JP2000076623A - 強磁性トンネル結合素子、磁気センサ及び磁気記憶システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】強磁性トンネル接合を利用した磁気抵抗効果化
素子において、十分なＭＲ比と抵抗変化率とを両立でき
るようにすること。 【解決手段】自由磁性層/非磁性層/固定磁性層/固定さ
せる層、または、固定させる層/固定磁性層/非磁性層/
自由磁性層を基本構成とするトンネル接合素子におい
て、固定させる層にＰｔＭｎ合金をベースとする合金を
用いる。十分なＭＲ比と高い抵抗変化率とを両立させて
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性トンネル結
合素子に関し、特に、自由磁性層、非磁性非導電層、固
定磁性層、固定させる層との４層構造からなりその磁気
抵抗変化率が改良される強磁性トンネル結合素子、これ
を用いた磁気センサ及びこの磁気センサを用いた磁気記
憶システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術は、磁気抵抗（ＭＲ）センサ又
はヘッドと呼ばれる磁気読み取り変換器を開示してい
る。磁気読み取り変換器は、磁気読取素子を備えてい
る。このような磁気抵抗センサは、大きな線形密度で磁
性表面からデータを読み取ることができるセンサとして
知られている。

【０００３】このような磁気抵抗センサは、その磁気読
取素子によって感知される磁束の強さと磁束の方向との
関数として記述される抵抗変化を介して磁界信号を検出
することができる。従来技術であるこのような磁気抵抗
センサは、その読取素子の抵抗の１成分が磁化方向と素
子中を流れる感知電流の方向の間の角度の余弦の２乗に
比例して変化する異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づ
いて動作する。

【０００４】そのＡＭＲ効果は、Ｄ．Ａ．トムソン（Ｔ
ｈｏｍｐｓｏｎ）等の論文"Memory，Storage，and Rela
ted Applications" IEEE Trans. on Mag. MAG-11，p.1
039(1975)で詳しく述べられている。ＡＭＲ効果を利用
した磁気ヘッドでは、バルクハウゼンノイズを押えるた
めに、縦バイアスを印加することが多い。この縦バイア
ス印加材料として，ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ニッケル酸化
物などの反強磁性材料を用いることが有効であることが
知られている。

【０００５】さらに最近では，積層磁気センサの抵抗変
化が、非磁性層を介する磁性層間での電導（伝導）電子
のスピン依存性伝送、及び、それに付随する層界面での
スピン依存性散乱に帰されるより顕著な磁気抵抗効果
が、特開平８−７２３５号に記載されている。この磁気
抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」、「スピン・バルブ
効果」など様々な名称で呼ばれている物理的現象であ
る。このような効果を発揮する磁気抵抗センサは、適当
な材料でできており、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観
察されるよりも、感度が改善され、抵抗変化が大きい。
この種のＭＲセンサでは、非磁性層で分離された１対の
強磁性体層の間の平面内抵抗が、２つの層の磁化方向間
の角度の余弦に比例して変化する。

【０００６】１９８８年６月に優先権主張されている特
開平２−６１５７２号には、磁性層内の磁化の反平行整
列によって生じる高い磁気抵抗変化をもたらす積層磁性
構造が記載されている。積層構造で使用可能な材料とし
て、その明細書には強磁性の遷移金属及び合金が挙げら
れている。また、中間層により分離している少なくとも
２層の強磁性層の一方に固定させる層を付加した構造及
び固定させる層としてＦｅＭｎが適当であることが開示
されている。

【０００７】１９９０年１２月１１日に優先権主張され
ている特開平４−３５８３１０号には、非磁性金属体の
薄膜層によって仕切られた強磁性体の２層の薄膜層を有
し、印加磁界が零である場合に２つの強磁性薄膜層の磁
化方向が直交し、２つの非結合強磁性体層間の抵抗が２
つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例して変化し、セ
ンサ中を通る電流の方向とは独立な磁気抵抗センサが開
示されている。

【０００８】１９９０年８月２２日に出願されている特
開平４−１０３０１４号には、強磁性トンネル接合素子
が開示されている。この強磁性トンネル接合素子は、強
磁性層に他の中間層が挿入された多層膜として形成さ
れ、少なくとも一層の強磁性層に反強磁性体からのバイ
アス磁界が印加されることを開示し、強磁性トンネル効
果膜に関して記載している。また、トンネル接合素子の
反強磁性層としてＦｅＭｎを用いた例が、日本応用磁気
学会学術講演集、１９９６年、１３５４ページに記載さ
れている。

【０００９】公知の強磁性磁気抵抗効果型素子の基本的
積層構成の１つは、図１５に示されるように（特開平１
０−９１９２１号参照）、自由磁性層、非磁性層、固定
磁性層、固定磁性層の磁化方向を固定させる固定させる
層との４層構成である。公知提案のトンネル接合素子で
は、固定させる層にＦｅＭｎが用いられることが推奨さ
れている。ＦｅＭｎは、下地層として良好な（１１１）
配向性を持つＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ/ＣｏＦｅ２2層膜、も
しくはＮｉＦｅ/Ｃｏ2層膜など（以下、ＦｅＭｎで代表
させる）を用いない限り、その交換結合膜として良好な
特性を示さず、更に、その固定磁性層に十分な交換結合
磁界を付与することができなかった。

【００１０】このようなＮｉＦｅ層が良好な（１１１）
配向性を示すためには、更に、下地層としてＴａ、Ｚ
ｒ、Ｃｕなどといった金属材料を用いることが必要であ
った。このため、自由磁性層/非磁性層/固定磁性層/固
定させる層という構成の磁気トンネル効果素子の固定磁
性層としてＮｉＦｅを用いると、強磁性トンネル接合を
実現するためには、トンネル電流を出現させるための本
質的な理由により、必然的に非磁性非導電膜が下地層と
して配置されるので、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｕなどといった金
属材料を用いる余地がなく（ＮｉＦｅ層と非磁性層の間
にＴａ金属層を介設すればトンネル素子がえられな
い）、結果として、十分な交換結合磁界を得ることがで
きず、得られたトンネル素子の磁気抵抗の変化率（以
下、磁気抵抗変化率又は単に変化率という）が小さく実
用化が困難であった。

【００１１】また、固定させる層/固定磁性層/非磁性層
/自由磁性層という逆順序の構成を採用しても、同様の
理由により固定させる層の更に下部にＴａ、Ｚｒ、Ｃｕ
などといった金属材料層とＮｉＦｅ層を順次積層しなけ
ればならなかった。このような積層構造は、膜厚の増大
による非磁性層と磁性層との界面のラフネス増大につな
がり、磁気抵抗比（変化率）の低下を招く結果となって
いる。

【００１２】自由磁性層/非磁性層/固定磁性層/固定さ
せる層の４層構造の今後の磁気抵抗効果型トンネル素子
は、十分に大きい交換結合磁界が印加され、十分な磁気
抵抗比と抵抗変化率とが両立するものであることが求め
られる。ＦｅＭｎとその下地層との物性に関する知見
が、既出の特開平１０−９１９２１号で述べられてい
る。これは、図１５の４層のうちの第２層に相当するも
のが、非磁性導電性層であり、強磁性トンネル接合素子
として開示されていない。強磁性トンネル接合素子の４
層構造の固定させる層のために好適な物性を持った材料
は、これが新たに見出されることが求められる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、自由
磁性層、非磁性層、固定磁性層、固定させる層とからな
る４層構成の磁気抵抗変化率がより高い強磁性トンネル
結合素子、これを用いた磁気センサ、磁気記憶システム
を提供することにある。本発明の他の課題は、固定させ
る層の下地の材料の選択がより自由な強磁性トンネル結
合素子、これを用いた磁気センサ、磁気記憶システムを
提供することにある。本発明の更に他の課題は、４層の
うちの固定磁性層に十分に大きい交換結合磁界を印加し
て素子として実用化が可能な強磁性トンネル結合素子、
これを用いた磁気センサ、磁気記憶システムを提供する
ことにある。本発明の更に他の課題は、磁気抵抗変化率
が十分に高い強磁性トンネル結合素子、これを用いた磁
気センサ、磁気記憶システムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による強磁性トン
ネル結合素子は、自由磁性層と、前記自由磁性層の一面
側に形成される非磁性層と、前記非磁性層の一面側に形
成される固定磁性層と、前記固定磁性層の一面側に形成
される固定させる層とからなり、前記非磁性層は前記自
由磁性層と前記固定磁性層との間に配置され、前記固定
磁性層は、前記非磁性層と前記固定させる層との間に配
置され、前記非磁性層は非導電性であり、前記固定させ
る層はＰｔＭｎ合金をベースとする合金で形成されてい
る。

【００１５】このような自由磁性層/非磁性層/固定磁性
層/固定させる層、または、固定させる層/固定磁性層/
非磁性層/自由磁性層を基本構成とするトンネル接合素
子において、固定させる層にＰｔＭｎ合金をベースとす
る合金を用いることにより、ＰｔＭｎは、必ずしも良好
な（１１１）配向性を持つＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ/ＣｏＦ
ｅ2層膜、もしくはＮｉＦｅ/Ｃｏ2層膜のような下地を
用いなくても、固定磁性層に十分に大きな交換結合磁界
を印加することができる。

【００１６】なぜＰｔＭｎ層がＦｅＭｎ層に比べて磁性
層に高い抵抗変化率を持たせるのか、即ち、ＰｔＭｎ
は、ＦｅＭｎと比較して下地層を選ばずなぜ十分に大き
いＨｅｘが印加されるのか、その理由は、現在、物理的
にも経験則的にも分かっていない。

【００１７】このように、非導電の非磁性層を介して形
成される２磁性層により、トンネル結合素子が形成され
ている。固定させる層に用いられているＰｔＭｎ層は、
これに接する層である下地層の配向性に影響を受けにく
い。このため、固定させる層がＰｔＭｎ層である本発明
によるトンネル結合素子は、固定させる層がＦｅＭｎ層
である従来のトンネル結合素子に比べて、その磁気抵抗
変化率が高い。

【００１８】このように磁気抵抗変化率が高い強磁性ト
ンネル結合素子を用いて、磁気センサを製作することが
できる。本発明による強磁性トンネル結合素子を用いた
磁気センサは、既述の本発明による強磁性トンネル結合
素子の４層構造に上下のシールド層を追加することによ
り形成することができる。基板の一面側に形成される下
シールド層と、自由磁性層の一面側に形成される上シー
ルド層とが追加され、その固定させる層は、固定磁性層
と下シールド層との間に配置される。

【００１９】この場合、下シールド層、強磁性トンネル
接合素子とは、パターン化さていることが好ましい。更
に、強磁性トンネル接合素子の端部に接する縦バイアス
層、その縦バイアス層の一面側に形成される下電極層と
が慣用上追加されることになる。

【００２０】このような既述の磁気センサは、ヨーク、
強磁性トンネル結合素子を通る電流を発生させるための
発生手段、検出される磁界の関数として強磁性トンネル
結合素子の磁気抵抗の変化率を検出するための検出手
段、磁気抵抗を検出するための磁気抵抗検出手段からな
る磁気記憶システムが構築され、データを記録する複数
のトラックを備える磁気記憶手段、磁気記憶手段にその
データを記憶させるための磁気記録手段、その磁気記録
手段及び磁気抵抗検出手段を複数のトラックのうちから
選択されるトラックへ移動させるための移動手段とが更
に追加されて、新規且つ有用な磁気記録システムが構築
されることになる。

【００２１】表１及び表2に下地層/固定させる層/Ｎｉ
Ｆｅ層（１０ｎｍ)及び下地層/ＮｉＦｅ層（１０ｎｍ）
/固定させる層という構成において、下地に種々の材料
を用いた場合にＰｔＭｎ層からＮｉＦｅ層へ印加される
交換結合磁界Ｈｅｘの値を示している。ＮｉＦｅ層とし
てはＮｉ８２Ｆｅ１８（組成はターゲットの組成ａｔ％
（以下すべて同じ））、固定させる層としてはＰｔ４６
Ｍｎ５４（２５ｎｍ）及びＦｅ５０Ｍｎ５０（１０ｎ
ｍ）を用いた。作成にはDCマグネトロンスパッタ装置を
用いた。成膜電流は０．１Ａ、成膜ガス圧は２Ｔｏｒｒ
である。ＰｔＭｎを用いた場合はいずれの場合も十分な
大きさのＨｅｘの値が得られていることがわかる。

【００２２】

【表1】下地層/固定させる層/ＮｉＦｅ層（１０ｎｍ）
という構成における交換結合磁界Ｈｅｘ(Ｏｅ)(固定さ
せる層がＰｔＭｎ、ＦｅＭｎである場合の比較。かっこ
内は膜厚（ｎｍ）） 下地層種類：ＰｔＭｎ：ＦｅＭｎ； Ta(3)/Ni82Fe18(3) ：２００：１００； Zr(3)/ Ni82Fe18 (3) ：１９０：１９０； W(3)/ Ni82Fe18 (3)：１８０：９０； Ta(3)/ Ni82Fe18 (3)/Co90Fe10(2)：１８０：８５； Ta(3)/ Ni82Fe18 (3)/Co(2)１７０：８０； Ni82Fe18(3)：１６０：１０； Ta(3)：１８０：０； Zr(3) ：１７０：０； W(3) ：１６０：０； Al2O3(3)：１６０：０； SiO2(3) ：１６０：０； Al2O3(3)/ Ni82Fe18 (3)：１８０：５； SiO2(3)/ Ni82Fe18 (3) ：１７０：５； 下地無し：１５０：０；

【００２３】

【表２】下地層/ＮｉＦｅ層(10nm)/固定させる層という
構成における交換結合磁界Ｈｅｘ(Ｏｅ)(固定させる層
がＰｔＭｎとＦｅＭｎの場合の比較。（）内は膜厚（ｎ
ｍ）） 下地層種類：ＰｔＭｎ：ＦｅＭｎ； Ta(3)：１９０：０； Zr(3) ：１８０：０； W(3) ：１６０：０； Al2O3(3) ：１７０：０； SiO2(3) １６０：０； 下地無し：１６０：０；

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による強磁性トン
ネル結合素子の実施の形態を示し断面図である。その強
磁性トンネル結合素子１０は、上層から下層に順番に、
自由磁性層１と、自由磁性層１の一面側に形成される非
磁性層２と、非磁性層２の一面側に形成される固定磁性
層３と、固定磁性層３の一面側に形成される固定させる
層４とからなる。

【００２５】層の順番を正確にいえば、非磁性層２は自
由磁性層１と固定磁性層３との間に配置され、固定磁性
３層は、非磁性層２と固定させる層４との間に配置され
る。トンネル接合をうるために、非磁性層２は非導電層
であり、非磁性層２は以下、非磁性非導電性層といわれ
る。固定させる層４は、特に、ＰｔＭｎ合金をベースと
する合金が多様な材料の中から選択されて採択されてい
る。

【００２６】図２は、このような４層積層構造の強磁性
トンネル結合素子（磁気抵抗効果素子１０ともいう）を
より具体的に更に多層化したシールド型磁気抵抗効果化
素子を示し、断面図である。このようなタイプ（シール
ド型）の磁気抵抗効果化素子は、基体５を備えている。
基体５上に下シールド層６と下電極層７とが形成されて
いる。下シールド層６の上面に、磁気抵抗効果素子（強
磁性トンネル結合素子）１０が形成されている。強磁性
トンネル結合素子１０の上面に、上電極層９、上シール
ド層８が積層されている。

【００２７】磁気抵抗効果素子１０は、ＰＲ工程により
適当な大きさ、形状にパターン化されている。その両端
部には、図３に示されるように、縦バイアス層１１が強
磁性トンネル結合素子１０に接して形成されている。縦
バイアス層１１は、図４に示されるように、その一部が
強磁性トンネル結合素子１０に接し、又は、その一部が
強磁性トンネル結合素子１０に重合するように形成され
配置されることができる。

【００２８】図２のタイプの下シールド層６としては、
ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、Ｃｏ
ＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴ
ａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、Ｃｏ
ＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、
ＦｅＡｌＳｉ、窒化鉄系材料等を用いることができ、膜
厚は０．３〜１０μｍの範囲で適用可能である。下電極
７および上電極９としては、Ｚｒ、Ｔａ、Ｍｏからなる
単体もしくは合金もしくは混合物が望ましい。膜厚範囲
は０．０１〜０．１０μｍであることが好ましい。

【００２９】縦バイアス層１１としては、ＣｏＣｒＰ
ｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＦｅＭｎ、Ｎ
ｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭ
ｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化物、鉄酸化物、Ｎｉ酸化物とＣ
ｏ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、
Ｎｉ酸化物／Ｃｏ酸化物２層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化
物２層膜等を用いることができる。

【００３０】上シールド層８には、ＮｉＦｅ、ＣｏＺ
ｒ、又は、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、
ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴ
ａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、
ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳ
ｉ、窒化鉄系材料等を用いることができ、膜厚は０．３
〜１０μｍの範囲で適用可能である。

【００３１】図５は、本発明による強磁性トンネル結合
素子１０を適用した磁気センサのヨーク型ヘッドを示
し、断面図である。ヨーク型ヘッド１０’は、強磁性体
基板５’を備えている。基板５’には 溝１２が形成さ
れている。溝１２は、非磁性絶縁体１３で埋められ充填
されている。強磁性体基板５’には、ＭｎＺｎ、フェラ
イト、ＭｎＺｎフェライト、ＭｇＺｎフェライトが用い
られうる。非磁性絶縁体１３には、アルミナ、ＳｉＯ
２、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンドラ
イクカーボンが用いられうる。

【００３２】非磁性絶縁体１３の上面に、下非磁性層１
４が形成されている。下非磁性層１４の上面に、下電極
１５／下磁極１６が形成されている。下電極１５／下磁
極１６の上面側に磁気抵抗効果素子１０が形成されてい
る。下非磁性層１４の上面に上非磁性層１７が形成され
ている。上非磁性層１７及び強磁性トンネル結合素子１
０の上面に、上磁極１９／上電極２１が形成されてい
る。

【００３３】下電極１５、上電極２１には、Ａｕが用い
られている。下磁極１６、上磁極１９には、ＮｉＦｅ、
ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、
ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴ
ａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、
ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳ
ｉ、窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェ
ライト、ＭｇＺｎフェライトが用いられうる。

【００３４】磁気抵抗効果化素子１０の端部には、磁気
抵抗効果素子磁区制御用の縦バイアス層１１が、図３，
４で既述したように、強磁性トンネル結合素子１０に接
して又は強磁性トンネル結合素子１０に一部が重合し
て、形成されている。縦バイアス層１１には、ＣｏＣｒ
Ｐｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＦｅＭｎ、
ＮｉＭｎ、Ｎｉ酸化物、ＮｉＣｏ酸化物、ＩｒＭｎ、Ｐ
ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎが用いられうる。

【００３５】図６は、本発明による強磁性トンネル結合
素子１０を適用した磁気センサのフラックスガイド型ヘ
ッドを示し、断面図である。フラックスガイド型ヘッド
は、基体５を備えている。基体５の上面に、下シールド
層２２が形成されている。下シールド層２２には、Ｎｉ
Ｆｅ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒ
Ｎｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、
ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆ
Ｐｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、Ｆｅ
ＡｌＳｉ、窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺ
ｎフェライト、ＭｇＺｎフェライトが用いられうる。

【００３６】下シールド層２２の上面に下電極２３／下
磁極２４が形成されている。下電極２３には、Ａｕが用
いられている。下磁極２４には、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ、
又は、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、Ｃｏ
Ｚ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨ
ｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、Ｃｏ
ＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳｉ、
窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライ
ト、ＭｇＺｎフェライトが用いられうる。

【００３７】下電極２３／下磁極２４の上面に、磁気抵
抗効果素子１０が形成されている。下電極２３／下磁極
２４は、強磁性トンネル結合素子１０にオーバーラップ
して形成されている。強磁性トンネル結合素子１０の上
面に、上磁極２５／上電極２６が形成されている。上磁
極２５／上電極２６の材料は、下磁極、下電極の材料に
同じである。上磁極２５／上電極２６の上面に、上シー
ルド層２７が形成されている。

【００３８】上シールド層２７には、ＮｉＦｅ、ＣｏＺ
ｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺ
ｒ、ＣｏＺｒＴａ,ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨ
ｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、Ｃｏ
ＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳｉ、
窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライ
ト、ＭｇＺｎフェライトが用いられうる。

【００３９】磁気抵抗効果化素子１０の端部には、磁気
抵抗効果素子磁区制御用の縦バイアス層１１が、図３，
４で既述したように、強磁性トンネル結合素子１０に接
して又は強磁性トンネル結合素子１０に一部が重合し
て、形成されている。縦バイアス層１１には、ＣｏＣｒ
Ｐｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＦｅＭｎ、
ＮｉＭｎ、Ｎｉ酸化物、ＮｉＣｏ酸化物、ＩｒＭｎ、Ｐ
ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎが用いられうる。

【００４０】このようなシールド型素子、ヨーク型素
子、フラックスガイド型素子とは、インダクティブコイ
ルによる書き込みヘッド部を形成させることにより，記
録再生一体型ヘッドとして用いることができるようにな
る。図７は、そのような記録再生ヘッドの概念図であ
る。記録再生ヘッド１００は、本発明による素子１０を
用いた再生ヘッド、インダクティブ型の記録ヘッドとか
らなる。

【００４１】ここでは長手磁気記録用の記録ヘッドの搭
載例が示されている。本発明による磁気抵抗効果素子１
０を垂直磁気記録用ヘッドと組み合わせて垂直記録に用
いることができる。図には、シールド型素子が示されて
いるが、ヨーク型素子およびフラックスガイド型素子に
も適用することもできる。

【００４２】再生ヘッド４１は、基体上面側の下シール
ド／下電極４２、磁気抵抗効果素子１０、上シールド／
上電極４３とからなる。磁気抵抗効果素子１０は、下シ
ールド／下電極４２と上シールド／上電極４３との間に
配置されている。記録ヘッド４４は、磁極４５(上シー
ルド／上電極と兼用されている)、コイル４６、上磁極
４７とからなる。コイル４６は、磁極４５と上磁極４７
との間に配置されている。上シールド／上電極４３の上
部シールド（膜）と磁極４５の下部磁性膜とは共通でよ
いが、これらは別々に設けられることができる。

【００４３】このようなヘッドは、記録媒体上に信号を
書き込み、記録媒体から信号を読み取ることができる。
再生ヘッド４１の感知部分と記録ヘッド４４の磁気ギャ
ップとをこのように同一スライダ上に重ねた位置に形成
することにより、同トラックに同時に位置決めすること
ができる。このようなヘッドをスライダに加工して磁気
記録再生装置に搭載する。

【００４４】図８は、本発明による磁気抵抗効果素子１
０を用いた磁気記録再生装置を示し、概念図である。ヘ
ッドスライダーを兼ねる基板上に、既述の積層構造と同
じく、下シールド／下電極５１、磁気抵抗効果素子１
０、上シールド／上電極５２を形成し、このような３層
構造体を記録媒体５３上に位置決めして再生を行う。

【００４５】記録媒体５３は回転し、ヘッドスライダー
は記録媒体５３の上を０．２μｍ以下の高さ、又は、接
触状態で対抗して相対運動する。このような構造は、磁
気抵抗効果素子１０が記録媒体５３に記録された磁気的
信号をその漏れ磁界５４から読み取ることのできる位置
に磁気抵抗効果素子１０を位置づけて設定することがで
きる。

【００４６】磁気抵抗効果素子は、以下の積層構成から
選択することができる。 （１）基体／下地層／フリー磁性層／非磁性層／固定磁
性層／固定させる層／保護層 （２）基体／下地層／フリー磁性層／第1MRエンハンス
層／非磁性層／固定磁性層／固定させる層／保護層 （３）基体／下地層／フリー磁性層／非磁性層／第2MR
エンハンス層／固定磁性層／固定させる層／保護層 （４）基体／下地層／フリー磁性層／第1MRエンハンス
層／非磁性層／第2MRエンハンス層／固定磁性層／固定
させる層／保護層 （５）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／非磁
性層／フリー磁性層／保護層 （６）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／第1M
Rエンハンス層／非磁性層／フリー磁性層／保護層 （７）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／非磁
性層／第2MRエンハンス層／フリー磁性層／保護層 （８）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／第1M
Rエンハンス層／非磁性層／第２ＭＲエンハンス層／フ
リー磁性層／保護層

【００４７】金属下地層としては、Ｚｒ又はＺｒに他元
素を添加した材料を用いることができる。添加元素とし
ては、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐ
ｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖ等が適当であ
る。

【００４８】フリー（自由）磁性層としては、ＮｉＦ
ｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、
ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴ
ａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨ
ｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、
ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金またはアモルファス磁性材料から
随意に選択して用いることができる。

【００４９】非磁性非導電層としては、金属酸化物、窒
化物、酸化物と窒化物の混合物もしくは金属／酸化物２
層膜、金属／窒化物２層膜、金属／（酸化物と窒化物と
の混合物）２層膜から随意に選択して用いることができ
る。Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、または、Ｓ
ｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａのグループからなる酸化物および
窒化物の単体もしくは混合物、または、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚ
ｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、
Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐ
ｄ、Ｎｂ、Ｖ、Ｙのグループの少なくとも１つの元素か
らなる単体もしくは合金を上記酸化物および窒化物の単
体もしくは混合物と組み合わせた２層膜が有力な候補と
なる。

【００５０】第１および第２ＭＲエンハンス層として
は、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等、またはＣｏＦｅ
Ｂ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒ
Ｔａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨ
ｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、
ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金またはアモルファス磁性材料を用
いることができる。ＭＲエンハンス層を用いない場合
は，用いた場合に比べて若干ＭＲ比が低下するが、用い
ない分だけ作製に要する工程数が低減する。

【００５１】固定磁性層としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅを
ベースにするグループからなる単体、合金、または積層
膜を用いることができる。固定させる層としては、Ｐｔ
ＭｎもしくはＰｔＭｎにＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａを添加した材料を用いる
ことができる。

【００５２】. 保護層としては、金属、酸化物、窒化
物、酸化物と窒化物の混合物もしくは金属／酸化物２層
膜、金属／窒化物２層膜、金属／（酸化物と窒化物との
混合物）２層膜を用いることができる。Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、または、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔ
ａのグループからなる酸化物および窒化物の単体もしく
は混合物、または、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚ
ｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖ、
Ｙのグループの少なくとも１つの元素からなる単体もし
くは合金を上記酸化物および窒化物の単体もしくは混合
物と組み合わせた２層膜が有力な候補となる。

【００５３】［比較例］従来と同じＦｅＭｎを固定させ
る層に用いて磁気抵抗効果膜を作成した。膜構成は、ガ
ラス基板／Ta(3nm)/Ni82Fe18(6nm)/Co90Fe10(1nm)/Al酸
化物(2nm)/Co90Fe10(3nm)/Fe50Mn50(10nm)/Ta(3nm)であ
る。（）内の記載は、膜厚である。成膜にはDCマグネト
ロンスパッタ装置を用いた。成膜電流は０．１Ａ、成膜
ガス圧は２ｍｍＴｏｒｒである。Al酸化物の形成は、ま
ず２ｎｍのAl膜を形成し、膜形成後に背圧が２＊１０
［−９］Ｔｏｒｒ（［］の中の−９は、マイナス９乗を
示す、以下同様）の真空チャンバー内において４＊１０
［−４］Ｔｏｒｒのガス圧になるまで純Ｏ２を導入し1
時間保持することによりAｌを自然酸化させた。

【００５４】図９はこの磁気抵抗効果膜のM−Hループを
示す。反転磁界が完全に２段にはなっておらず、固定さ
せる層４から固定磁性層３へきちんと交換結合磁界Ｈｅ
ｘが付与されていないことがわかる。Ｈｅｘの値は１０
Ｏｅ程度であった。図１０は、そのR−Hループを示す。
その抵抗変化率は４％であった。

【００５５】［実施例］ ガラス基板／Ta(3nm)/Ni82Fe18(6nm)/Co90Fe10(1nm)/Al
酸化物 (2nm)/Co90Fe10(3nm)/Pt46Mn54(25nm)/Ta(3nm)という構
成で磁気抵抗効果膜を作成した。作成にはDCマグネトロ
ンスパッタ装置を用いた。成膜電流は０．１Ａ、成膜ガ
ス圧は２ｍｍＴｏｒｒである。Al酸化物の形成は、まず
２ｎｍのAl膜を形成し、膜形成後に背圧が２＊１０［−
９］Ｔｏｒｒの真空チャンバー内において４＊１０［−
４］Ｔｏｒｒのガス圧になるまで純Ｏ２を導入し１時間
保持することにより、Ａlを自然酸化させた。成膜後
に、５００Ｏｅの直流磁界中において、２５０℃、５時
間で熱処理を施した。

【００５６】図１１は、この磁気抵抗効果膜のＭ−Ｈル
ープを示す。反転磁界が２段になっており固定させる層
から固定磁性層へきちんと交換結合磁界が付与されてい
ることがわかる。図１２はＲ−Ｈループを示す。抵抗変
化率は２３％であった。

【００５７】次に下地層の種類を変えて、従来のＦｅＭ
ｎ及び本発明によるＰｔＭｎを固定させる層に用いて、
Ｈｅｘ及びＭＲ比を比較した。膜構成（表３）は、ガラ
ス基板／下地層/Ni82Fe18(6nm)/Co90Fe10(1nm)/Al酸化
物(2nm)/Co90Fe10(3nm)/反強磁性層/Ta(3nm)という構成
で磁気抵抗効果膜を作成した。反強磁性層にはFe50Mn50
(10nm)及びPt46Mn54(25nm)を用いた。その作成にはDCマ
グネトロンスパッタ装置を用いた。成膜電流は０．１
Ａ、成膜ガス圧は２ｍｍＴｏｒｒである。

【００５８】Ａｌ酸化物の形成は、まず２ｎｍのＡｌ膜
を形成し、膜形成後に背圧が２＊１０［−９］Ｔｏｒｒ
の真空チャンバー内において4＊１０［−４］Ｔｏｒｒ
のガス圧になるまで純Ｏ２を導入し1時間保持すること
によりＡｌを自然酸化させた。ＰｔＭｎの場合は、成膜
後に５００Ｏｅの直流磁界中において、２５０℃、５時
間で熱処理を施した。ＦｅＭｎの場合は成膜後の処理は
行わなかった。

【００５９】

【表３】種々の下地層を用いた場合の磁気抵抗効果膜の
交換結合磁界Ｈｅｘ及びＭＲ(固定させる層がＰｔＭｎ
とＦｅＭｎの場合の比較。（）内は膜厚（ｎｍ）） 下地層種類：Ｈｅｘ：ＭＲ比（ＰｔＭｎ）：Ｈｅｘ：Ｍ
ｒ比（ＦｅＭｎ）； Ta(3)：４３０：２３：１０：４； Zr(3)：４２０：２０：８：３； W(3)：４４０：２１：６：２； Hf(3)：４１０：２２：８：２； Y(3)：４００：２１：６：３； Al酸化物(3)：４２０：２２：０：０．４； Si酸化物(3)：４１０：２１：０：０．３； Al窒化物(3)：４２０：２２：０：０．４； Si窒化物(3)：４１０：２２：０：０．４； 下地無し：４２０：１８：０：０．４；

【００６０】次に、膜構成を変えて、従来と同じＦｅＭ
ｎを固定させる層に用いて磁気抵抗効果膜を作成した。
その膜構成は、ガラス基板／Ta(3nm)／Fe50Mn50(10nm／
Co90Fe10(3nm)／AlAl酸化物(2nm)／ Co90Fe10(1nm)／ N
i82Fe18(6nm)／Ta(3nm)である。成膜にはDCマグネトロ
ンスパッタ装置を用いた。成膜電流は０．１Ａ、成膜ガ
ス圧は２ｍｍＴｏｒｒである。Ａｌ酸化物の形成は、ま
ず２ｎｍのＡｌ膜を形成し、膜形成後に背圧が２＊１０
［−９］Ｔｏｒｒの真空チャンバー内において４＊１０
［−４］Ｔｏｒｒのガス圧になるまで純Ｏ２を導入し１
時間保持することにより、Ａｌを自然酸化させた。図１
３はR−Hループを示す。抵抗変化率は１２％であった。

【００６１】更に、ガラス基板／Ta(3nm)／Pt46Mn54(25
nm)/Co90Fe10(3nm)／Ａｌ酸化物(2nm)/Co90Fe10(1nm)/N
i82Fe18(6nm)/Ta(3nm)という構成で磁気抵抗効果膜を作
成した。作成にはＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い
た。成膜電流は０．１Ａ、成膜ガス圧は２ｎｍＴｏｒｒ
である。Ａｌ酸化物の形成は、まず２ｎｍのＡｌ膜を形
成し、膜形成後に背圧が２＊１０［−９］Ｔｏｒｒの真
空チャンバー内において４＊１０［−４］Ｔｏｒｒのガ
ス圧になるまで純Ｏ２を導入し、1時間保持することに
より、Ａｌを自然酸化させた。成膜後に、５００Ｏｅの
直流磁界中において、２５０℃、５時間で熱処理を施し
た。図１４はそのR−Hループを示す。抵抗変化率は２1
％であった。

【００６２】次に、下地層の種類を変えて、従来のＦｅ
Ｍｎ及び本発明によるＰｔＭｎを固定させる層に用い
て、Ｈｅｘ及びＭＲ比を比較した。膜構成（表４）は、
ガラス基板／反強磁性層/Co90Fe10(3nm)／Ａｌ酸化物(2
nm)／Co90Fe10(1nm)／Ni82Fe18(6nm)/Ta(3nm)という構
成である。反強磁性層には、Fe50Mn50(10nm)及びPt46Mn
54(25nm)を用いた。作成にはDCマグネトロンスパッタ装
置を用いた。成膜電流は０．１Ａ、成膜ガス圧は２ｍｍ
Ｔｏｒｒである。Ａｌ酸化物の形成は、まず２ｎｍのＡ
ｌ膜を形成し、膜形成後に背圧が２＊１０［−９］Ｔｏ
ｒｒの真空チャンバー内において４＊１０［−４］Ｔｏ
ｒｒのガス圧になるまで純Ｏ２を導入し1時間保持する
ことにより、Ａｌを自然酸化させた。ＰｔＭｎの場合
は、成膜後に５００Ｏｅの直流磁界中において、２５０
℃、５時間で熱処理を施した。ＦｅＭｎの場合は成膜後
の処理は行わなかった。

【００６３】

【表４】種々の下地層を用いた場合の磁気抵抗効果膜の
交換結合磁界Ｈｅｘ及びＭＲ比(固定させる層がＰｔＭ
ｎとＦｅＭｎの場合の比較。（）内は膜厚（ｎｍ）） 下地層種類：Ｈｅｘ：ＭＲ比（ＰｔＭｎ）：Ｈｅｘ：Ｍ
ｒ比（ＦｅＭｎ）； Ta(3)：４２０：２２：２６０：１２； Zr(3)：４１０：２１：２５０：１１； W(3)：４３０：２２：２４０：１１； Hf(3)：４２０：２２：２２０：１０； Y(3)：４１０：２１：１８０：１０； Al酸化物(3)：４２０：２１：０：０．４； Si酸化物(3)：４２０：２２：０：０．３； Al窒化物(3)：４３０：２１：０：０．３； Si窒化物(3)：４２０：２１：０：０．４； 下地無し：３６０：１７：０：０．４；

【００６４】図２のタイプのシールド型素子に本発明の
磁気抵抗効果化素子を適用した。このとき，下シールド
層としてはＮｉＦｅを用いた。磁気抵抗効果膜として
は、Ta(3nm)/Pt46Mn54(25nm)/Co90Fe10(3nm)／ Ａｌ酸化物(2nm)/Co90Fe10(3nm)/Pt46Mn54(25nm)/Ta(3n
m)を用いた。膜形成後には、２５０゜Ｃ、５時間の熱処
理を成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界
を印加しつつ行った。磁気抵抗効果膜はフォトレジスト
工程により１×１μｍの大きさに加工して磁気抵抗効果
素子とした。パターン化された膜端部に接するようにＣ
ｏＣｒＰｔを積層した。上シールド層としてはＮｉＦｅ
を用いた。このヘッドを図６のような記録再生一体型ヘ
ッドに加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体
上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラック
幅は１．５μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み
込みトラック幅は１．０μｍとした。書き込みヘッド部
のコイル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２５０
℃、２時間とした。

【００６５】この工程により本来は素子高さ方向を向い
ていなければならない固定層および固定させる層の磁化
方向が回転し、磁気抵抗効果化素子として正しく動作し
なくなったので、再生ヘッド部及び記録ヘッド部作成終
了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱
処理を行った。この着磁熱処理による自由磁性層の磁化
容易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観
測されなかった。媒体の保磁力は２．５ｋＯｅとした。
記録マ−ク長を変えて再生出力を測定した。この時の記
録再生出力は２．５ｍＶ、Ｓ／Ｎは２９ｄＢ、再生出力
が半減するマーク長(周波数)は２３７ｋＦＣｌ、ビット
エラーレートは１０［−６］以下であった。再生波形の
対称性も良好であった。

【００６６】図５のタイプのヨーク型素子における磁気
抵抗効果素子に本発明の磁気抵抗効果化素子を適用し
た。このとき、基体にはＭｎＺｎフェライト、非磁性絶
縁体には酸化Ｓｉ、下非磁性層および上非磁性層にはAl
酸化物、電極にはＡｕ、磁極にはTa(3nm)とNiFe(10nm)
とを交互に積層してトータルの厚みを２００ｎｍにした
膜を用いた。磁気抵抗効果膜としては、 Ta(3nm)/Ni82Fe18(6nm)/Co90Fe10(1nm)/ Al酸化物(2nm)/Co90Fe10(3nm)/Pt46Mn54(25nm)/Ta(3nm) を用いた。膜形成後には２５０℃、５時間の熱処理を成
膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界を印加
しつつ行った。磁気抵抗効果膜はフォトレジスト工程に
より１×１μｍの大きさに加工して磁気抵抗効果素子と
した。パターン化された膜端部に接するようにＣｏＣｒ
Ｐｔを積層した。このヘッドを図７のような記録再生一
体型ヘッドに加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ
系媒体上にデータを記録再生した。

【００６７】この際、書き込みトラック幅は１．５μ
ｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み込みトラック
幅は１．０μｍとした。書き込みヘッド部のコイル部作
成時のフォトレジスト硬化工程は２５０℃、２時間とし
た。この工程により本来は素子高さ方向を向いていなけ
ればならない固定層及び固定させる層の磁化方向が回転
し、磁気抵抗効果化素子として正しく動作しなくなった
ので、再生ヘッド部及び記録ヘッド部作成終了後に、２
００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱処理を行っ
た。

【００６８】この着磁熱処理による自由磁性層の磁化容
易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測
されなかった。媒体の保磁力は２．５ｋＯｅとした。記
録マ−ク長を変えて再生出力を測定した。この時の記録
再生出力は３．０ｍＶ、Ｓ／Ｎは３５ｄＢ、再生出力が
半減するマーク長(周波数)は２７５ｋＦＣｌ、ビットエ
ラーレートは１０［−６］以下であった。再生波形の対
称性も良好であった。

【００６９】図６のタイプのフラックスガイド型素子に
本発明の磁気抵抗効果素子を適用した。このとき、下シ
ールドおよび上シールドにはＮｉＦｅを、電極にはＡ
ｕ、磁極にはTa(3nm)とNiFe(10nm)とを交互に積層して
トータルの厚みを２００ｎｍにした膜を用いた。磁気抵
抗効果膜としては、 Ta(3nm)/Ni82Fe18(6nm)/Co90Fe10(1nm) /Al酸化物(2nm)/Co90Fe10(3nm)/Pt46Mn54(25nm)/Ta(3n
m) 膜を用いた。膜形成後には２５０℃、５時間の熱処理を
成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界を印
加しつつ行った。磁気抵抗効果膜はフォトレジスト工程
により１×１μｍの大きさに加工して磁気抵抗効果素子
とした。パターン化された膜端部に接するようにＣｏＣ
ｒＰｔを積層した。

【００７０】このヘッドを図７のような記録再生一体型
ヘッドに加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒
体上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラッ
ク幅は１．５μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読
み込みトラック幅は１．０μｍとした。書き込みヘッド
部のコイル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２５０
℃、２時間とした。

【００７１】この工程により本来は素子高さ方向を向い
ていなければならない固定層及び固定させる層の磁化方
向が回転し、磁気抵抗効果化素子として正しく動作しな
くなったので、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成終
了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱
処理を行った。この着磁熱処理による自由磁性層の磁化
容易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観
測されなかった。媒体の保磁力は２．５ｋＯｅとした。
記録マ−ク長を変えて再生出力を測定した。この時の記
録再生出力は１．８ｍＶ、Ｓ／Ｎは２７ｄＢ、再生出力
が半減するマーク長(周波数)は２８０ｋＦＣｌ、ビット
エラーレートは１０［−６］以下であった。再生波形の
対称性も良好であった。

【００７２】次に本発明を適用して試作された磁気ディ
スク装置の説明をする。磁気ディスク装置はベース上に
３枚の磁気ディスクを備え、ベース裏面にヘッド駆動回
路及び信号処理回路と入出力インターフェイスとを収め
ている。外部とは３２ビットのバスラインで接続され
る。磁気ディスクの両面には６個のヘッドが配置されて
いる。ヘッドを駆動するためのロータリーアクチュエー
タとその駆動及び制御回路、ディスク回転用スピンドル
直結モータが搭載されている。

【００７３】ディスクの直径は４６ｍｍであり、データ
面は直径１０ｍｍから４０ｍｍまでを使用する。埋め込
みサーボ方式を用い、サーボ面を有しないため高密度化
が可能である。本装置は、小型コンピューターの外部記
憶装置として直接接続が可能になってる。入出力インタ
ーフェイスには、キャッシュメモリを搭載し、転送速度
が毎秒５から２０メガバイトの範囲であるバスラインに
対応する。また、外部コントローラを置き、本装置を複
数台接続することにより、大容量の磁気ディスク装置を
構成することも可能である。

【００７４】

【発明の効果】本発明による強磁性トンネル結合素子、
これを用いた磁気センサ、磁気記憶システムは、従来よ
りより高い抵抗変化率を得ることができる。更に、記録
再生出力及びＳ／Ｎが高い磁気抵抗効果センサおよびシ
ステムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による強磁性トンネル結合素子
の積層構造を示す断面図である。

【図２】図２は、シールド型センサの代表的な構成を示
す断面図である。

【図３】図３は、縦バイアス膜の配置概念を示す平面断
面図である。

【図４】図４は、縦バイアス膜の他の配置概念を示す平
面断面図である。

【図５】図５は、ヨーク型磁気抵抗センサの代表的な構
成を示す断面図である。

【図６】図６は、フラックスガイド型磁気抵抗センサの
代表的な構成を示す断面図である。

【図７】図７は、記録再生ヘッドの概念を示す概念図で
ある。

【図８】図８は、磁気記録再生装置の概念を示す概念図
である。

【図９】図９は、磁気抵抗効果膜のＭ−Ｈループを示す
グラフである。

【図１０】図１０は、磁気抵抗効果膜のＲ−Ｈループを
示すグラフである。

【図１１】図１１は、磁気抵抗効果膜のＭ−Ｈループを
示すグラフである。

【図１２】図１２は、磁気抵抗効果膜のＲ−Ｈループを
示すグラフである。

【図１３】図１３は、 磁気抵抗効果膜のＲ−Ｈループ
を示すグラフである。

【図１４】図１４は、磁気抵抗効果膜のＲ−Ｈループを
示すグラフである。

【図１５】図１５は、公知の磁気抵抗効果素子の積層構
造を示す断面図である。

【符号の説明】

１…自由磁性層 ２…非磁性層 ３…固定磁性層 ４…固定させる層 ５’…強磁性体基体５ ６…下シールド層 ７…下電極層 ８…上シールド層 ９…上電極層 １０…磁気抵抗効果素子（強磁性トンネル結合素子） １１…縦バイアス層 １５…下電極 １６…下磁極 １７…上非磁性層 １９…上磁極 ２１…上電極 ２２…下シールド層 ２３…下電極 ２４…下磁極 ２５…上磁極 ２６…上電極 ２７…上シールド層 ４１…再生ヘッド ４２…下シールド／下電極 ４３…上シールド／上電極 ４５…磁極 ４６…コイル ４７…上磁極 ５１…下シールド／下電極 ５２…上シールド／上電極 １００…記録再生ヘッド

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】自由磁性層と、 前記自由磁性層の一面側に形成される非磁性層と、 前記非磁性層の一面側に形成される固定磁性層と、 前記固定磁性層の一面側に形成される固定させる層とか
   らなり、 前記非磁性層は前記自由磁性層と前記固定磁性層との間
   に配置され、 前記固定磁性層は、前記非磁性層と前記固定させる層と
   の間に配置され、 前記非磁性層は非導電性であり、 前記固定させる層はＰｔＭｎ合金をベースとする合金で
   形成されている強磁性トンネル結合素子。
2. 【請求項２】請求項１に記載した強磁性トンネル結合素
   子を用いた磁気センサであり、 基板と、 前記基板の一面側に形成される下シールド層と、 前記自由磁性層の一面側に形成される上シールド層とか
   らなり、 前記固定させる層は、前記固定磁性層と前記下シールド
   層との間に配置されている強磁性トンネル結合素子を用
   いた磁気センサ。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記下シールド層はパターン化され、 前記強磁性トンネル接合素子はパターン化され、 更に、 前記強磁性トンネル接合素子の端部に接する縦バイアス
   層と、 前記縦バイアス層の一面側に形成される下電極層とから
   なる強磁性トンネル結合素子を用いた磁気センサ。
4. 【請求項４】請求項２において、 前記下シールド層はパターン化され、 前記強磁性トンネル接合素子はパターン化され、 更に、 前記強磁性トンネル接合素子の橋部に部分的に重合する
   縦バイアス層と、 前記縦バイアス層の一面側に形成される下電極層とから
   なる強磁性トンネル結合素子を用いた磁気センサ。
5. 【請求項５】請求項１に記載した強磁性トンネル結合素
   子を用いた磁気センサであり、更に、 前記強磁性トンネル結合素子に対して絶縁層が介されて
   配置されているヨークとからなる強磁性トンネル結合素
   子を用いた磁気センサ。
6. 【請求項６】請求項２、３、４又は５から選択される１
   請求項に記載される強磁性トンネル結合素子を用いた磁
   気センサであり、更に、 前記強磁性トンネル結合素子を通る電流を発生させるた
   めの発生手段と、 検出される磁界の関数として前記強磁性トンネル結合素
   子の磁気抵抗の変化率を検出するための検出手段とから
   なる強磁性トンネル結合素子を用いた磁気センサ。
7. 【請求項７】請求項６に記載される強磁性トンネル結合
   素子を用いた磁気センサであり前記磁気抵抗を検出する
   ための磁気抵抗検出手段からなる磁気記憶システムであ
   り、 データを記録する複数のトラックを備える磁気記憶手段
   と、 前記磁気記憶手段に前記データを記憶させるための磁気
   記録手段と、 前記磁気記録手段及び前記磁気抵抗検出手段を前記複数
   のトラックのうちから選択されるトラックへ移動させる
   ための移動手段とからなる磁気記憶システム。