)。这些界面通过“自旋相关界面散射”对MR作出贡献。当由于界面混合或界面不规则的影响而使得界面不尖锐时，界面电阻增高而与自旋不相关。结果，自旋相关界面散射因子被恶化，从而MR降低。
第二方面是被钉扎层和自由层内的取向。由铁磁材料制成的被钉扎层和自由层通过这些层内的“自旋相关体散射”而对MR作出贡献。当结晶取向被降低时，电子的“自旋相关散射因子”被恶化，从而MR降低。
第三方面是间隔层的结晶取向。当膜中的缺陷增多时，电子的自旋扩散长度(到电子自旋被反转前的距离)被缩短，从而MR降低。
由于上述原因，重要的是将由于绝缘层的插入引起的自旋阀的结晶取向恶化抑制到最小。
本发明基于对这些问题的认识而作出，且提供一种磁电阻效应元件，通过在自由层和保护层之间插入包括用于提高结晶性的非磁性金属的自旋过滤层来抑制上述结晶取向的恶化或恢复结晶取向，从而实现高的磁电阻变化量，并且提供使用这种磁电阻效应元件的磁头和磁再现设备。
为实现上述目的，根据本发明的一个实施例，磁电阻效应元件包括：磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层、自旋过滤层和一对电极。磁化被钉扎层包括将磁化方向基本上钉扎在一个方向上的磁性材料膜。磁化自由层包括磁化方向响应于外部磁场而改变的磁性材料膜。非磁性金属层设置在磁化被钉扎层和磁化自由层之间。电阻增加层包括绝缘部分和电连接电阻增加层的两个膜表面的导电部分，并且设置在磁化被钉扎层、磁化自由层和非磁性金属层的至少一个层中。自旋过滤层设置成与磁化自由层相邻并且具有5nm到20nm范围的厚度。磁化自由层设置在自旋过滤层和非磁性金属层之间。磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层和自旋过滤层设置在该对电极之间。电流在该对电极之间在基本垂直于磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层，电阻增加层和自旋过滤层的膜表面的方向上流动。
而且，根据本发明的一个实施例，磁头包括该磁电阻效应元件。
另外，根据本发明的一个实施例，磁再现设备包括该磁头并且可读出磁记录在磁记录介质中的信息。
如上面具体所述，根据本发明的一个实施例，由于提供电阻增加层与厚度在5nm到20nm范围的自旋过滤层，可获得高绝对值电阻和大磁电阻效应。
结果，可提供一种甚至在高的记录密度下也能够以高灵敏度稳定获取磁检测并具有大的输出和高S/N比的磁头，还可提供包括该磁头的磁再现设备以及高集成的磁存储器。从而，本发明在工业上可产生很大的利益。
附图说明
图1是表示根据本发明的第一实施例的磁电阻效应元件的主要部分截面结构的典型视图；
图2是表示磁电阻效应元件的磁电阻变化量MR[％]的曲线；
图3是表示在CIP类型GMR元件和CPP类型GMR元件的每一个中提供Cu层作为自旋过滤层时MR的变化的曲线；
图4是表示第一实施例的改进例子的典型截面图；
图5是表示第一实施例的改进例子的典型截面图；
图6是表示第一实施例的改进例子的典型截面图；
图7是表示根据本发明的第二实施例的磁电阻效应元件的主要部分截面结构的典型视图；
图8是表示第二实施例的改进例子的典型截面图；
图9是表示第二实施例的改进例子的典型截面图；
图10是表示第二实施例的改进例子的典型截面图；
图11是表示根据本发明的第三实施例的磁电阻效应元件的主要部分截面结构的典型视图；
图12是表示第三实施例的改进例子的典型截面图；
图13是表示第三实施例的改进例子的典型截面图；
图14是表示第三实施例的改进例子的典型截面图；
图15是表示自旋过滤层SF具有层叠结构的磁电阻效应元件的截面结构的典型视图；
图16是表示电阻增加层RI插入间隔层S和自由层F的每一个中的自旋阀结构的典型视图；
图17是表示在间隔层S中提供两个电阻增加层RI的自旋阀结构的典型视图；
图18是表示将自旋阀膜的层叠顺序反转的具体例子的典型视图；
图19是典型表示根据本发明的一个实施例的磁电阻效应元件的主要部分的配置的示意图；
图20是典型表示根据本发明的一个实施例的磁电阻效应元件的主要部分的配置的示意图；
图21是表示根据本发明的一个实施例的磁记录再现设备的概要配置的主要部分的透视图；
图22是从盘侧观察致动器臂155前面的磁头组件的放大透视图；
图23是表示根据本发明的一个实施例的磁存储器的矩阵配置的示意图；
图24是表示磁存储器的矩阵结构的另一个特例的示意图；
图25是表示根据本发明的该实施例的磁存储器主要部分的截面结构的示意图；
图26是沿着图24的A-A’线截取的截面图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是表示根据本发明的第一实施例的磁电阻效应元件的主要部分截面结构的典型视图。
即，该实施例的磁电阻效应元件具有在下电极LE和上电极UE之间设置包括自旋阀结构的层叠膜的结构。读出电流可在基本垂直于自旋阀的膜厚的方向上流经下电极LE和上电极UE，并且实现CPP类型的GMR。
接着解释该实施例的自旋阀结构。提供第一被钉扎层(磁化被钉扎层)P1、第二被钉扎层(磁化被钉扎层)P2、自由层(磁化自由层)F、和设置于层P1/P2与层F之间的间隔层(非磁性金属层)S。
这里，第一被钉扎层P1的磁化通过与该第一被钉扎层P1相邻的反铁磁层AF基本上被钉扎在一个方向上。而且，第二被钉扎层P2的磁化通过磁化反平行耦合层AC被钉扎在与第一被钉扎层P1相反的方向上。
此外，自由层F包括铁磁材料膜，其磁化随着外部磁场而变化。与此相反，间隔层S具有阻挡第二被钉扎层P2与自由层F之间的磁耦合的作用。在该实施例中，间隔层S具有按顺序层叠金属层M1、电阻增加层RI和金属层M2的结构。金属层M1，M2由非磁性金属制成。与此不同，电阻增加层RI具有绝缘部分RIa和通过绝缘部分RIa的一部分大约在厚度方向上延伸的并且由非磁性材料制成的导电部分RIb。在电阻增加层R(导电部分RIb)与金属层M1，M2之间形成欧姆接触。即，电阻增加层RI增加磁电阻效应元件的电阻并且读出电流在垂直于膜表面的方向上的传导通过导电部分RIb得到保证。
使用电阻增加层RI增加磁电阻效应(MR)作如下解释。亦即，从传导电子是否被自旋相关散射的观点看，垂直传导型自旋阀可一分为二。一个是对自旋相关散射有贡献的部分(被钉扎层/间隔层/自由层)，另一个是与自旋无关的部分(缓冲层、保护层、反铁磁层等)。这里，前者电阻用Rsd表示并且后者电阻用Rsi表示。当在对自旋相关散射有贡献的部分中提供电阻增加层时，电阻Rsd对电阻Rsi的比率提高，从而可提高MR＝ΔRsd/(Rsd+Rsi)。已知当在间隔层中实际插入电阻增加层RI时，与不插入电阻增加层RI的情况相比，MR可提高大约8倍。
下电极LE通过缓冲层BF设置在反铁磁层AF下面。与此相反，自旋过滤层SF层叠在自由层上，并且上电极UE通过保护层PL设置在自旋过滤层SF上。
保护层PL具有在磁电阻效应元件制造期间保护形成自旋阀结构的每个层免受例如蚀刻气体、等离子体等破坏的作用。因此保护层PL的材料优选是物理或化学耐久性高并且不活泼的材料。尤其优选是使用钽(Ta)、钛(Ti)、铷(Ru)和金(Au)之一。
保护层PL通常设置在自旋阀结构的有源部分的正上方。即，在反铁磁层设置在下面的所谓“底型”自旋阀的情况下，保护层PL设置在自由层上方。在反铁磁层设置在上面的所谓“顶型”自旋阀的情况下，保护层PL设置在反铁磁层上方。在具有2个被钉扎层的所谓“双型”的情况下，保护层PL设置在反铁磁层上方。
与此相反，在该实施例中，自旋过滤层SF设置在保护层PL的正下方。这样，可排除在自旋阀有源部分和保护层SF之间的界面处的混合等，并且可促进自旋阀的结晶性提高。
在具有上面解释的结构的磁电阻效应元件中，制备从下电极LE看依次具有如下的各层材料和膜厚的样品。即，缓冲层BF是Ta5nm/Ru2nm。反铁磁层AF是PtMn 15nm。被钉扎层P1为Co90Fe103nm。磁化反平行耦合层AC是Ru 1nm。被钉扎层P2为Co90Fe10 3nm。间隔层S为Cu 0.2nm(金属层M1)/AlOx 1.5nm(电阻增加层的绝缘部分RIa)和Cu(电阻增加层RI的导电部分RIb)/Cu 0.5nm(金属层M2)。自由层F是Co90Fe10 1nm/Ni80Fe20 3.5nm。自旋过滤层SF为Cu 0nm到50nm。保护层PL为Ta 20nm。
图2是表示磁电阻效应元件的磁电阻变化量MR[％]的曲线。即，图2的横坐标轴表示自旋过滤层SF的厚度，纵坐标轴表示磁电阻变化量MR(＝AΔR/AR)，其中A表示区域元件大小，R表示样品的电阻。在该图中，“例1”表示该实施例的结果。
如图2所示，当没有自旋过滤层SF(厚度为0)时，MR为3.5％。与此不同，当厚为1nm的Cu层作为自旋过滤层SF提供时，可以看到MR提高到4.0％。作为这种MR提高的原因，认为是在NiFe/Cu界面(当提供自旋过滤层SF时)处自旋相关散射大于NiFe/Ta界面处(当没有自旋过滤层SF时)的。因此，可以看到将Cu作为自旋过滤层SF插入可有效提高MR。
在该实施例中，当用作自旋过滤层SF的Cu层作得厚于1nm时，MR进一步提高，直到Cu层具有20nm厚度。此后MR基本上饱和。因此，如图2的虚线所示，可以发现将自旋过滤层SF设置为2nm或更大，尤其是厚度为10nm或更大，对于MR提高是非常有效的。提供更显著效果的膜厚是5nm或更大并且20nm或更小。
在CIP型GMR元件的自旋阀中提供自旋过滤层的结构已经公知(参见美国专利No.6,338,899)。但是，美国专利No.6,338,899的目的不同于本实施例，其是为了使用读出电流控制对自由层的偏置磁场。
图3是表示在CIP类型GMR元件和CPP类型GMR元件的每一个中提供Cu层作为自旋过滤层时MR的变化的曲线。
即，在CIP-GMR元件的情况下，MR通过设置几个nm或更小的薄自旋过滤层而得到提高。但是，自旋过滤层的厚度厚于该厚度时，由于旁路电流而损坏MR，从而MR突然降低。
与此不同，当根据本实施例提供Cu的自旋过滤层SF并且其膜厚从1nm开始变化时，MR进一步被提高，在膜厚超出20nm后饱和。即，与CIP型元件相比，当在CPP型元件中提供厚的自旋过滤层SF时得到MR的显著提高。
顺便提及，IEEE Trans.Magn.38，p.2277(2002)公开了大约厚1nm的Cu层插入CPP-GMR元件中。但是，该公开的技术的目的是使用在自旋相关界面散射方面大于自由层/保护层界面的自由层/自旋过滤层界面的组合。即，该公开的技术关注自旋过滤层的界面的效果，并且没有讲解或建议使其膜厚厚于在相关技术的自旋过滤层中通常使用的膜厚(大约1nm)。
与此相反，本发明人已经发现通过提供具有其厚度概念上超出相关技术的“自旋过滤层”厚度的自旋过滤层SF可显著提高MR，如图2所示。在该实施例中，结晶性的改善被视为是通过提供2nm或更大厚度的自旋过滤层SF使MR明显提高的原因之一。
即，当图1所示的层叠结构从下电极LE开始顺序形成时，形成非晶AlOx，作为间隔层S中包含的电阻增加层RI的绝缘部分RIa。因此，其上形成的金属层M2的结晶性、电阻增加层RI中的导电部分RIB的结晶性和自由层F的结晶性易于降低。对于这种降低，当Cu自旋过滤层SF在自由层F上形成得厚时，自旋过滤层SF的结晶性被提高。它表现为当自旋过滤层SF的该结晶性得到提高时，自旋阀的结晶性也得到提高。即，它表现为由于在自由层F上形成的金属层(自旋过滤层SF)的结晶性提高，由于自旋过滤层SF中的这种提高的影响而在下自由层F、再下一金属层M2和导电部分RIb的结晶性中产生退火作用或缓冲作用。结果，自由层F、金属层M2和导电部分RIb的结晶性得到提高。
CPP-GMR的起源是两种散射，即(1)铁磁层中自旋相关体散射和(2)非磁性层与铁磁层之间的界面处的自旋相关界面散射。由(3)除这两个散射外的散射所产生的电阻仅引起MR降低。当将其应用于实施例时，被钉扎层P和自由层F中的电阻对应于(1)自旋相关体散射，并且间隔层S和被钉扎层P的界面处以及间隔层S和自由层F的界面处的电阻对应于(2)自旋相关界面散射。当通过提高自旋过滤层SF的厚度提高结晶性时，(1)和(2)被提高而(3)被降低，从而MR可被提高。接着将参考在间隔层S中提供电阻增加层RI的情况对此进行解释。
第一个原因是由于自由层F的结晶性提高而使得自旋相关体散射(1)提高。当在自由层F内存在缺陷、取向干扰等时，不仅具有下自旋的传导电子散射，而且具有上自旋的电子也散射。因此，两种电子之间的电阻差，即自旋相关散射因子降低。这里，当自旋过滤层SF的插入而提高了由于电阻增加层的插入而导致恶化的结晶性时，具有上自旋的电子不被散射，因此自旋相关体散射被提高，并且从而MR也被提高。
第二个原因是由于自由层F和金属层M2的界面的改进使得(2)自旋相关界面散射的提高。当界面被电阻增加层RI干扰、原子水平的平整度丧失并且混合增加时，具有上自旋的电子与具有下自旋的电子一样也被散射。因此，这些电子之间的电阻差，即自旋相关散射因子降低。这里，当通过自旋过滤层SF改进金属层M2和自由层F之间的界面时，不会对上自旋施加不必要的散射，并且自旋相关界面散射接近理想膜，即，没有混合的平整状态，因此MR被提高。
第三个原因是由于间隔层S的结晶性提高使得(3)与自旋无关的电阻降低。间隔层S包括具有小电阻的金属部分(金属层M1，M2、导电部分RIb)和具有大电阻的绝缘部分RIa。当传导电子经受除自旋相关散射外的散射时，提高不必要电阻，从而MR降低。因此，理想的是自旋极化传导电子通过间隔层S中的金属部分而不散射。从而，优选的是散射因子，诸如缺陷、杂质等在间隔层S中的金属部分中尽可能小。当自旋过滤层SF提高结晶性时，与自旋无关的散射降低，从而MR可被提高。
如上所述，最佳自旋过滤层SF在MR提高中非常有效。
另外，自由层F的磁特性也与导电性改善同样得到改善。当自由层F的结晶取向恶化时，作为器件特性必备的软磁特性和磁应变特性恶化。这些是对信号磁场的灵敏度方面重要的特性。因此，通过自旋过滤层SF提高自由层F的磁特性是一个明显效果。
这样，最佳自旋过滤层SF对于提高元件总性能是非常有效的。
上面的解释涉及电阻增加层RI存在于间隔层S中的情况。但是，当电阻增加层RI插入到自由层F和/或被钉扎层P中时也得到类似效果。
例如，甚至在将电阻增加层RI设置在被钉扎层P中时，通过改善被钉扎层/间隔层界面和间隔层/被钉扎层界面可提高(1)被钉扎层P和自由层F中的自旋相关体散射和(2)自旋相关界面散射。另外，限制间隔层S中(3)与自旋无关的散射，提高了MR。
此外，甚至在将电阻增加层RI设置在自由层F中时，自由层F的结晶性也被提高。因此，提高自由层F中的(1)自旋相关体散射，提高了MR。
作为本发明人研究的结果，如图2和3所示，在除Cu外，还将下面的列举出的材料用作自旋过滤层SF的材料时，也可得到MR的提高。即，可列举出Au，Ag，Pt，Cr，Ti，Zn，Zr，Nb，Pd，Rh，Ru，Mo，Hf，Ta和(Ni1-xFex)1-yCry(15＜x＜25且20＜y＜45)合金作为除Cu外的自旋过滤层SF的材料。此外，自旋过滤层SF可具有组合了这些材料的层叠结构。例如，当从自由层侧开始按Cu 2nm/Ru 5nm层叠的结构用作自旋过滤层SF时也可得到类似效果。
尤其，Cu，Ru和(Ni1-xFex)1-yCry(15＜x＜25且20＜y＜45)合金作为自旋过滤层SF的材料是非常有效的，因为其晶体结构或晶格常数与通常使用的自旋阀的晶体结构的fcc(111)相同或相近。此外，在通过提高自旋阀总的膜厚来提高整个结晶性的意义上讲，其他材料是有效的。
另一方面，包括从Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta和W构成的组中选出的至少一种元素的氧化物、氮化物或氟化物等的高电阻材料可用作电阻增加层RI的绝缘部分RIa的材料。由于甚至在这些材料的薄膜中可获得高电阻，因此可获得由于电阻提高而导致的MR的提高效果。当电阻增加层RI的绝缘部分RIa包括这些材料至少之一时，MR易于通过降低在该绝缘部分RIa上形成的自由层的结晶性而受到限制。与此不同，根据本实施例，自由层F的结晶性通过提供厚的自旋过滤层SF而得到提高，因此显著提高MR。
图4到图6是表示第一实施例的改进例子的典型截面图。对于这些附图，与参考图1到3提到的元件类似的元件以相同参考序号表示，省略其具体解释。
即，如图4所示，从下电极LE侧观察间隔层S时，间隔层S具有金属层M1和电阻增加层RI的层叠结构。另外，如图5所示，间隔层S具有电阻增加层RI和金属层M2的层叠结构。并且，如图6所示，间隔层S仅具有电阻增加层RI。
在这些改进的每一个例子中，通过如图2和3所示增加自旋过滤层SF的膜厚得到MR提高效果。
(第二实施例)
作为本发明的第二实施例将描述将厚的自旋过滤层SF插入到包括自由层中的电阻增加层的自旋阀膜中的CCP类型GMR元件。
图7是表示该实施例的磁电阻效应元件的主要部分截面结构的典型视图。图7中，与图1到6所示的结构中类似的元件以相同的参考序号表示，其具体解释从略。
该实施例的磁电阻效应元件也具有包括被钉扎层、自由层和设置于二者之间的间隔层S的自旋阀结构。这些层的每一个具有上述第一实施例中提到的功能。但是，在本实施例中，间隔层S包括非磁性材料制成的单层。自由层包括第一自由层F1、第二自由层F2和设置在二者之间的电阻增加层RI。第一和第二自由层F1，F2是磁性材料制成的层并且包括磁化可根据外磁场改变的铁磁膜。另一方面，电阻增加层RI具有绝缘部分RIa和大约通过绝缘部分RIa的一部分在厚度方向上类似于第一实施例的上述电阻增加层RI那样地延伸的导电部分RIb。导电部分RIb由诸如NixFe1-x的铁磁材料制成。在电阻增加层R(导电部分RIb)与第一和第二自由层F1，F2之间形成欧姆接触。即，电阻增加层RI增加磁电阻效应元件的电阻并且读出电流在垂直于膜表面的方向上的传导通过其导电部分RIb得到保证。
在该磁电阻效应元件中，从下电极LE看以如下顺序制备样品。即，缓冲层BF是Ta 5nm/Ru 2nm。反铁磁层AF是PtMn 15nm。第一被钉扎层P1为Co90Fe10 3nm。磁化反平行耦合层AC是Ru 1nm。第二被钉扎层P2为Co90Fe10 3nm。间隔层S为Cu 5nm。自由层F是Co90Fe10 1nm(第一自由层F1)/Ni80Fe20 3.5nm(第一自由层F1)/AlO1.5nm(电阻增加层RI的绝缘部分RIa)和Ni80Fe20(电阻增加层RI的导电部分RIb)/Ni80Fe20 0.5nm(第二自由层F2)。自旋过滤层SF为Cu0nm到50nm。保护层PL为Ta 20nm。即，Co90Fe10 1nm/Ni80Fe20 3.5nm的层叠结构用作第一自由层F1。
图2的“例2”表示这些样品的磁电阻变化量MR[％]。
即，当没有自旋过滤层SF(0nm)时，MR为3.6％。与此不同，当厚为1nm的Cu层作为自旋过滤层SF设置时，可以发现MR提高到3.8％。认为这种MR提高的原因取决于由于自旋过滤层SF的插入引起的界面效应。即，它表现为由于与自由层/保护层相比，自由层/自旋过滤层界面处自旋相关界面散射提高，从而MR提高。
另外，根据本实施例，当用作自旋过滤层SF的Cu的膜厚从1nm开始变化时，MR提高，直到其变为20nm，此后接近饱和。因此，如图2的虚线所示，可以发现将自旋过滤层SF的厚度设置为2nm或更大，尤其是厚度为10nm或更大，对于MR提高是非常有效的。提供更显著效果的膜厚是5nm或更大并且20nm或更小。
还表现出MR的这种提高的原因之一是类似于第一实施例所述的结晶性的提高。即，在本实施例中，包括非晶绝缘部分RIa的电阻增加层RI插入到自由层中。因此，在电阻增加层RI上形成的第二自由层F2的结晶性易于降低。对这一点，当包括Cu等的自旋过滤层SF被厚厚地形成在第二自由层F2上时，该自旋过滤层SF的结晶性被提高。它表现为根据该提高，第二自由层F2的结晶性也被提高。表现出利用作为自旋过滤层SF提供的退火作用或缓冲作用提高第二自由层F2的结晶性的结果，其磁性能提高，从而MR提高。
在本实施例中，当除Cu外还将Au、Ag、Pt、Cr、Ti、Zn、Zr、Nb、Pt、Pd、Rh、Ru、Mo、Hf、Ta和(Ni1-xFex)1-yCry(15＜x＜25且20＜y＜45)合金作为自旋过滤层SF的材料时也得到同样效果。此外，当使用包括这些材料的组合的层叠结构时获得类似的MR提高效果，例如层叠结构从自由层F侧看按顺序包括Cu 2nm/(Ni1-xFex)1-yCry(15＜x＜25且20＜y＜45)合金6nm。
类似于第一实施例中所描述材料的材料可用作电阻增加层RI的绝缘部分RIa的材料。
另外，在下面的改进的例子中，可实现类似效果。即，只要自由层F中与间隔层S相邻的第一自由层F1的区域由铁磁材料构成，第一自由层F1的其他部分、导电部分RIb和第二自由层F2可由非磁性材料构成。
图8到图10是表示本实施例的改进例子的典型截面图。图8到图10中，类似于图1到7中所描述元件的元件以相同参考序号表示，省略其具体解释。
即，如图8所示，自由层F中的电阻增加层RI设置成与自旋过滤层SF相邻，或者如图9所示，也可设置成与间隔层S相邻。否则，如图10所示，整个自由层F也可形成为电阻增加层RI。在这种情况下，导电部分RIb由磁性材料制成，并且其磁化可根据外部磁场旋转。在每个改进的例子中，如图2所示通过增加自旋过滤层SF的膜厚得到MR提高效果。
电流大部分被限定在如图8所示的自旋阀中自由层F的导电部分RIb中。因此，自旋阀的各层的电阻中，由于导电部分RIb的自旋相关体散射引起的电阻大部分反映在MR中。而且，由于导电部分RIb存在于电阻增加层中，单独导电部分RIb的结晶性差并且自旋相关体散射因子降低。对于这一点，根据本实施例，当自旋过滤层SF形成得很厚并且与自旋过滤层SF相邻的导电部分RIb的结晶性提高时，提高自旋相关体散射因子，从而MR提高。
(第三实施例)
作为本发明的第三实施例描述的是将厚自旋过滤层SF插入到包括被钉扎层中的电阻增加层的自旋阀膜中的CPP型GMR元件。
图11是表示本实施例的磁电阻效应元件的主要部分截面结构的典型视图。图11中，与参考图1到10所示所述元件类似的元件以相同的参考序号表示，其具体解释从略。
本实施例的磁电阻效应元件也具有包括被钉扎层P、自由层F和设置于二者之间的间隔层S的自旋阀结构。这些层的每一个具有上述第一实施例中提到的功能。但是，在本实施例中，第二被钉扎层P2包括第一层P21、第二层P22和设置于二者之间的电阻增加层RI。第一和第二层P21，P22包括磁性材料，并且包括磁化可根据外磁场改变的铁磁膜。
另一方面，类似于第一实施例，电阻增加层RI具有绝缘部分RIa和大约通过绝缘部分RIa的一部分在厚度方向上延伸的导电部分RIb。导电部分RIb由铁磁材料制成。在电阻增加层R(导电部分RIb)与第一和第二层P21，P22之间形成欧姆接触。即，电阻增加层RI增加磁电阻效应元件的电阻并且读出电流在垂直于膜表面的方向上的传导通过电阻增加层RI的导电部分RIb得到保证。
在该磁电阻效应元件中，从下电极LE看以如下顺序制备样品。即，缓冲层BF是Ta 5nm/Ru 2nm。反铁磁层AF是PtMn 15nm。第一被钉扎层P1为Co90Fe10 3nm。磁化反平行耦合层AC是Ru 1nm。第二被钉扎层P2为Co90Fe10 2nm(第一层21)/Co90Fe10-O 1nm(电阻增加层RI的绝缘部分RIa))和Co90Fe10(电阻增加层RI的导电部分RIb)/Co90Fe10 1nm(第一层22)。间隔层S为Cu 5nm。自由层F是Co90Fe10 1nm/Ni80Fe20 3.5nm。自旋过滤层SF为Cu 0nm到50nm。保护层PL为Ta 20nm。
图2的“例3”表示这些样品的MR。
如图2所示，当没有自旋过滤层SF(膜厚为0nm)时，MR为3.6％。与此不同，当设置厚为1nm的Cu层时，可以发现MR提高到3.8％。也认为这种MR提高的原因如第一和第二实施例所述是由于自旋过滤层SF的插入引起的界面效应。即，它表现为由于与自由层/保护层界面相比，自由层/自旋过滤层界面处自旋相关界面散射提高，从而MR提高。
另外，根据本实施例，当用作自旋过滤层SF的Cu的膜厚从1nm开始变化时，MR提高，直到其变为约5nm，此后接近饱和。因此，如图2的虚线所示，可以发现将自旋过滤层SF的厚度设置为2nm或更大，尤其是厚度为5nm或更大，对于MR提高是非常有效的。
还表现出MR的这种提高的原因之一是类似于第一和第二实施例所述的结晶性的提高。即，在本实施例中，包括非晶绝缘部分RIa的电阻增加层RI插入到第二被钉扎层P2中。因此，在电阻增加层RI上形成的第二层P22、间隔层S和自由层F的结晶性易于降低。对这一点，当包括Cu等的自旋过滤层SF被厚厚地形成在自由层F上时，该自旋过滤层SF的结晶性被提高。它表现为根据该提高，自由层F等的结晶性也被提高。还表现出利用作为自旋过滤层SF提供的退火作用或缓冲作用提高自由层F等的结晶性的结果，其磁性能提高，从而MR提高。
在本实施例中，当除Cu外还将Au，Ag，Pt，Cr，Ti，Zn，Zr，Nb，Pt，Pd，Rh，Ru，Mo，Hf，Ta和Ni-Fe-Cr合金作为自旋过滤层SF的材料时也得到同样效果。此外，当使用包括这些材料的组合的层叠结构时获得类似的效果，例如层叠结构包括Cu2nm/Cr 5nm的组合等。
图12到图14是表示本实施例的改进例子的典型截面图。图12到图14中，类似于图1到11中所描述元件的元件以相同参考序号表示，省略其具体解释。
即，如图12所示，第二被钉扎层P2中的电阻增加层RI也靠着间隔层S设置，或者如图13所示，也可设置成与磁化反平行耦合层AC相邻。否则，如图14所示，整个第二被钉扎层P2也形成为电阻增加层RI。在这种情况下，导电部分RIb由磁性材料制成，并且由于磁化反平行耦合层AC的作用，其磁化可被钉扎到与第一被钉扎层P1相反的方向上。
在每个改进的例子中，如图2所示通过增加自旋过滤层SF的膜厚得到MR提高效果。
(第四实施例)
接着作为本发明的第四实施例描述的是包括具有层叠结构的自旋过滤层SF的磁电阻效应元件。
图15是表示自旋过滤层SF具有层叠结构的磁电阻效应元件的截面结构的典型视图。
即，该特定的例子具有类似第一实施例的结构。但是，自旋过滤层SF具有第一自旋过滤层SF1和第二自旋过滤层SF2的层叠结构。第一和和第二自旋过滤层SF1，SF2由非磁性金属制成。
在本实施例中，当改变与自由层F1相邻的第一自旋过滤层SF1和与保护层相邻的第二自旋过滤层SF2的组合时得到如下结果。
表1
  样品序号    自旋过滤层   MR[％] 附注
  1    Cu 1nm   4.0 实施例1
  2    Cu 10nm   5.0 实施例1
  3    Ru 10nm   4.1
  4    (Ni80Fe20)78Cr22  10nm   4.8
   自旋过滤层1 自旋过滤层2
  5    Cu 3nm Ru 7nm   4.8
  6    Cu 3nm (Ni80Fe20)78Cr227nm   5.3
样品序号1到4表示出当自旋过滤层为单层时的结果。在样品序号3中使用的Ru(铷)制成的自旋过滤层对提高结晶取向有效，但由于该自旋过滤层与自由层(Ni80Fe20)的界面具有负的自旋相关散射因子，使得MR不容易提高。相反，当自旋过滤层具有样品序号5的结构时MR提高，该结构中，包括具有大的正自旋相关界面散射因子的Cu的层作为自旋过滤层SF1设置在与自由层F相邻的一侧上，并且Ru用作自旋过滤层SF2。
在样品序号4使用的由(Ni80Fe20)78Cr22形成的自旋过滤层中，自旋相关界面散射因子不是负的，但与Ni80Fe20/Cu界面处得到的自旋相关界面散射的值相比较差。因此，样品序号4的该自旋过滤层与采用厚10nm的Cu形成的自旋过滤层的样品序号2相比MR稍显不足。如果采用本实施例的结构并且将Cu用作自旋过滤层SF1并将(Ni80Fe20)78Cr22用作自旋过滤层SF2，则可兼顾自旋相关界面散射和结晶性提高，因此可得到高的MR。
这样，当自旋过滤层SF具有多层结构并且分配赋于各层的功能时，可实现进一步的MR提高。类似地，认为甚至在自旋过滤层是3层或更多层的层叠膜时获得进一步优化的效果。
当将本实施例用于第二或第三实施例的自旋阀结构时得到类似效果。
(第五实施例)
下面作为本发明第五实施例描述的是具有多个电阻增加层RI的磁电阻效应元件。
即，在在上述第一到第四实施例中，通过在电阻增加层RI插入到间隔层S、自由层F和第二被钉扎层P2之一中的自旋阀结构中设置厚自旋过滤层SF来提高MR。
但是，本发明不限于此。例如，本发明包括按预期组合第一到第三实施例的情况。例如，如图16所示，在自旋阀结构具有分别插入于间隔层S和自由层F中的电阻增加层RI的情况下，MR也可通过提供厚的自旋过滤层来提高。
另外，在自旋阀结构具有两个或多个插入于间隔层S、自由层F和第二被钉扎层P2之一中的电阻增加层RI的情况下，MR也可通过提供厚的自旋过滤层来提高。例如，如图17所示，两个电阻增加层RI可设置在间隔层S中。
(第六实施例)
下面作为本发明第六实施例描述的是将被钉扎层与自由层的层叠顺序反转的磁电阻效应元件。即，在如图18所示自旋阀过滤层中的层叠顺序反转的情况下，也可得到第一到第五实施例所述的效果。
即，在图18所示的磁电阻效应元件中，首先通过缓冲层BF将自旋过滤层SF设置在下电极LE上方。在该自旋过滤层SF上依次层叠自由层F、间隔层S、被钉扎层P、反铁磁层AF、保护层PL和上电极UE。当在这种层叠顺序的自旋阀结构中提供厚的自旋过滤层SF时，在自旋过滤层SF上形成的自由层F等的结晶性被提高，磁性能被提高，从而也可得到高的MR。
而且，在本实施例中，可通过至少在间隔层S、自由层F、和第二被钉扎层P2之一中设置电阻增加层RI得到电阻增加效果。
(第七实施例)
下面作为本发明第七实施例描述的是CPP型磁电阻效应元件的一个特例。
图19和图20是典型表示根据本发明的第七实施例的磁电阻效应元件的主要部分的配置的示意图。即图19和图20表示磁电阻效应元件组装到磁头中的状态。图19是沿着大约平行于面对未示出的磁记录介质的面向介质表面P的方向切割磁电阻效应元件的截面图。图20是沿着垂直于面向介质表面P的方向切割磁电阻效应元件的截面图。
图19和20所示的磁电阻效应元件是具有硬相接结构的元件。下电极LE和上电极UE分别设置在磁电阻效应膜14的上面和下面。另外，图19中，偏置磁场作用膜16和绝缘膜18层叠并设置在磁电阻效应膜14的两侧表面上。此外，如图20所示，保护膜30设置在磁电阻效应膜14的面向介质表面上。
如参考图1到18所提及的那样，磁电阻效应膜14具有根据本发明的该实施例的结构。即，磁电阻效应膜14具有通过提供电阻增加层RI和厚自旋过滤层SF获得高绝对值电阻和大磁电阻效应的层叠结构。
通过设置在磁电阻效应膜14上面和下面的电极LE，UE，读出电流相对于磁电阻效应膜14在大约垂直于膜表面的方向上流动，如箭头A所示。此外，偏置磁场通过左右设置的一对偏置磁场作用膜16施加在磁电阻效应膜14上。当使用偏置磁场控制磁电阻效应膜14的自由层的磁各向异性来形成单磁畴时，磁畴结构被稳定并且磁畴壁移动引起的巴克豪森噪声被抑制。
根据本实施例，通过在磁电阻效应膜14中提供电阻增加层和厚自旋过滤层SF，使得电阻绝对值高，并且得到大磁电阻效应。结果，显著提高磁电阻效应元件的灵敏度。例如，当磁电阻效应元件应用于磁头时，可执行高灵敏度的磁再现。
(第八实施例)
接着作为本发明第八实施例描述的是安装根据本发明的前面实施例的磁电阻效应元件的磁再现设备。即，例如参考图1到20描述的前面实施例的磁电阻效应元件或磁头组装到记录再现集成型的磁头组件中，并且可安装到磁记录再现设备上。
图21是表示磁记录再现设备的主配置的主要部分的透视图。即，根据本实施例的磁记录再现设备150是使用旋转致动器的装置。图21中，用于记录的介质盘200安装到主轴152上，并且通过未示出的马达，响应于来自未示出的驱动单元控制部分的控制信号在箭头A所示方向上旋转。本实施例的磁记录再现设备150也具有多个介质盘200。
用于记录和再现在介质盘200中存储的信息的磁头滑块153附接到薄膜形状的悬架154的顶端。这里，例如根据上述实施例之一的磁电阻效应元件或磁头安装在靠近磁头滑块153的顶端的部分。
当介质盘200旋转时，磁头滑块153的面向介质表面(ABS)与介质盘200的表面维持预定悬浮量。此外也可使用滑块与介质盘200接触的所谓“接触运转型”。
悬架154连接到具有用于支持未示出的驱动线圈等的绕线架部分的致动器臂155的一端。音圈电机156提供在致动器臂155的另一端，该音圈电机156是线性电机的一种。音圈电机156包括未示出的驱动线圈以及磁路，其中驱动线圈围绕致动器臂155的绕线架部分，磁路包括永磁体和设置成彼此面对的且其间夹持线圈的面向磁轭。
致动器臂155由未示出的设置在主轴157的上下部分的球轴承支撑，并且可由音圈电机156自由旋转和滑动。
图22是从盘侧观察致动器臂155前面的磁头组件的放大透视图。即，例如，磁头组件160具有致动器臂155等，该致动器臂155具有支持驱动线圈的绕线架，并且悬架154连接到致动器臂155的一端。
具有根据参考图1到20所述的前面实施例之一的磁电阻效应元件或磁头的磁头滑块153附接于悬架154的顶端。悬架154具有引线164，用于写入和读出信号。该引线164和组装到磁头滑块153的磁头的每个电极彼此电连接。图22中，参考序号165指出的是磁头组件160的电极垫片。
根据本实施例，由于提供根据参考图1到20所述的前面实施例之一的磁电阻效应元件或磁头，磁记录在介质盘200上的信息能够以比相关技术中更高的记录密度可靠地读出。
(第九实施例)
接着作为本发明第九实施例描述的是具有根据本发明的前面实施例之一的磁电阻效应元件的磁存储器。即，例如使用根据参考图1到20描述的前面实施例之一的磁电阻效应元件实现诸如磁随机存取存储器的磁存储器，该磁存储器具有以矩阵形状排列的存储器单元。
图23是表示本实施例的磁存储器的矩阵配置的示意图。
即，图23表示出该实施例的电路配置，其中存储器单元以阵列形状排列。设置列解码器350和行解码器351，以在阵列中选择一个位。通过位线334和字线332接通开关晶体管330并且惟一地选择该开关晶体管330。可通过读出放大器352的检测读出记录在形成磁电阻效应元件321的磁记录层中的位信息。
由借助于向特定写入字线323和位线322中流入写入电流所产生的磁场执行位信息的写入。
图24是表示本实施例的磁存储器的矩阵配置的另一个特例的示意图。即，在该特例的情况下，按矩阵形状布线的位线322和字线334分别由解码器360，361选择，并且选择阵列中的特定存储器单元。每个存储器单元具有串联连接磁电阻效应元件321和二极管D的结构。这里，二极管D具有防止读出电流被迂回到选择的磁电阻效应元件321以外的存储器单元中的作用。
由借助于向每个特定位线322和写入字线323中流入写入电流所产生的磁场执行写入操作。
图25是表示根据本发明的该实施例的磁存储器主要部分的截面结构的示意图。图26是沿着图25的A-A’线截取的截面图。
即，图25和图26所示的结构对应于在图23所示的磁存储器中包括的一个存储器单元。即，该存储器单元是作为随机存取存储器操作的磁存储器的一个位部分的存储器单元。该存储器单元具有存储器元件部分311和用于地址选择的晶体管部分312。
存储器元件部分311具有磁电阻效应元件321和连接于磁电阻效应元件321的一对布线322，324。磁电阻效应元件321是根据参考图1到20所述的前面实施例之一的磁电阻效应元件，并且具有层叠结构，该层叠结构中，通过提供电阻增加层RI和厚自旋过滤层SF，使得电阻绝对值高并且获得大的磁电阻效应。
当读出位信息时，读出电流在磁电阻效应元件321中流动并且其电阻变化被检测到。被钉扎层用作磁化被钉扎层，自由层用作磁记录层。
另一方面，经通路326和埋置布线328连接的晶体管330提供在晶体管部分312中以供选择。该晶体管330根据施加于栅332的电压而开关和操作，并且控制磁电阻效应元件321和布线334的电流路径的接通/关闭。
此外，写入布线323在大约垂直于布线332的方向上设置在磁电阻效应元件321下面。例如，这些写入布线322，323可由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)或包括这些元素之一的合金构成。
当位信息写入具有这种配置的存储器单元中的磁电阻效应元件321时，写入脉冲电流在写入布线322，323中流动，并且通过施加由这些电流感应的合成磁场，磁电阻效应元件的记录层的磁化适当反转。
此外，当读出位信息时，读出电流流经布线322、包括磁记录层的磁电阻效应元件321和下电极324，并且测量磁电阻效应元件321的电阻值或电阻值的变化。
在该特例的磁存储器中，通过使用根据参考图1到20所述的前面实施例之一的磁电阻效应元件得到大的负磁电阻效应。因此，甚至在单元尺寸稍有减小时，通过可靠地控制记录层的磁畴可确保可靠的写入操作，并且能够可靠地执行读出操作。
在上面描述中，参考特例描述了本发明的实施例。但是，本发明不限定于这些特例。例如，可通过从本领域技术人员公知范围中适当选择磁电阻效应膜的特定结构、电极的形状和材料、偏置施加膜、绝缘膜获得相似结果，从而实施本发明。
例如，当磁电阻效应元件配置于用于再现的磁头时，通过在元件上面和下面给予磁屏蔽可预先规定磁头的检测分辨率。
此外，与纵向磁记录系统一样，可通过类似地将本发明用于垂直磁记录系统的磁头或磁再现设备来得到类似的效果。
另外，根据本发明的实施例的磁再现设备也可设置为具有特定记录介质的所谓静态固定型。另一方面，也可使用能够替代记录介质的所谓“可拆卸”系统。
此外，在本发明的实施例所述的磁头和磁存储器再生器的基础上本领域技术人员可进行设计变更的所有磁电阻效应元件、磁头、磁存储器再生器和磁存储器也属于本发明的范围。

Claims (17)

1.一种磁电阻效应元件，包括：
磁化被钉扎层，包括其中磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性材料膜；
磁化自由层，包括其中磁化方向响应于外部磁场而改变的磁性材料膜；
非磁性金属层，设置在磁化被钉扎层和磁化自由层之间；
电阻增加层，包括绝缘部分和电连接电阻增加层的两个膜表面的导电部分，并且设置在磁化被钉扎层、磁化自由层和非磁性金属层至少之一中；
自旋过滤层，设置成与磁化自由层相邻并且具有5nm到20nm范围的厚度，磁化自由层设置在自旋过滤层和非磁性金属层之间；
一对电极，该对电极之间设置磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层和自旋过滤层，电流在该对电极之间在基本垂直于磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层和自旋过滤层的膜表面的方向上流动。
2.根据权利要求1的磁电阻效应元件，其中：
磁化被钉扎层的磁性材料膜包括铁磁材料；并且
磁化自由层的磁性材料膜包括铁磁材料。
3.根据权利要求1的磁电阻效应元件，其中：
在绝缘增加层和与其相邻的层之间形成欧姆接触。
4.根据权利要求1的磁电阻效应元件，其中：
电阻增加层的绝缘部分包括从Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta和W所构成的组中选择的一种元素的氧化物、氮化物和氟化物之一。
5.根据权利要求1的磁电阻效应元件，其中：
电阻增加层设置在磁化被钉扎层和磁化自由层至少之一中；并且
导电部分包括铁磁材料。
6.根据权利要求1的磁电阻效应元件，其中：
电阻增加层至少设置在非磁性金属层中；并且
导电部分包括非磁性金属。
7.根据权利要求1的磁电阻效应元件，其中：
自旋过滤层具有10nm到20nm范围的厚度。
8.根据权利要求1的磁电阻效应元件，其中：
自旋过滤层包括(Ni1-xFex)1-yCry合金，这里，15＜x＜25且20＜y＜45。
9.根据权利要求8的磁电阻效应元件，还包括：
保护层，与自旋过滤层相邻并且包括从Ta，Ti和Ru构成的组中选出的至少一种元素。
10.根据权利要求1的磁电阻效应元件，还包括：
与自旋过滤层相邻的保护层，其中自旋过滤层设置在保护层与磁化自由层之间。
11.根据权利要求10的磁电阻效应元件，其中：
保护层由Ta构成；并且
自旋过滤层包括从Cu、Au、Ag、Pt、Cr、Ti、Zn、Zr、Nb、Pt、Pd、Rh、Ru、Mo、Hf和(Ni1-xFex)1-yCry合金所构成的组选出的至少一种，这里，15＜x＜25且20＜y＜45。
12.根据权利要求10的磁电阻效应元件，其中：
保护层由Ti构成；并且
自旋过滤层包括从Cu、Au、Ag、Pt、Cr、Ta、Zn、Zr、Nb、Pt、Pd、Rh、Ru、Mo、Hf和(Ni1-xFex)1-yCry合金所构成的组选出的至少一种，这里，15＜x＜25且20＜y＜45。
13.根据权利要求10的磁电阻效应元件，其中：
保护层由Ru构成；并且
自旋过滤层包括从Cu、Au、Ag、Pt、Cr、Ti、Ta、Zn、Zr、Nb、Pt、Pd、Rh、Mo、Hf和(Ni1-xFex)1-yCry合金所构成的组选出的至少一种，这里，15＜x＜25且20＜y＜45。
14.根据权利要求10的磁电阻效应元件，其中：
保护层包括从Ta、Ti和Ru的组中选择的至少一种；并且
从与磁化自由层接触侧看去，自旋过滤层依次包括Cu和(Ni1-xFex)1-yCry合金的层叠结构，其中15＜x＜25且20＜y＜45。
15.根据权利要求10的磁电阻效应元件，其中：
保护层包括从Ta和Ti的组中选择的至少一种；并且
自旋过滤层包括Cu和Ru的层叠结构。
16.一种磁头，包括：
磁电阻效应元件，该磁电阻效应元件包括：
磁化被钉扎层，包括其中磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性材料膜；
磁化自由层，包括其中磁化方向响应于外部磁场而改变的磁性材料膜；
非磁性金属层，设置在磁化被钉扎层和磁化自由层之间；
电阻增加层，包括绝缘部分和电连接电阻增加层的两个膜表面的导电部分，并且设置在磁化被钉扎层、磁化自由层和非磁性金属层至少之一中；
自旋过滤层，设置成与磁化自由层相邻并且具有5nm到20nm范围的厚度，磁化自由层设置在自旋过滤层和非磁性金属层之间；以及
一对电极，该对电极之间设置磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层和自旋过滤层，电流在该对电极之间在基本垂直于磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层和自旋过滤层的膜表面的方向上流动。
17.一种磁再现设备，用于读出在磁记录介质上磁记录的信息，该设备包括：
包括磁电阻效应元件的磁头，该磁电阻效应元件包括：
磁化被钉扎层，包括其中磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性材料膜；
磁化自由层，包括其中磁化方向响应于外部磁场而改变的磁性材料膜；
非磁性金属层，设置在磁化被钉扎层和磁化自由层之间；
电阻增加层，包括绝缘部分和电连接电阻增加层的两个膜表面的导电部分，并且设置在磁化被钉扎层、磁化自由层和非磁性金属层至少之一中；
自旋过滤层，设置成与磁化自由层相邻并且具有5nm到20nm范围的厚度，磁化自由层设置在自旋过滤层和非磁性金属层之间；以及
一对电极，该对电极之间设置磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性层、电阻增加层和自旋过滤层，电流在该对电极之间在基本垂直于磁化被钉扎层、磁化自由层、非磁性金属层、电阻增加层和自旋过滤层的膜表面的方向上流动。
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