JP2000101164A - 磁気抵抗効果素子,磁気抵抗効果センサ及びそれらを利用した装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子,磁気抵抗効果センサ及びそれらを利用した装置Info
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Abstract
抗変化率が高い磁気抵抗変化素子を提供すること、さら
に、記録再生出力及びS/Nが高い磁気抵抗効果センサ
及びシステムを提供することを目的とする。 【解決手段】 基板1上に下シールド層2、下電極層
3、磁気抵抗効果素子4、上シールド層5、上電極層
6、を積層させている。磁気抵抗効果素子4はPR工程
により適当な大きさ及び形状にパターン化されており、
その端部に接するように(後述する図4参照)あるいは
一部接するように縦バイアス層7が配置されている。こ
の磁気抵抗効果素子4は、自由磁性層/非磁性非導電層
/固定磁性層/固定させる層、を基本構成とし、自由磁
性層や固定磁性層がCoFeB、CoZrMo、CoZ
rNb、CoZr、CoZrTa、CoHf、CoT
a、CoTaHf、CoFeTi、CoNbHf、Co
HfPd、CoTaZrNb、CoZrMoNiからな
るアモルファス材料を用いている。その結果、非磁性層
が平坦になり、抵抗変化率が向上する。
Description
情報信号を読み取るための磁気センサに関する。
とも呼ばれる)または磁気抵抗ヘッド(MRヘッドとも
呼ばれる)と呼ばれる磁気読み取り変換器が知られてい
る。このようなMRセンサ等は、大きな線密度(線形密
度)で磁性体の表面からデータを読み取れることが知ら
れている。MRセンサは、感知される磁束の強度及び磁
束の方向の関数として抵抗変化を生じる読みとり素子を
利用し、抵抗変化として磁界信号を検出する。このよう
な従来のMRセンサの上記読み取り素子は、その抵抗の
1成分(1方向成分)が、その読みとり素子に印加され
る磁化の方向と、その素子中を流れる感知電流の方向が
なす角度の余弦の2乗に比例して変化する。このような
抵抗変化を生じる効果を異方性磁気抵抗(AMR)効果
と呼ばれる。
トムソン(Thompson)等の論文”Memory,Stor
age,and Related Applications" IEEE Trans. on Mag.
MAG−11、P.1039(1975)に記載されている。このような
AMR効果を用いた磁気ヘッドではバルクハウゼンノイ
ズを抑圧するために、縦バイアスを印加することが多
い。そして、この縦バイアスを印加する材料として、F
eMn、NiMn、ニッケル酸化物などの反強磁性材料
を用いる場合がある。
抵抗変化が、より顕著な磁気抵抗効果を生じる場合が知
られている。この磁気抵抗効果は、非磁性層を挟んで位
置する磁性層の間における電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由来
する。
抗効果」や「スピン・バルブ効果」など様々な名称で呼
ばれている。このような磁気抵抗化を利用した磁気抵抗
センサは適当な材料で形成されており、前述したAMR
効果を利用したセンサより、感度が改善され、また抵抗
変化が大きいことが知られている。このように改善され
たMRセンサでは、非磁性層で分離された一対の強磁性
体層の間の平面内抵抗が、2つの層の磁化方向のなす角
度の余弦に比例して変化する。
平2−61572号公報には、磁性層内の磁化の反平行
整列によって生じる高いMR変化をもたらす積層磁性構
造が記載されている。また、この積層構造で使用可能な
材料として、上記公報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
加した構造及びこの固定させる層としてFeMnが適当
であることが同号公報に開示されている。
開平4−358310号公報には、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0である場合に2つの強磁性薄膜層の磁化方
向が直交するMRセンサが開示されている。このMRセ
ンサは、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である旨が、同号公報に開示
されている。
平4−103014号公報には、強磁性層に他の中間層
を挿入して多層膜とした強磁性トンネル接合素子が示さ
れている。この強磁性トンネル結合素子は、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
されていることを特徴とするものである。
てCo、固定磁性層としてNiFeを用いた例が、日本
応用磁気学会学術講演概要集、1996年、135ペー
ジに記載されている。
は、強磁性膜に使用するCo系磁性合金として、Coに
Fe、Ni、Pd、Hf等のうち、1種または2種を添
加する技術について開示がなされている。
は、フリー磁性層にCoZrNb、CoZrMo、Fe
Cob等を使用する技術が開示されている。
いて安定な磁気抵抗変化を実現するためには、非磁性層
をより平坦に作成することが重要である。その理由は、
非磁性層が平坦でない場合は、結果的に非磁性層の厚み
にむらが発生し、その結果、リーク電流が生じてしまう
ためである。このようなリーク電流の発生は、抵抗変化
率の減少を引き起こす。また、電流を流すことによっ
て、膜厚の薄いところから破壊が起きやすく、耐電圧特
性が劣る結果を招いてしまう。
性層及び固定磁性層にCoもしくはNiFeを用いてい
た。しかしながら、これらの材料は、結晶質であるため
に、最表面に結晶構造に対応したラフネスが生じること
になる。そのため、例えば「自由磁性層/非磁性非導電
層/固定磁性層/固定させる層」という構成を採用し、
自由磁性層に上記材料を用いた場合は、自由磁性層と非
磁性層との界面のラフネスにより非磁性層が十分に平坦
に作成されないという問題点があった。また、「固定さ
せる層/固定磁性層/非磁性非導電層/自由磁性層」と
いう構成においても、固定磁性層に上記材料を用いる
と、同じ理由により非磁性層が十分に平坦に作成されな
かった。いずれの場合も、抵抗変化率もしくは耐圧性の
低下を招いてしまう。
によって、抵抗変化率が高い磁気抵抗変化素子を提供す
ることを目的とする。このような非磁性層を平坦にする
ことにより、抵抗変化率が高くなるとともに、耐電圧特
性にも優れた磁気抵抗効果素子を実現することが可能で
ある。
明は、「自由磁性層/非磁性非導電層/固定磁性層/固
定させる層」、を基本構成とするトンネル接合素子を基
本的な前提としている。
自由磁性層もしくは固定磁性層の少なくとも一部に、C
o、または、NiFe、CoFeB、CoZrMo、C
oZrNb、、CoZr、CoZrTa、CoHf、C
oTa、CoTaHf、CoFeTi、CoNbHf、
CoHfPd、CoTaZrNb、CoZrMoNi合
アモルファス磁性材料を用いたことを特徴とする。
しくは結晶粒径の小さい結晶質であるので、成膜されて
も膜厚が均一であり表面のラフネスが小さい。そのた
め、これらの磁性層上に形成される非磁性層もラフネス
の小さな平坦な膜となり、結果として抵抗変化率が高
く、耐電圧特性に優れる磁気抵抗効果素子を得ることが
できる。
せる層/固定磁性層/非磁性非導電層/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も、同様に、
自由磁性層もしくは固定磁性層の少なくとも一部に、上
記材料を使用すれば、非磁性層のラフネスを小さくする
ことができ、請求項1に係る発明と同様の作用・効果を
奏する。
係る磁気抵抗効果素子を利用した磁気抵抗効果センサを
構成すれば、磁気抵抗の変化の検出感度の向上したセン
サが得られる。請求項3及び請求項4にこのようなセン
サの発明が記載されている。
と、前記基板上に積層され、パターン化された下シール
ド層と、前記下シールド層上に積層され、パターン化さ
れた磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の端部
に接するように積層されている縦バイアス層と、前記基
板上に積層された下電極層と、前記縦バイアス層及び前
記下電極層の上に積層された上シールド層と、が順次積
層されているシールド型磁気抵抗効果センサにおいて、
前記磁磁気抵抗効果素子が、請求項1または2記載の磁
気抵抗効果素子であることを特徴とする磁気抵抗効果セ
ンサである。
抵抗効果センサに関するものであるが、同様の原理をシ
ールド型磁気抵抗効果センサに応用することも可能であ
る。このような発明が、請求項4に記載されている。
と、前記基板上に積層され、パターン化された下シール
ド層と、前記下シールド層上に積層され、パターン化さ
れた磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上部
に一部重なるように積層されている縦バイアス層と、前
記磁気抵抗効果素子の上部に一部重なるように積層され
ている下電極層と、前記縦バイアス層及び前記下電極層
の上に積層された上シールド層と、が順次積層されてい
るシールド型磁気抵抗効果センサにおいて、前記磁気抵
抗効果素子が、請求項1または2記載の磁気抵抗効果素
子であることを特徴とする磁気抵抗効果センサである。
抗効果素子に対して、絶縁層を介してヨークを配置した
構成とすることも可能である。このような構成を採用し
た発明が請求項5及び請求項6に記載されている。
抗効果素子に対して絶縁層を介してヨークを配置したヨ
ーク型磁気抵抗効果ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果
素子が、請求項1または2記載の磁気抵抗効果素子であ
ることを特徴とするヨーク型磁気抵抗効果ヘッドであ
る。
ば、種々の磁気記録媒体に記録されたデータを高感度で
読みとることが可能である。
果素子に対し、絶縁層を介してヨークを配置したフラッ
クスガイド型磁気抵抗効果型センサにおいて、前記磁気
抵抗効果素子が、請求項1または2記載の磁気抵抗効果
素子であることを特徴とする磁気抵抗効果センサであ
る。
ンサによれば、フラックスの磁気変化を高感度で読みと
ることが可能である。
果センサを用いれば、高感度で磁気抵抗を検出すること
ができるシステムを得られる。
は6のいずれかに記載の磁気抵抗効果センサと、前記磁
気抵抗効果センサが検出する磁界の関数として、上記磁
気抵抗効果センサの抵抗率変化を検出する手段と、を備
えたことを特徴とする磁気抵抗検出システムである。
れば、トラックを有する記憶媒体を用いて、大容量で、
かつ、高速にデータの読み出しが可能な磁気記憶システ
ムを構築することができる。
記録のための複数個のトラックを有する磁気記憶媒体
と、前記磁気記憶媒体上にデータを記憶させるための磁
気記録システムと、請求項7記載の磁気抵抗検出システ
ムと、前記磁気記録システム及び前記磁気抵抗検出シス
テムを、前記磁気記憶媒体の選択されたトラックへ移動
させるために、前記磁気記録システム及び前記磁気抵抗
検出システムとに機械的に結合されたアクチュエータ手
段と、を含むことを特徴とする磁気記憶システムであ
る。
を図面に基づいて説明する。
ド型磁気抵抗効果素子としては、例えば図1に示されて
いるような形態が好ましい。図1は、本実施の形態1に
係るシールド型磁気抵抗効果素子を垂直方向に切断した
様子を表す縦方向の断面図である。
1上に下シールド層2、下電極層3、磁気抵抗効果素子
4、上シールド層5、上電極層6、を積層させている。
磁気抵抗効果素子4はPR工程により適当な大きさ及び
形状にパターン化されており、その端部に接するように
(後述する図4参照)あるいは一部接するように(後述
する図5参照)縦バイアス層7が配置されている。
は種々考えられる。これらの構成を表す説明図が図2に
示されている。図2(1)には、下電極3が下シールド
層2の直上に形成されている例が示されている。また、
図2(2)には、下電極3が下シールド層2の直下に形
成されている例が示されている。また、図2(3)に
は、下電極3が下シールド層2の上に下ギャップ絶縁層
100を介して形成されている例が示されている。ま
た、図2(4)には、下電極3を下シールド層2とを兼
用した場合の例が示されている。
成方法も種々考えられる。これらの構成を表す説明図が
図3に示されている。図3(1)には、上シールド層5
が、上電極6の直上に形成されている例が示されてい
る。また、図3(2)には、上電極6が上シールド層5
の直上に形成されている例が示されている。また、図3
(3)には、上シールド層5が上電極6の上に上ギャッ
プ絶縁層102を介して形成されている例が示されてい
る。また、図3(4)には、上電極6を上シールド層5
とを兼用した場合の例が示されている。
ルド型磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果素子4を中心と
した平面図である。特に図4においては磁気抵抗効果素
子4の端部に接するように縦バイアス層7が配置されて
おり、図5においては磁気抵抗効果素子4の端部に一部
接するように縦バイアス層7が配置されている。
されている。この図に示されているように、下電極3上
にパターン化された強磁性トンネル接合膜(磁気抵抗効
果素子4)の端部に接するように、絶縁層104及び縦
バイアス層7が配置されている。ここでは絶縁層104
を介した例を示す。絶縁層104は、センス電流が縦バ
イアス層7を流れ、強磁性トンネル接合部(磁気抵抗効
果素子4)を流れなくなることを防ぐ目的で設けられて
いる。したがって、縦バイアス層7が非金属のように十
分抵抗の高い材料である場合には、そのようなおそれは
少ないため、絶縁層を形成することなく、直接に縦バイ
アス層7を形成することになる。
示されている。この図に示されているように、下電極3
上には、パターン化された縦バイアス層7が設置されて
いる。そして、この縦バイアス層7に一部乗り上げるよ
うにパターン化された強磁性トンネル接合膜(磁気抵抗
効果素子4)が配置される。さらにその上部には、パタ
ーン化された絶縁層104と上電極6とが順次積層され
ている。
としては、NiFe、CoZr、CoFeB、CoZr
Mo、CoZrNb、CoZr、CoZrTa、CoH
f、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、CoZr
Nb、CoHfPd、CoTaZrNb、CoZrMo
Ni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。
r、Ta、Moからなる単体もしくは合金もしくは混合
物が望ましく、その膜厚範囲は0.01〜0.10μm
が好ましい。
CoCr、CoPt、CoCrTa、FeMn、NiM
n、IrMn、PtPdMn、ReMn、PtMn、C
rMn、Ni酸化物、鉄酸化物、Ni酸化物とCo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。
Zr、またはCoFeB、CoZrMo、CoZrN
b、CoZr、CoZrTa、CoHf、CoTa、C
oTaHf、CoNbHf、CoZrNb、CoHfP
d、CoTaZrNb、CoZrMoNi合金、FeA
lSi、窒化鉄系材料等を用いることが好ましく、その
膜厚は0.3〜10μmの範囲で適用可能である。
型ヘッドの実施の形態の例が図8に示されている。
が形成され、この溝には非磁性絶縁体9が充填されてい
る。強磁性体の基板8としては、例えば、NiZnフェ
ライト、MnZnフェライト、MgZnフェライト等が
使用され、非磁性絶縁体9には、例えば、アルミナ、S
iO2 、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使用される。
0が設けられている。この下非磁性層10は、基板8の
上面にも伸展している(図8参照)。
と、電極12aと、上非磁性層11が隣接して設けられ
ており、磁気抵抗効果素子4が、磁極13aと電極12
aとの双方の上面に、双方にまたがるように設けられて
いる。なお、磁気抵抗効果素子4の側面は図8に示され
ているように上非磁性層11に接している。
また、磁極13aは、例えば、NiFe、CoZr、ま
たは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フェライトを採用することが好ましい。
気抵抗効果素子4の端部には、磁気抵抗効果素子磁区制
御用縦バイアス層が設けられている。この磁気抵抗効果
素子磁区制御用縦バイアス層は、磁気抵抗効果素子4に
一部重なるか接するように設けられている。一部重なる
場合の平面図が図4に、そしてその断面図が図6におい
てそれぞれ示されている。また、接する場合の平面図が
図5に、そしてその断面図が図7においてそれぞれ示さ
れている。
アス層は、例えば、CoCrPt、CoCr、CoP
t、CoCrTa、FeMn、NiMn、Ni酸化物、
NiCo酸化物、IrMn、PtPdMn、ReMn等
を用いるのが好ましい。
3bが基板8から上非磁性層11を覆うように伸展し、
磁気抵抗効果素子4まで到達するように設けられてい
る。また、電極12bが磁気抵抗効果素子4の上面に設
けられており、この電極12bの側面は磁極13bと接
している。電極12aや磁極13bの材質は、上記電極
12aや磁極13aと同様のものが好ましい。
クスガイド型ヘッドの構成図が図9に示されている。
れている。この下シールド21の上面には、電極22
と、磁極23が隣接するように設けられている。
oZr、またはCoFeB、CoZrMo、CoZrN
b、CoZr、CoZrTa、CoHf、CoTa、C
oTaHf、CoNbHf、CoZrNb、CoHfP
d、CoTaZrNb、CoZrMoNi合金、FeA
lSi、窒化鉄系材料、MnZnフェライト、NiZn
フェライト、MgZnフェライト等を用いるのが好まし
い。
るのが好ましく、磁極23aは、例えば、NiFe、C
oZr、またはCoFeB、CoZrMo、CoZrN
b、CoZr、CoZrTa、CoHf、CoTa、C
oTaHf、CoNbHf、CoZrNb、CoHfP
d、CoTaZrNb、CoZrMoNi合金、FeA
lSi、窒化鉄系材料、MnZnフェライト、NiZn
フェライト、MgZnフェライトを用いるのが好まし
い。
a及び磁極23aの上面に双方にまたがるように形成さ
れている。
bと磁極23bが設けられている。これら電極22bと
磁極23bは、図9に示されているように、ともに磁気
抵抗効果素子4の上面に接するように設けられている。
は、上シールド24が形成されている。この上シールド
24は、例えば、NiFe、CoZr、またはCoFe
B、CoZrMo、CoZrNb、CoZr、CoZr
Ta、CoHf、CoTa、CoTaHf、CoNbH
f、CoZrNb、CoHfPd、CoTaZrNb、
CoZrMoNi合金、FeAlSi、窒化鉄系材料、
MnZnフェライト、NiZnフェライト、MgZnフ
ェライトを用いるのが好ましい。
気抵抗効果素子4の端部には、磁気抵抗効果素子磁区制
御用縦バイアス層が設けられている。この磁気抵抗効果
素子磁区制御用縦バイアス層は、磁気抵抗効果素子4に
一部重なるか接するように設けられている。一部重なる
場合の平面図が図4に、そしてその断面図が図6におい
てそれぞれ示されている。また、接する場合の平面図が
図5に、そしてその断面図が図6それぞれ示されてい
る。
は、例えば、CoCrPt、CoCr、CoPt、Co
CrTa、FeMn、NiMn、Ni酸化物、NiCo
酸化物、IrMn、PtPdMn、ReMnを用いるの
が好ましい。
子、ヨーク型素子、及びフラックスガイド型素子を用い
て、インダクティブコイルによる書き込みヘッド部を形
成することができる。このインダクティブコイルによる
書き込みヘッド部は、記録再生一体型ヘッド(単に記録
再生ヘッドとも呼ぶ)として用いることができる。
れている。記録再生ヘッドは、本発明の素子を用いた再
生ヘッドと、インダクティブ型の記録ヘッドから構成さ
れている。この図に示されている例は、長手磁気記録用
の記録ヘッドとの搭載例を示したが、本発明の磁気抵抗
効果素子を垂直磁気記録用ヘッドと組み合わせ、垂直記
録に用いることも好ましい。
明するが、ヨーク型素子及びフラックスガイド型素子を
適用することもできる。図10において、ヘッドは、以
下のような構成を採用している。まず、基板(図示され
ていない)上に下シールド/下電極42が設けられてい
る。下シールド/下電極42上には磁気抵抗効果素子4
5が設けられており、その上面には上シールド/上電極
43が形成されている。これら磁気抵抗効果素子45
と、上シールド/上電極43とによって、再生ヘッドが
形成されている。
極を兼ねている)43の上部には、コイル41が設けら
れており、その上に上磁極44が設けられている。これ
ら磁極43と、コイル41と、上磁極44とから記録ヘ
ッドが形成されている。
通の構造としても、また、別個に設けてもかまわない。
上に信号を書き込み、また、記録媒体から信号を読み取
るのである。再生ヘッドの感知部分と、記録ヘッドの磁
気ギャップはこのように同一スライダ上に重ねた位置に
形成することで、記録媒体の同一トラックに同時に位置
決めができる。このヘッドをスライダに加工し、磁気記
録再生装置に搭載する。
抵抗効果素子を用いた磁気記録再生装置の概念図が示さ
れている。この図に示されているように、ヘッドスライ
ダを兼ねている基板(図示せず)上に、下シールド/下
電極52、磁気抵抗効果素子51及び上シールド/上電
極50を順に形成し、ヘッドを構成している。
位置決めして再生を行う。記録媒体53は回転し、ヘッ
ドスライダは記録媒体53の上を、0.2μm以下の高
さ、あるいは接触状態で対向して相対運動する。この機
構により、磁気抵抗効果素子51は記録媒体53に記録
された磁気的信号を、その漏れ磁界54の強度から読み
取ることのできる位置に設定されるのである。
果素子としては以下の構成のものを用いることが好まし
い。
性非導電層/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/非磁性非導電層/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/非磁性非導電層/
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/非磁性非導電層/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
磁性非導電層/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
1MRエンハンス層/非磁性非導電層/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
磁性非導電層/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
1MRエンハンス層/非磁性非導電層/第2MRエンハ
ンス層/フリー磁性層/保護層 ここで、金属下地層としては、Zr、もしくはZrに他
元素を添加した材料、を用いることが好ましい。添加元
素としてはTa、Hf、Zr、W、Cr、Ti、Mo、
Pt、Ni、Ir、Cu、Ag、Co、Zn、Ru、R
h、Re、Au、Os、Pd、Nb、V等が適当であ
る。
e、NiFeCo、FeCo、CoFeB、CoZrM
o、CoZrNb、CoZr、CoZrTa、CoH
f、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、CoZr
Nb、CoHfPd、CoTaZrNb、CoZrMo
Ni合金またはアモルファス磁性材料を用いることが好
ましい。
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、を用いるのが好ましい。
u、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、
Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、P
t、Au、または、Si、Al、Ti、Taのグループ
からなる酸化物及び窒化物の単体もしくは混合物、また
はTa、Hf、Zr、W、Cr、Ti、Mo、Pt、N
i、Ir、Cu、Ag、Co、Zn、Ru、Rh、R
e、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
化物及び窒化物の単体もしくは混合物と組み合わせた2
層膜が好ましく、実際に利用する場合の有力な候補とな
るであろう。
o、NiFeCo、FeCo等、またはCoFeB、C
oZrMo、CoZrNb、CoZr、CoZrTa、
CoHf、CoTa、CoTaHf、CoNbHf、C
oZrNb、CoHfPd、CoTaZrNb、CoZ
rMoNi合金またはアモルファス磁性材料を用いる。
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は低減する。
ベースにするグループからなる単体、合金、または積層
膜を用いるのが好ましい。
n、IrMn、RhMn、PtPdMn、ReMn、P
tMn、PtCrMn、CrMn、CrAl、TbC
o、Ni酸化物、Fe酸化物、Ni酸化物とCo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、CoCr、CoCrPt、CoCrTa、PtCo
などを用いることが好ましい。特に、PtMnもしくは
PtMnにTi、V、Cr、Co、Cu、Zn、Y、Z
r、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、H
f、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Si、
Al、Ti、Taを添加した材料は実際に装置を製造す
る際の有力な候補となるであろう。
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、を用いるのが好ましい。
u、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、
Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、P
t、Au、または、Si、Al、Ti、Taのグループ
からなる酸化物及び窒化物の単体もしくは混合物、また
はTa、Hf、Zr、W、Cr、Ti、Mo、Pt、N
i、Ir、Cu、Ag、Co、Zn、Ru、Rh、R
e、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
化物及び窒化物の単体もしくは混合物と組み合わせた2
層膜が好ましく、実際に機器を構成する際の有力な候補
となるであろう。
づき説明する。
/ 自由磁性層(8nm)/Al酸化物(2nm)/N
i82Fe18(3nm)/Pt46Mn54(25n
m)/Ta(3nm)という構成で自由磁性層の種類を
変えて磁気抵抗効果素子を作成した結果を示す。
を用い、成膜電流は0.1A、成膜ガス圧は2mmTo
rrとした。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2×10-9Torrの真空
チャンバー内において4×10-4Torr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。この場合
の抵抗変化率を以下の表1に示す。
及びNiFeの場合は従来の例に相当するが、それ以外
の場合が本発明の適用例に相当する。いずれの場合も従
来例よりMR比が高いという結果が得られた。
的で、ガラス基板/Ta(3nm)/ 自由磁性層(8
nm)という膜を作成し、表面のラフネスをAFMによ
り観測した。表面ラフネスは膜の平均粗さRaで示す
(後述する表2参照)。また、ガラス基板/Ta(3n
m)/自由磁性層(8nm)/Al酸化物(2nm)と
いう膜も作成し、自由磁性層とAl酸化物の界面ラフネ
スをX線反射率測定装置により観測した。 X線反射率
測定とは、サンプル表面に極低角度に入力させたときに
発生する全反射臨界角度以降のX線プロファイルを解析
するものである。これらの解析により、膜厚、界面ラフ
ネス、密度等の情報を得ることが可能になる。得られた
X線プロファイル情報をシミュレーションフィッティン
グすることにより、反射係数の実数項と虚数項、すなわ
ち密度、吸収等の物質定数を得ることができる方法であ
る。AFMによる表面ラフネス及びX線による界面ラフ
ネスの測定結果を表2に示す。
と比較して、CoFeB、CoZrNb、及びCoZr
Moは表面ラフネス及び界面ラフネスが格段にフラット
であることがわかる。これらの材料はアモルファスもし
くは微結晶であることが知られており、このことが表面
及び界面ラフネスのフラット化に寄与しているものと思
われる。そして自由磁性層とAl酸化物層との界面のフ
ラットさが、Al酸化物層の膜厚の均一性に寄与し、結
果的にAl酸化物層におけるリーク電流が低減されるこ
とから、MR比が向上するものと考察される。上記表1
に示した他の材料もアモルファスもしくは微結晶である
ことが知られており、上記表2では測定はしなかったが
自由磁性層とAl酸化物層との界面の平坦性が同様にM
R比の向上に寄与しているものと考えられる。
nm)/自由磁性層(8nm)/Co90Fe10(2
nm)/Al酸化物(2nm)/Ni82Fe18(3
nm)/Pt46Mn54 (25nm)/Ta(3n
m)という構成で自由磁性層の種類を変えて磁気抵抗効
果素子を作成した。
用い、成膜電流は0.1A、成膜ガス圧は2mmTor
rとした。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2×10-9Torrの真空チ
ャンバー内において4×10-4Torr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。この場合の
抵抗変化率を次の表3に示す。
及びNiFeの場合は従来の例に相当するが、それ以外
の場合が本発明の適用例に相当する。いずれの場合も従
来例よりMR比が高いという結果が得られた。 [実施例4]次に、ガラス基板/Ta(3nm)/Pt
46Mn54(25nm)/固定磁性層(5nm)/C
o90Fe10/Al酸化物(2nm)/Co90Fe
10(2nm)/自由磁性層(3nm)/Ta(3n
m)という構成で自由磁性層の種類を変えて磁気抵抗効
果素子を作成した。
用い、成膜電流は0.1A、成膜ガス圧は2mmTor
rとした。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2×10-9Torrの真空チ
ャンバー内において4×10-4Torr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。この場合の
抵抗変化率を次の表4に示す。
及びNiFeの場合が従来の例に相当し、それ以外の場
合が本発明の適用例に相当する。いずれの場合も従来例
よりMR比が高いという結果が得られた。 [実施例5]次に、ガラス基板/Ta(3nm)/Pt
46Mn54(25nm)/固定磁性層(5nm)/A
l酸化物(2nm)/Co90Fe10(2nm)/N
i82Fe18(3nm)/Ta(3nm)という構成
で自由磁性層の種類を変えて磁気抵抗効果素子を作成し
た。
用い、成膜電流は0.1A、成膜ガス圧は2mmTor
rとした。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2×10-9Torrの真空チ
ャンバー内において4×10-4Torr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。この場合の
抵抗変化率を次の表5に示す。
及びNiFeの場合が従来の例に相当し、それ以外の場
合が本発明の適用例に相当する。いずれの場合も従来例
よりMR比が高いという結果が得られた。 [実施例6]次に、ガラス基板/Ta(3nm)/Pt
46Mn54(25nm)/固定磁性層(5nm)/C
o90Fe10(2)/Al酸化物(2nm)/Co9
0Fe10(2nm)/自由磁性層(3nm)/Ta
(3nm)という構成で自由磁性層の種類を変えて磁気
抵抗効果素子を作成した。
用い、成膜電流は0.1A、成膜ガス圧は2mmTor
rとした。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2×10-9Torrの真空チ
ャンバー内において4×10-4Torr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。この場合の
抵抗変化率を次の表6に示す。
定磁性層がCoの場合が従来の例に相当し、それ以外の
場合が本発明の適用例に相当する。いずれの場合も従来
例よりMR比が高いという結果が得られた。
ール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、下シールド層としてはNiFeを用いた。磁
気抵抗効果膜としては、/Ta(3nm)/ Pt46
Mn54(25nm)/Co92Zr6Nb2(5n
m)/Co90Fe10(2nm)/Al酸化物(2n
m)/Co90Fe10(2nm)/Co92Zr6N
b2/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CoCrPt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10のよう
な記録再生一体型ヘッドに加工及びスライダ加工し、C
oCrTa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。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、磁気抵抗効果素子
として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2.5k
Oe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2.4mV、S/Nは29
dB、再生出力が半減するマーク長(周波数)は239
kFCI、ビットエラーレートは10-6以下であった。
また、再生波形の対称性も良好であった。
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、下非磁性層及び
上非磁性層にはAl酸化物、電極にはAu、磁極にはT
a(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)/Pt46Mn
54(25nm)/Co82Zr9Mo9(5nm)/
Co90Fe10(2nm)/Al酸化物(2nm)/
Co90Fe10(2nm)/Co82Zr9Mo9
(3nm)/Ta(3nm)を用いた。膜形成後には2
50℃、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CoCrPtを積層した。このヘ
ッドを図10のような記録再生一体型ヘッドに加工及び
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。
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、磁気抵抗効果素子として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3.1
mV、S/Nは34dB、再生出力が半減するマーク長
(周波数)は277kFCI、ビットエラーレートは1
0-6以下であった。また、再生波形の対称性も良好であ
った。
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、下シールド及び上シールドにはNi
Feを、電極にはAu、磁極にはTa(3nm)とNi
Fe(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)/Pt46Mn54(25nm)
/Co84Fe9B7(5nm)/Co90Fe10
(2)/Al酸化物(2nm)/Co90Fe10(2
nm)/Co84Fe9B7(3nm)/Ta(3n
m)とした。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。このヘッドを図10のような記録再
生一体型ヘッドに加工及びスライダ加工し、CoCrT
a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0.2μ
m、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2.5kO
e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1.9mV、S/Nは28d
B、再生出力が半減するマーク長(周波数)は287k
FCI、ビットエラーレートは10-6以下であった。ま
た、再生波形の対称性も良好であった。
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
ス裏面には、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が収容されている。外部とは32ビ
ットのバスラインで接続される。各磁気ディスクごとに
磁気ディスクの両面にヘッドが設けられており、3枚の
磁気ディスクで合計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。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
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。
り、従来の磁気抵抗効果膜より、抵抗変化率が高い磁気
抵抗効果膜を得ることが可能となった。
録再生出力及びS/Nが高い磁気抵抗効果センサ及びシ
ステムを得ることが可能となった。
である。
アス層が設置されている例を表す平面図である。
バイアス層が設置されている例を表す平面図である。
構成図でる。
構成を表す構成図である。
ある。
である。
Claims (8)
- 【請求項1】 少なくとも自由磁性層/非磁性非導電層
/固定磁性層/固定させる層、を基本構成とするトンネ
ル接合素子において、 前記自由磁性層もしくは前記固定磁性層の少なくとも一
部に、CoFeB、CoZrMo、CoZrNb、Co
Zr、CoZrTa、CoHf、CoTa、CoTaH
f、CoFeTi、CoNbHf、CoHfPd、Co
TaZrNb、CoZrMoNiからなるアモルファス
材料を用いることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項2】 少なくとも固定させる層/固定磁性層/
非磁性非導電層/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、 前記自由磁性層もしくは前記固定磁性層の少なくとも一
部に、CoFeB、CoZrMo、CoZrNb、Co
Zr、CoZrTa、CoHf、CoTa、CoTaH
f、CoFeTi、CoNbHf、CoHfPd、Co
TaZrNb、CoZrMoNiからなるアモルファス
材料を用いることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項3】 基板と、 前記基板上に積層され、パターン化された下シールド層
と、 前記下シールド層上に積層され、パターン化された磁気
抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の端部に接するように積層されて
いる縦バイアス層と、 前記基板上に積層された下電極層と、 前記縦バイアス層及び前記下電極層の上に積層された上
シールド層と、が順次積層されているシールド型磁気抵
抗効果センサにおいて、 前記磁磁気抵抗効果素子が、請求項1または2記載の磁
気抵抗効果素子であることを特徴とする磁気抵抗効果セ
ンサ。 - 【請求項4】 基板と、前記基板上に積層され、パター
ン化された下シールド層と、 前記下シールド層上に積層され、パターン化された磁気
抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の上部に一部重なるように積層さ
れている縦バイアス層と、 前記磁気抵抗効果素子の上部に一部重なるように積層さ
れている下電極層と、 前記縦バイアス層及び前記下電極層の上に積層された上
シールド層と、が順次積層されているシールド型磁気抵
抗効果センサにおいて、 前記磁気抵抗効果素子が、請求項1または2記載の磁気
抵抗効果素子であることを特徴とする磁気抵抗効果セン
サ。 - 【請求項5】 磁気抵抗効果素子に対して絶縁層を介し
てヨークを配置したヨーク型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、 前記磁気抵抗効果素子が、請求項1または2記載の磁気
抵抗効果素子であることを特徴とするヨーク型磁気抵抗
効果ヘッド。 - 【請求項6】 磁気抵抗効果素子に対し、絶縁層を介し
てヨークを配置したフラックスガイド型磁気抵抗効果型
センサにおいて、 前記磁気抵抗効果素子が、請求項1または2記載の磁気
抵抗効果素子であることを特徴とする磁気抵抗効果セン
サ。 - 【請求項7】 請求項3〜6のいずれかに記載の磁気抵
抗効果センサと、 前記磁気抵抗効果センサが検出する磁界の関数として、
上記磁気抵抗効果センサの抵抗率変化を検出する手段
と、 を備えたことを特徴とする磁気抵抗検出システム。 - 【請求項8】 データ記録のための複数個のトラックを
有する磁気記憶媒体と、 前記磁気記憶媒体上にデータを記憶させるための磁気記
録システムと、 請求項7記載の磁気抵抗検出システムと、 前記磁気記録システム及び前記磁気抵抗検出システム
を、前記磁気記憶媒体の選択されたトラックへ移動させ
るために、前記磁気記録システム及び前記磁気抵抗検出
システムとに機械的に結合されたアクチュエータ手段
と、 を含むことを特徴とする磁気記憶システム。
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