JP2000348317A - スピンバルブ型薄膜素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のように、上下対称構造で形成されてい
たデュアルスピンバルブ型薄膜素子であると、アシンメ
トリーを０％に合わせることが非常に難しいといった問
題があった。 【解決手段】 非磁性導電層（上）２２の膜厚を、非磁
性導電層（下）２１の膜厚よりも大きく形成することに
より、フリー磁性層２０の上下を非対称構造にする。こ
れにより、フリー磁性層２０の下側から発生するセンス
電流磁界Ｉｓ１と、フリー磁性層２０の上側から発生す
るセンス電流磁界Ｉｓ２の強さに差が生じ、前記センス
電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２のベクトル和で求めることがで
きるセンス電流磁界を、アシンメトリーを０％にするた
めに利用することができる。アシンメトリーを０％にす
るためには、センス電流量とその流す方向を適正に調整
することによって行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層の磁化
の方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化の
方向との関係で電気抵抗が変化する、デュアル型のスピ
ンバルブ型薄膜素子に係り、特に、高い抵抗変化率を維
持しながら、良好なアシンメトリーを得られるようにし
たスピンバルブ型薄膜素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）
素子の１種であり、比較的簡単な構造で大きな抵抗変化
率を得ることが可能である。スピンバルブ型薄膜素子の
最も簡単な膜構造は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性
導電層、及びフリー磁性層の４層から成るシングルスピ
ンバルブ型薄膜素子であるが、このシングルスピンバル
ブ型薄膜素子に比べ、より大きい抵抗変化率を得ること
が可能な膜構造としてデュアルスピンバルブ型薄膜素子
がある。

【０００３】図１０は、従来のデュアルスピンバルブ型
薄膜素子を記録媒体との対向面から見た場合の断面図で
ある。

【０００４】その構造は、図１０に示すようにフリー磁
性層１を中心として上下対称に、非磁性導電層２，２、
固定磁性層３，３及び反強磁性層４，４が積層されてお
り、この積層体の両側には、ハードバイアス層５，５及
び導電層８，８が形成されている。なお、符号６は例え
ばＴａなどの金属で形成された下地層であり、符号７
は、Ｔａなどで形成された保護層である。

【０００５】図１０に示すように前記固定磁性層３，３
は、反強磁性層４，４と接して形成され、前記反強磁性
層４，４との界面で発生する交換結合磁界によって、前
記固定磁性層３，３の磁化は、Ｙ方向（ハイト方向）に
固定されている。

【０００６】また前記ハードバイアス層５，５は図示Ｘ
方向（トラック幅方向）に磁化されており、前記ハード
バイアス層５，５からのバイアス磁界によって、フリー
磁性層１の磁化は、図示Ｘ方向に揃えられている。

【０００７】このデュアルスピンバルブ型薄膜素子で
は、導電層８からフリー磁性層１、非磁性導電層２，
２、固定磁性層３，３にＸ方向へのセンス電流（検出電
流）が与えられる。ハードディスクなどの磁気記録媒体
の走行方向はＺ方向であり、Ｙ方向に記録媒体からの漏
れ磁界が与えられると、フリー磁性層１の磁化はＸ方向
からＹ方向に変化し、このフリー磁性層１の磁化方向の
変動と、固定磁性層３，３の固定磁化方向との関係によ
る電気抵抗が変化し、これにより漏れ磁界が検出され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子では、図１０に示すよう
に、フリー磁性層の上下に形成される非磁性導電層２，
２は同じ膜厚ｈ１で形成され、固定磁性層３，３は同じ
膜厚ｈ２で形成され、さらに反強磁性層４，４も同じ膜
厚ｈ３で形成されていた。すなわち、従来のスピンバル
ブ型薄膜素子は、フリー磁性層１を中心として、その上
下の積層膜が完全な対称構造であった。

【０００９】ところが、上下対称構造のデュアルスピン
バルブ型薄膜素子では、フリー磁性層１の磁化方向が不
安定化し、アシンメトリー（再生出力波形の上下非対称
性）を良好にすることが非常に難しいといった問題が発
生する。

【００１０】図１１は、図１０に示すデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子の縦断面図を模式図的に表わしたもので
ある。導電層８からのセンス電流９は、紙面に対して垂
直上方向に流れる。

【００１１】図１１に示すように、フリー磁性層１に
は、様々な磁界が流入している。まず、図示右方向（記
録媒体Ｄに対して垂直方向；ハイト方向）に磁化されて
いる固定磁性層３，３と非磁性導電層２，２との間に層
間結合による磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２が発生しており、
この磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２が、フリー磁性層１との界
面にて、前記フリー磁性層１に影響を与えている。

【００１２】また、図示右方向に磁化されている固定磁
性層３，３からは、フリー磁性層に作用磁界（反磁界）
Ｈｄ１，Ｈｄ２が働いている。

【００１３】さらに、センス電流９は、主に比抵抗の小
さい非磁性導電層２，２を中心として流れており、前記
センス電流９によるセンス電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２が、
フリー磁性層１に影響を与えている。

【００１４】さらに、図１１に示すようにスピンバルブ
型薄膜素子の下側には、前記スピンバルブ型薄膜素子の
フリー磁性層１の中心から距離ＧＬ１をおいて、下部シ
ールド層１０が形成されており、また、スピンバルブ型
薄膜素子の上側には、前記スピンバルブ型薄膜素子のフ
リー磁性層１の中心から距離ＧＬ２をおいて、上部シー
ルド層１１が形成されている。センス電流９が流される
ことによって発生するセンス電流磁界の影響を受けて、
下部シールド層１０及び上部シールド層１１からは、シ
ールドバイアス磁界が発生し、前記下部シールド層１０
からはシールドバイアス磁界Ｓ１が、上部シールド層１
１からはシールドバイアス磁界Ｓ２が、フリー磁性層１
に影響を与えている。

【００１５】ここで、フリー磁性層１に流入する図示右
方向の磁界、すなわち層間結合磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ
２、センス電流磁界Ｉｓ２、及びシールドバイアス磁界
Ｓ２を正の値とし、フリー磁性層１に流入する図示左方
向の磁界、すなわち、作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２、センス
電流磁界Ｉｓ１、及びシールドバイアス磁界Ｓ１を負の
値としたとき、フリー磁性層１に流入する全ての磁界の
和が０になれば、フリー磁性層１に影響を与える磁界が
すべて相殺されたことになり、再生出力波形の上下非対
称性、いわゆるアシンメトリーを良好にすることが可能
である。

【００１６】従来のスピンバルブ型薄膜素子において
は、前述のようにフリー磁性層１を中心として、その上
下の積層膜が完全な対称構造となっているため、フリー
磁性層１よりも下側の積層膜からフリー磁性層１に侵入
してくるセンス電流磁界Ｉｓ１と、フリー磁性層１より
も上側の積層体からフリー磁性層１に侵入してくるセン
ス電流磁界Ｉｓ２は共に同じ強さであり、また図１１に
示すように、両センス電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２がフリー
磁性層１に侵入する方向が互いに逆向きであるので、こ
の磁界Ｉｓ１とＩｓ２は互いに相殺される。

【００１７】次に、フリー磁性層１の中心から下部シー
ルド層１０までの距離ＧＬ１、及びフリー磁性層１の中
心から上部シールド層１１までの距離ＧＬ２は共に同じ
距離で形成されているため、前記下部シールド層１０か
らフリー磁性層１に侵入するシールドバイアス磁界Ｓ１
と、上部シールド層１１からフリー磁性層１に侵入する
シールドバイアス磁界Ｓ２は共に同じ強さであり、また
フリー磁性層１に侵入する方向が互いに逆向きであるの
で、この磁界Ｓ１とＳ２も互いに相殺される。

【００１８】すなわち、フリー磁性層１に侵入してくる
全ての磁界のベクトル和を０にするには、図１１に示す
スピンバルブ型薄膜素子においては、前記センス電流磁
界Ｉｓ１，Ｉｓ２及びシールドバイアス磁界Ｓ１，Ｓ２
以外の磁界Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ２のベク
トル和が０となるようにすればよい。

【００１９】しかし、図１０に示すようにフリー磁性層
１の上下に形成されている非磁性導電層２，２を共に同
じ膜厚ｈ１で形成し、さらにフリー磁性層１の上下に形
成されている固定磁性層３，３を共に同じ膜厚ｈ２で形
成するという条件の下で、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２＋Ｈｄ１
＋Ｈｄ２のベクトル和を０にするのは、非常に難しい。

【００２０】仮に、非磁性導電層２，２の膜厚を同じｈ
１とし、固定磁性層３，３の膜厚を同じｈ２としたまま
で、膜厚ｈ１とｈ２を選択して、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２＋
Ｈｄ１＋Ｈｄ２のベクトル和を０にできたとしても、ア
シンメトリーは良好になるが、逆に抵抗変化率が低くな
り、シングルスピンバルブ型薄膜素子よりも大きい抵抗
変化率を得ることが可能なデュアルスピンバルブ型薄膜
素子の特性を生かすことができなくなる。

【００２１】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、シングルスピンバルブ型薄膜素子よりも高
い抵抗変化率を維持したまま、良好なアシンメトリーを
得ることを可能としたスピンバルブ型薄膜素子を提供す
ることを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、フリー磁性層
と、前記フリー磁性層の上下に形成された非磁性導電層
と、一方の非磁性導電層の上及び他方の非磁性導電層の
下に形成され、磁化方向が固定されている固定磁性層
と、一方の固定磁性層の上及び他方の固定磁性層の下に
形成された反強磁性層とを有し、前記固定磁性層の固定
磁化と交叉する方向にセンス電流が与えられ、固定磁性
層の固定磁化とフリー磁性層の変動磁化との関係によっ
て電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子におい
て、前記非磁性導電層は、前記フリー磁性層の上側と下
側とで膜厚が異なり、さらに、前記反強磁性層又は前記
固定磁性層のうち、少なくとも一方は、前記フリー磁性
層の上側と下側とで膜厚が異なり、フリー磁性層よりも
下側に形成された固定磁性層と非磁性導電層間の層間結
合による磁界の強さをＨｂｆ１（ベクトル値）、フリー
磁性層よりも上側に形成された固定磁性層と非磁性導電
層間の層間結合による磁界の強さをＨｂｆ２（ベクトル
値）とし、フリー磁性層よりも下側に形成された固定磁
性層からフリー磁性層に流入する作用磁界の強さをＨｄ
１（ベクトル値）、フリー磁性層よりも上側に形成され
た固定磁性層からフリー磁性層に流入する作用磁界の強
さをＨｄ２（ベクトル値）とし、さらに、フリー磁性層
の下側の層から、前記フリー磁性層に流入する電流磁界
の強さをＩｓ１（ベクトル値）、フリー磁性層の上側の
層から、前記フリー磁性層に流入する電流磁界の強さを
Ｉｓ２（ベクトル値）とし、また前記スピンバルブ型薄
膜素子の下側にギャップ層を介して形成されている下部
シールド層から、前記フリー磁性層に流入するシールド
バイアス磁界の強さをＳ１（ベクトル値）、スピンバル
ブ型薄膜素子の上側にギャップ層を介して形成されてい
る上部シールド層から、前記フリー磁性層に流入するシ
ールドバイアス磁界の強さをＳ２（ベクトル値）とした
場合に、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２のベクトル和及びＨｄ１＋
Ｈｄ２のベクトル和が０以外の値を示し、かつＨｂｆ１
＋Ｈｂｆ２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ２＋Ｉｓ１＋Ｉｓ２＋Ｓ１＋
Ｓ２のベクトル和が０となることを特徴とするものであ
る。

【００２３】本発明では、フリー磁性層の上下に形成さ
れる非磁性導電層の膜厚を異ならせ、センス電流量とセ
ンス電流を流す方向によって、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２＋Ｈ
ｄ１＋Ｈｄ２＋Ｉｓ１＋Ｉｓ２＋Ｓ１＋Ｓ２のベクトル
和が０となるように調整することが可能である。

【００２４】この場合に、フリー磁性層の下側に形成さ
れる非磁性導電層の膜厚は、１６オングストローム以上
３８オングストローム以下で形成され、フリー磁性層の
上側に形成される非磁性導電層の膜厚は、１９オングス
トローム以上３８オングストローム以下であることが好
ましい。

【００２５】あるいは本発明では、フリー磁性層の上下
に形成される固定磁性層の膜厚を異ならせ、センス電流
量とセンス電流を流す方向によって、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ
２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ２＋Ｉｓ１＋Ｉｓ２＋Ｓ１＋Ｓ２のベ
クトル和が０となるように調整することができる。

【００２６】この場合に、フリー磁性層の上下に形成さ
れる固定磁性層の膜厚は共に、１５オングストローム以
上８０オングストローム以下で形成されることが好まし
い。

【００２７】あるいは本発明では、フリー磁性層の上下
に形成される反強磁性層の膜厚を異ならせ、センス電流
量とセンス電流を流す方向によって、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ
２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ２＋Ｉｓ１＋Ｉｓ２＋Ｓ１＋Ｓ２のベ
クトル和が０となるように調整することができる。

【００２８】また、フリー磁性層の下側に形成された反
強磁性層の下には、金属下地層が形成され、さらにフリ
ー磁性層の上側に形成された反強磁性層の上には、金属
保護層が形成されたものでは、前記金属下地層と、金属
保護層の膜厚を異ならせ、センス電流量とセンス電流を
流す方向によって、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ
２＋Ｉｓ１＋Ｉｓ２＋Ｓ１＋Ｓ２のベクトル和が０とな
るように調整されてもよい。

【００２９】あるいは本発明では、フリー磁性層の中心
から、前記フリー磁性層よりも下側に形成されたシール
ド層までの距離と、フリー磁性層の中心から、前記フリ
ー磁性層よりも上側に形成されたシールド層までの距離
とを、異ならせ、センス電流量とセンス電流を流す方向
によって、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ２＋Ｉｓ
１＋Ｉｓ２＋Ｓ１＋Ｓ２のベクトル和が０となるように
調整してもよい。

【００３０】従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子で
は、フリー磁性層を中心にしてその上下に形成されてい
る積層膜が、完全な対称構造となっていた（図１０参
照）が、このような構造であると、アシンメトリーを良
好にすることができず、仮にアシンメトリーを良好にで
きたとしても、抵抗変化率が極端に低下してしまい、ア
シンメトリーと抵抗変化率の双方を同時に向上させるこ
とが不可能であった。

【００３１】そこで本発明では、上下対称構造であった
デュアルスピンバルブ型薄膜素子を、上下非対称構造に
することで、高い抵抗変化率を維持しつつ、良好なアシ
ンメトリーを得ることが可能となっている。

【００３２】本発明では、下記に示す膜構造のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子を形成し、非磁性導電層の膜厚
を変化させて、前記非磁性導電層の膜厚と抵抗変化率と
の関係について調べた。実験に使用したデュアルスピン
バルブ型薄膜素子の膜構成は以下の通りである。 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ
（２００）／固定磁性層（下）：Ｃｏ（３０）／非磁性
導電層（下）：Ｃｕ（２４）／フリー磁性層：Ｃｏ（１
０）＋ＮｉＦｅ（６０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層
（上）：Ｃｕ（２４）／固定磁性層（上）：Ｃｏ（３
０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（２００）／Ｔａ（５０） なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングス
トロームである。

【００３３】実験では、まずフリー磁性層よりも上側の
非磁性導電層（上）の膜厚を、２４オングストロームで
固定して、フリー磁性層よりも下側の非磁性導電層
（下）の膜厚を変化させ、±３０（Ｏｅ）の外部磁界に
おける抵抗変化率を測定した。さらにフリー磁性層より
も下側の非磁性導電層（下）の膜厚を、２４オングスト
ロームで固定して、フリー磁性層よりも上側の非磁性導
電層（上）の膜厚を変化させ、±３０（Ｏｅ）の外部磁
界における抵抗変化率を測定した。この両実験の結果を
図３に示す。

【００３４】図３では、非磁性導電層（上）を２４オン
グストロームで固定し、非磁性導電層（下）の膜厚を変
化させたときを（○）で示している。この場合、前記非
磁性導電層（下）の膜厚を１８〜１９オングストローム
程度にすると最も抵抗変化率を大きくでき、前記非磁性
導電層（下）の膜厚を約１９オングストローム以上にす
ると、抵抗変化率は徐々に低下していく。

【００３５】図３ではまた非磁性導電層（下）を２４オ
ングストロームで固定し、非磁性導電層（上）の膜厚を
変化させたときを（●）で示している。この場合、前記
非磁性導電層（上）の膜厚を約２２オングストローム程
度にすると最も抵抗変化率を大きくでき、前記非磁性導
電層（上）の膜厚を約２２オングストローム以上にする
と、抵抗変化率は徐々に低下していく。

【００３６】反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、
及びフリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるシン
グルスピンバルブ型薄膜素子では、抵抗変化率が約４％
程度であるので、本発明では４％以上の抵抗変化率を得
ることができる非磁性導電層の膜厚を好ましい範囲と設
定した。図３に示すグラフから、非磁性導電層（下）の
膜厚を１６〜３８オングストロームの範囲内とし、さら
に非磁性導電層（上）の膜厚を１９〜３８オングストロ
ームの範囲内とすれば、４％以上の抵抗変化率を得るこ
とが可能であることがわかる。

【００３７】次に本発明では、上述した膜構造を有する
デュアルスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層の膜厚を
変化させて、前記固定磁性層の膜厚と抵抗変化率との関
係について調べた。

【００３８】実験では、まずフリー磁性層よりも上側の
固定磁性層（上）の膜厚を、３０オングストロームで固
定して、フリー磁性層よりも下側の固定磁性層（下）の
膜厚を変化させ、±３０（Ｏｅ）の外部磁界における抵
抗変化率を測定した。さらにフリー磁性層よりも下側の
固定磁性層（下）の膜厚を、３０オングストロームで固
定して、フリー磁性層よりも上側の固定磁性層（上）の
膜厚を変化させ、±３０（Ｏｅ）の外部磁界における抵
抗変化率を測定した。この両実験結果を図４に示す。

【００３９】図４では、固定磁性層（下）の膜厚のみを
変化させたときの抵抗変化率の変動、及び固定磁性層
（上）の膜厚のみを変化させたときの抵抗変化率の変動
が共に、ほぼ同じ曲線を描く。図４から４％以上の抵抗
変化率を得るには、固定磁性層（下）と固定磁性層
（上）の膜厚を共に１５〜８０オングストロームの範囲
内とすればよい。

【００４０】次に本発明では、非磁性導電層の膜厚と、
非磁性導電層を介して固定磁性層からフリー磁性層に作
用する層間結合磁界Ｈｂｆとの関係ついて実験を行っ
た。

【００４１】まず本発明では、フリー磁性層よりも下側
に非磁性導電層（下）が形成されている下配置シングル
スピンバルブ型薄膜素子を形成し、前記非磁性導電層
（下）の膜厚と層間結合磁界Ｈｂｆとの関係について測
定した。実験に使用した下配置シングルスピンバルブ型
薄膜素子の膜構成は以下の通りである。 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ
（２００）／固定磁性層：Ｃｏ（３０）／非磁性導電層
（下）：Ｃｕ（Ｘ）／フリー磁性層：Ｃｏ（２０）＋Ｎ
ｉＦｅ（６０）／Ｔａ（５０） なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位はオングス
トロームである。

【００４２】次に、フリー磁性層よりも上側に非磁性導
電層（上）が形成されている上配置シングルスピンバル
ブ型薄膜素子を形成し、前記非磁性導電層（上）の膜厚
と層間結合磁界Ｈｂｆとの関係について測定した。実験
に使用した上配置シングルスピンバルブ型薄膜素子の膜
構成は以下の通りである。 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／フリー磁性層：ＮｉＦ
ｅ（６０）＋Ｃｏ（２０）／非磁性導電層（上）：Ｃｕ
（Ｘ）／固定磁性層：Ｃｏ（３０）／反強磁性層：Ｐｔ
Ｍｎ（２００）／Ｔａ（５０） なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位はオングス
トロームである。

【００４３】なおこの実験においてデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子を使わず、シングルスピンバルブ型薄膜素
子を使用したのは、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の
場合、フリー磁性層よりも下側から受ける層間結合磁界
Ｈｂｆ１と、フリー磁性層よりも上側から受ける層間結
合磁界Ｈｂｆ２をそれぞれ測定することは不可能であ
り、それらの合計しか測定できないからである。

【００４４】図５において、（○）で示すように下配置
シングルスピンバルブ型薄膜素子の非磁性導電層（下）
の膜厚を大きくしていくと、層間結合磁界Ｈｂｆは小さ
くなっていくが、前記非磁性導電層（下）の膜厚が約２
２オングストローム以上になると、前記層間結合磁界Ｈ
ｂｆは一旦大きくなり、前記膜厚が約２６オングストロ
ーム以上になると、層間結合磁界Ｈｂｆは再び小さくな
る。

【００４５】また図５において（●）で示すように、上
配置シングルスピンバルブ型薄膜素子の非磁性導電層
（上）の膜厚を大きくしていくと、前記非磁性導電層
（上）の膜厚が２０オングストローム程度まで急激に層
間結合磁界Ｈｂｆは低下し、前記膜厚を２０オングスト
ローム以上にすると、前記層間結合磁界Ｈｂｆの低下は
緩やかになる。

【００４６】前述したように本発明では、フリー磁性層
よりも下側に形成される非磁性導電層（下）の膜厚を１
６〜３８オングストロームの範囲内にすることが好まし
いが、この膜厚の範囲内であると、図５に示すように層
間結合磁界Ｈｂｆ（Ｈｂｆ１）の強さは、約１〜５０
（Ｏｅ）の範囲内であることがわかる。

【００４７】また本発明では、フリー磁性層よりも上側
に形成されている非磁性導電層（上）の膜厚を１９〜３
８オングストロームの範囲内にすることが好ましいが、
この膜厚の範囲内であると、図５に示すように層間結合
磁界Ｈｂｆ（Ｈｂｆ２）の強さは、約４〜４０（Ｏｅ）
の範囲内であることがわかる。

【００４８】次に本発明では、下記の膜構造におけるデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子において、固定磁性層の
膜厚と、前記固定磁性層からの作用磁界Ｈｄとの関係に
ついてシミュレーションによって求めた。実験に使用し
た膜構成は以下の通りである。 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ
（２００）／固定磁性層（下）：Ｃｏ（３０）／非磁性
導電層：Ｃｕ（２４）／フリー磁性層：Ｃｏ（１０）＋
ＮｉＦｅ（６０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層：Ｃｕ
（２４）／固定磁性層（上）：Ｃｏ（３０）／反強磁性
層：ＰｔＭｎ（２００）／Ｔａ（５０） なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位はオングス
トロームである。

【００４９】まず、フリー磁性層よりも上側の固定磁性
層（上）を３０オングストロームで固定し、フリー磁性
層よりも下側の固定磁性層（下）の膜厚を変化させ、前
記固定磁性層（下）から発せられる作用磁界Ｈｄ（Ｈｄ
１）をシミュレーションにより求めた。また、フリー磁
性層よりも下側の固定磁性層（下）を３０オングストロ
ームで固定し、フリー磁性層よりも上側の固定磁性層
（上）の膜厚を変化させ、固定磁性層（上）から発せら
れる作用磁界Ｈｄ（Ｈｄ２）をシミュレーションにより
求めた。その実験結果を図６に示す。

【００５０】図６に示すように、固定磁性層（上）の膜
厚を固定して、固定磁性層（下）の膜厚を変化させた場
合、及び固定磁性層（下）の膜厚を固定して、固定磁性
層（上）の膜厚を変化させた場合、共に、膜厚と作用磁
界Ｈｄとの関係は、全く同じ直線を描き、図６では２つ
の直線が重なり合っている。ここで、前述したように本
発明では、固定磁性層（下）及び固定磁性層（上）の膜
厚を共に１５〜８０オングストロームの範囲内に設定す
ることが好ましいため、この範囲において固定磁性層
（下）及び固定磁性層（上）から発せられる作用磁界Ｈ
ｄは、共に９〜４８（Ｏｅ）程度であることがわかる。

【００５１】以上の実験結果に基づいて、本発明では、
図１１に示す上下対称構造のデュアルスピンバルブ型薄
膜素子（比較例）と、図２に示す上下非対称構造のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子（実施例）を製造し、各デ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層に影響を
与える層間結合磁界Ｈｂｆ、及び作用磁界Ｈｄの強さを
求めた。なお本発明では、フリー磁性層よりも下層から
の層間結合磁界をＨｂｆ１、作用磁界をＨｄ１とし、ま
たフリー磁性層よりも上層からの層間結合磁界をＨｂ
２、作用磁界Ｈｄ２とした。

【００５２】上下対称構造のデュアルスピンバルブ型薄
膜素子（比較例）の膜構成を、下から、 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ
（２００）／固定磁性層（下）：Ｃｏ（４０）／非磁性
導電層（下）：Ｃｕ（２２）／フリー磁性層：Ｃｏ（１
０）＋ＮｉＦｅ（６０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層
（上）：Ｃｕ（２２）／固定磁性層（上）：Ｃｏ（４
０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（２００）／Ｔａ（５０） とした。なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位は
オングストロームである。またこの膜構成におけるデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子の場合、抵抗変化率を、１
４．５％程度にできることが実験によって確認されてい
る。

【００５３】比較例の膜構成の場合において、前述した
図５、図６のグラフから、層間結合磁界Ｈｂｆ１、Ｈｂ
ｆ２と、作用磁界Ｈｄ１、Ｈｄ２を求めた。

【００５４】比較例の膜構成の場合は、フリー磁性層の
上下に形成されている非磁性導電層（下）（上）を共に
２２オングストロームで形成しているので、図５に示す
ように、フリー磁性層の下側から発生する層間結合磁界
Ｈｂｆ１は２（Ｏｅ）、フリー磁性層よりも上側から発
生する層間結合磁界Ｈｂｆ２は１６（Ｏｅ）になる。ま
た、比較例では、フリー磁性層の上下に形成されている
固定磁性層（下）（上）を共に４０オングストロームで
形成しているので、図６に示すように、固定磁性層
（下）（上）から発せられる作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２は
共に２４（Ｏｅ）であることがわかる。

【００５５】ここで、図１１に示すように、層間結合磁
界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２と、作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２は、
フリー磁性層（符号１）に流入する方向が逆であるか
ら、例えば図示右方向を正の値、図示左方向を負の値と
設定すれば、上述した層間結合磁界Ｈｂｆ１は、＋２
（Ｏｅ）、層間結合磁界Ｈｂｆ２は、＋１６（Ｏｅ）、
作用磁界Ｈｄ１は、−２４（Ｏｅ）、作用磁界Ｈｄ２
は、−２４（Ｏｅ）となる。

【００５６】次に、上下非対称構造のデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子（実施例）の膜構成は、下から、 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ
（２００）／固定磁性層（下）：Ｃｏ（４０）／非磁性
導電層（下）：Ｃｕ（１８）／フリー磁性層：Ｃｏ（１
０）＋ＮｉＦｅ（６０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層
（上）：Ｃｕ（２２）／固定磁性層（上）：Ｃｏ（４
０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（２００）／Ｔａ（５０） とした。なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位は
オングストロームである。この実施例の膜構成では、フ
リー磁性層よりも下側に形成される非磁性導電層（下）
の膜厚を１８オングストロームとし、フリー磁性層より
も上側に形成される非磁性導電層（上）を２２オングス
トロームで形成しており、フリー磁性層を中心としてそ
の上下の積層膜が非対称となっている。またこの膜構成
におけるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合、抵抗
変化率を１６．５％程度にできることが実験によって確
認されている。

【００５７】実施例の膜構成の場合において、前述した
図５、図６のグラフから、層間結合磁界Ｈｂｆ１、Ｈｂ
ｆ２と、作用磁界Ｈｄ１、Ｈｄ２を求めた。

【００５８】実施例の膜構成の場合は、フリー磁性層の
下に形成されている非磁性導電層（下）を１８オングス
トロームで形成しているので、図５に示すように、フリ
ー磁性層の下側から発生する層間結合磁界Ｈｂｆ１は２
０（Ｏｅ）であり、また非磁性導電層（上）を２２オン
グストロームで形成しているので、フリー磁性層の上側
から発生する層間結合磁界Ｈｂｆ２は、１６（Ｏｅ）で
あることがわかる。

【００５９】また、上記膜構成の場合は、フリー磁性層
の上下に形成されている固定磁性層（下）（上）を共に
４０オングストロームで形成しているので、図６に示す
ように、固定磁性層（下）（上）から発せられる作用磁
界Ｈｄ１，Ｈｄ２は共に２４（Ｏｅ）であることがわか
る。

【００６０】この実施例の場合においても、層間結合磁
界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２と、作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２は、
フリー磁性層に流入してくる方向が逆であるから（図２
参照）、層間結合磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２を正の値とす
れば、作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２は負の値であり、従っ
て、上述した層間結合磁界Ｈｂｆ１は、＋２０（Ｏ
ｅ）、層間結合磁界Ｈｂｆ２は、＋１６（Ｏｅ）、作用
磁界Ｈｄ１は、−２４（Ｏｅ）、作用磁界Ｈｄ２は、−
２４（Ｏｅ）となる。

【００６１】上述した比較例（上下対称構造）のデュア
ルスピンバルブ、及び実施例（上下非対称構造）のデュ
アルスピンバルブにおける層間結合磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂ
ｆ２と作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２の値を下記の表１に示
す。

【００６２】

【表１】

【００６３】表１の一番右側の欄には、層間結合磁界Ｈ
ｂｆ１，Ｈｂｆ２と作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２の合計値が
記載されており、比較例の場合は、−３０（Ｏｅ）、実
施例の場合は、−１２（Ｏｅ）となる。すなわち、比較
例のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合は、フリー
磁性層に対し−３０（Ｏｅ）の磁界の影響があり、実施
例のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合は、フリー
磁性層に対し、−１２（Ｏｅ）の磁界の影響があること
を示している。このように実施例では比較例に比べてフ
リー磁性層に作用する磁界の影響が低減されていること
がわかる。

【００６４】次に、前記上下対称構造のデュアルスピン
バルブ型薄膜素子は、図１１に示すように、センス電流
９を流すことによって発生するセンス電流磁界は、フリ
ー磁性層１の下側からＩｓ１として前記フリー磁性層１
に影響を与えており、フリー磁性層１の上側からＩｓ２
として前記フリー磁性層１に影響を与えている。しか
し、上下対称構造であると、前記センス電流磁界Ｉｓ
１，Ｉｓ２は共に同じ強さであり、さらにフリー磁性層
１に流入してくる方向が逆向きであるので、前記センス
電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２どうしは相殺され、フリー磁性
層１に前記センス電流磁界の影響はない。

【００６５】そこで、前記比較例として示した上下対称
構造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の上下に形成さ
れているシールド層までの距離ＧＬ１とＧＬ２を異なる
距離で形成して、センス電流量と、アシンメトリーとの
関係について実験を行った。その実験結果を図７に示
す。なお、図７に示す横軸のセンス電流については、例
えば図１１に示すセンス電流９の向きを、紙面垂直手前
方向とした場合には、前記センス電流値を正の値とし、
紙面垂直奥方向とした場合には、前記センス電流値を負
の値としている。

【００６６】まず、フリー磁性層１の中心からシールド
層１０，１１までの距離を共に１０５０オングストロー
ムで形成すると、図７において（□）で示すように、セ
ンス電流量を変えてもアシンメトリーは一定値をたど
り、−２０％程度のアシンメトリーを改善することが不
可能である。

【００６７】次に、フリー磁性層１の中心から下部シー
ルド層１０までの距離ＧＬ１を１４００オングストロー
ムで形成し、さらにフリー磁性層１の中心から上部シー
ルド層１１までの距離ＧＬ２を７００オングストローム
で形成すると、図７において（●）で示すように、セン
ス電流を流すことによってアシンメトリーは変化し、セ
ンス電流を約６ｍＡとしたとき、アシンメトリーを０％
にできることがわかる。

【００６８】次に、フリー磁性層１の中心から下部シー
ルド層１０までの距離ＧＬ１を７００オングストローム
で形成し、さらにフリー磁性層１の中心から上部シール
ド層１１までの距離ＧＬ２を１４００オングストローム
で形成すると、図７において（○）で示すようにセンス
電流を流すことによってアシンメトリーは変化し、セン
ス電流を約−６ｍＡとしたとき、アシンメトリーを０％
にできることがわかる。

【００６９】一方、上下非対称構造のデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子では、フリー磁性層の中心から下部シー
ルド層までの距離ＧＬ１とフリー磁性層の中心から上部
シールド層までの距離ＧＬ２を異なる値に設定しても、
あるいは、フリー磁性層の中心から下部シールド層まで
の距離ＧＬ１とフリー磁性層の中心から上部シールド層
までの距離ＧＬ２を同じ値に設定しても、アシンメトリ
ーを０％に合わせ込むことが可能となる。

【００７０】スピンバルブ型薄膜素子が、上下非対称構
造であると、フリー磁性層の上側の層に流れるセンス電
流値と、フリー磁性層の下側の層に流れるセンス電流値
が異なり、従って、センス電流磁界Ｉｓ１とＩｓ２に強
さの差が生じ、上下対称構造の場合のように、前記セン
ス電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２どうしは相殺されず、センス
電流Ｉｓ１とセンス電流磁界Ｉｓ２とのベクトル和で求
めることができるセンス電流磁界を、アシンメトリーを
０％に合わせるために用いることが可能になる。実施例
のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の膜構造では、フリ
ー磁性層よりも上側に形成されている非磁性導電層の膜
厚の方が、フリー磁性層よりも下側に形成されている非
磁性導電層の膜厚よりも厚く形成されているので、フリ
ー磁性層の下側の層に比べ、上側の層にセンス電流が多
く流れるようになっている。

【００７１】そこで、図２に示す上下非対称構造（実施
例）のデュアルスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層
２０の中心からシールド層３０，３１までの距離ＧＬ
１，ＧＬ２を異なる値で形成して、センス電流値とアシ
ンメトリーとの関係について実験を行った。その実験結
果を図８に示す。なお、図８に示す横軸のセンス電流に
ついては、例えば図２に示すセンス電流の向きを、紙面
垂直手前方向とした場合には、前記センス電流値を正の
値とし、紙面垂直奥方向とした場合には、前記センス電
流値を負の値としている。

【００７２】なお図８には、上下対称構造のデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子（比較例）であって、フリー磁性
層の中心からシールド層までの距離ＧＬ１，ＧＬ２が同
じ１０５０オングストロームで形成された場合の実験結
果も合わせて載せてある。

【００７３】図８に示すように、上下非対称構造のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子（前記実施例）の場合、フ
リー磁性層２０の中心から下部シールド層３０までの距
離ＧＬ１を１４００オングストロームとし、フリー磁性
層２０の中心から上部シールド層３１までの距離ＧＬ２
を７００オングストロームとした場合、センス電流を約
４ｍＡ流したとき、アシンメトリーを０％にできること
がわかる。

【００７４】また、フリー磁性層２０の中心から下部シ
ールド層３０までの距離ＧＬ１を７００オングストロー
ムとし、フリー磁性層２０の中心から上部シールド層３
１までの距離ＧＬ２を１４００オングストロームとした
場合、センス電流を約−４ｍＡ流したとき、アシンメト
リーを０％にできることがわかる。

【００７５】以上のように、上下対称構造のデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子の場合であっても、上下非対称構
造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子（前記実施例）の
場合であっても、フリー磁性層の中心からシールド層ま
での距離を、前記フリー磁性層の上側と下側で変えるこ
とによって、アシンメトリーを０％に合わせ込むことが
できるが、アシンメトリーを０％にするために必要なセ
ンス電流値は、上下対称構造の場合と上下非対称構造の
場合とでは異なっている。

【００７６】前述のように、前記比較例として示した上
下対称構造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子であっ
て、図７に示すように、ＧＬ１を１４００オングストロ
ームとし、ＧＬ２を７００オングストロームとした場
合、アシンメトリーを０％にするには、６ｍＡのセンス
電流が必要である。

【００７７】一方、上下非対称構造のデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子（実施例）であって、図８に示すよう
に、ＧＬ１を１４００オングストロームとし、ＧＬ２を
７００オングストロームとした場合、アシンメトリーを
０％にするには、４ｍＡのセンス電流が必要である。

【００７８】このように、上下対称構造のデュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子（比較例）の場合は、上下非対称構
造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子（実施例）の場合
よりも２ｍＡ大きいセンス電流磁界を流さないと、アシ
ンメトリーを０％に合わせ込むことができないことにな
る。この２ｍＡのセンス電流値の差は、デュアルスピン
バルブ型薄膜素子を形成する各層の膜厚等によって変わ
るが、上述した比較例及び実施例の膜構成の場合、表１
に示すように、比較例では、層間結合磁界Ｈｂｆ１，Ｈ
ｂｆ２と作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２の合計値が−３０Ｏｅ
であるのに対し、実施例では、層間結合磁界Ｈｂｆ１，
Ｈｂｆ２と作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２の合計値がー２２Ｏ
ｅであり、元々、シールドバイアス磁界によって補うべ
き磁界の絶対値が実施例の場合の方が小さいこと、ま
た、実施例の場合では、センス電流磁界（センス電流磁
界Ｉｓ１とセンス電流磁界Ｉｓ２のベクトル和）が加味
されるから、シールドバイアス磁界（シールドバイアス
磁界Ｓ１とシールドバイアス磁界Ｓ２のベクトル和）と
前記センス電流磁界によってアシンメトリーを０％にす
ることが可能となっている。前記シールドバイアス磁界
と前記センス電流磁界の強さは、共にセンス電流値に依
存しており、また、距離ＧＬ１，ＧＬ２や、センス電流
を流す方向を適正に調整することによって、フリー磁性
層に流入する前記シールドバイアス磁界と前記センス電
流磁界の方向を共に同じにすることができる。シールド
バイアス磁界と前記センス電流磁界の方向を同じにすれ
ば、シールドバイアス磁界のみによって、アシンメトリ
ーを０％に合わせ込むことができた上下対称構造のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子（比較例）の場合に必要な
センス電流量に比べ、小さいセンス電流によって、必要
な磁界量を、シールドバイアス磁界と前記センス電流磁
界の双方によって補うことができる。

【００７９】次に、シールドバイアス磁界を用いず、セ
ンス電流磁界のみによってアシンメトリーを０％とする
ために、図２に示す上下非対称構造（実施例）のデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層２０の中心か
らシールド層３０，３１までの距離ＧＬ１，ＧＬ２を同
じ１０５０オングストロームで形成し、センス電流量
と、アシンメトリーとの関係について実験を行った。そ
の実験結果を図９に示す。なお、図９に示す横軸のセン
ス電流については、例えば図２に示すセンス電流の向き
を、紙面垂直手前方向とした場合には、前記センス電流
値を正の値とし、紙面垂直奥方向とした場合には、前記
センス電流電流値を負の値としている。

【００８０】なお図９には、上下対称構造のデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子（比較例）であって、フリー磁性
層の中心からシールド層までの距離ＧＬ１，ＧＬ２が同
じ１０５０オングストロームで形成された場合の実験結
果も合わせて載せてある。図９に示すように比較例の場
合にあっては、センス電流値を変えても、アシンメトリ
ーは一定値をたどり、前記アシンメトリーは約−２０％
である。

【００８１】上下非対称構造のデュアルスピンバルブ型
薄膜素子では、図２に示すフリー磁性層２０から下部シ
ールド層３０までの距離ＧＬ１とフリー磁性層２０の中
心から上部シールド層３１までの距離ＧＬ２を共に１０
５０オングストロームとし、センス電流値とアシンメト
リーとの関係について測定した。

【００８２】図９に示すように、センス電流値を変える
と、アシンメトリーは変化し、前記センス電流値を約１
０ｍＡにすると、アシンメトリーを０％にできることが
わかる。上述した膜構成で形成された上下非対称構造の
デュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合には、フリー磁
性層よりも上側に形成されている非磁性導電層（上）の
方がフリー磁性層よりも下側に形成されている非磁性導
電層（下）よりも４オングストローム厚く形成されてい
るため、センス電流はフリー磁性層よりも上側に多く流
れることになる。

【００８３】センス電流量を多くすれば、図２に示すフ
リー磁性層２０の上側から発生するセンス電流磁界Ｉｓ
２が、フリー磁性層２０の下側から発生するセンス電流
磁界Ｉｓ１よりも、より大きくなっていく。前記センス
電流磁界Ｉｓ１とセンス電流磁界Ｉｓ２とのベクトル和
で求めることができるセンス電流磁界は、センス電流の
大きさに比例することが、図９からも容易に理解するこ
とができる。

【００８４】このため、センス電流を流す方向と前記セ
ンス電流の大きさを適正に調整すれば、シールドバイア
ス磁界を使用しなくても、上下非対称構造のデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子の場合は、必ず、アシンメトリー
を０％に合わせ込むことが可能である。

【００８５】以上のように本発明では、デュアルスピン
バルブ型薄膜素子を、積極的に上下非対称構造とし、セ
ンス電流を流す方向とその大きさを適正に調節すること
によって、フリー磁性層に影響を与えるすべての磁界を
相殺でき、よってアシンメトリーを０％にすることを可
能にしている。

【００８６】上述した実施例では、フリー磁性層の上下
に形成されている非磁性導電層を異なる膜厚で形成する
ことにより、フリー磁性層の上下を非対称構造としてい
たが、フリー磁性層の上下に形成されているいずれの同
一層を異なる膜厚で形成して、上下非対称構造としても
よい。

【００８７】本発明では、フリー磁性層の上下に形成さ
れている固定磁性層の膜厚を異なる膜厚で形成したり、
前記フリー磁性層の上下に形成されている反強磁性層の
膜厚を異なる膜厚で形成したり、あるいは、フリー磁性
層の下側の反強磁性層の下に形成されている金属下地層
とフリー磁性層の上側の反強磁性層の上に形成されてい
る金属保護層の膜厚を異なる膜厚で形成したりして、ス
ピンバルブ型薄膜素子を上下非対称構造としている。

【００８８】また、フリー磁性層の上下に形成されてい
る１組の同一層を異なる膜厚で形成するのではなく、２
組以上の同一層を異なる膜厚で形成し、スピンバルブ型
薄膜素子を上下非対称構造としてもよい。

【００８９】また、上下対称構造のデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子であっても、フリー磁性層の中心からシー
ルド層までの距離を、フリー磁性層の上下で異なる値と
することで、シールドバイアス磁界を用いることが可能
になり、アシンメトリーを０％に合わせ込むことが可能
である。

【００９０】ところで、図１１に示すようなフリー磁性
層１の中心からシールド層１０，１１までの距離ＧＬ
１，ＧＬ２が同じである上下対称構造のデュアルスピン
バルブ型薄膜素子であっても、デュアルスピンバルブ型
薄膜素子を構成する各層を適正な膜厚で形成すれば、ア
シンメトリーを０％にすることは可能である。例えば、
次のような膜構成の場合である。下から、 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ
（２００）／固定磁性層（下）：Ｃｏ（２０）／非磁性
導電層（下）：Ｃｕ（２０）／フリー磁性層：Ｃｏ（１
０）＋ＮｉＦｅ（６０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層
（上）：Ｃｕ（２０）／固定磁性層（上）：Ｃｏ（２
０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（２００）／Ｔａ（５０） である。なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位は
オングストロームである。この膜構成の場合、図５、６
を参照すると、フリー磁性層よりも下側から作用する層
間結合磁界Ｈｂｆ１は３（Ｏｅ）、作用磁界Ｈｄ１は−
１２（Ｏｅ）、フリー磁性層よりも上側から作用する層
間結合磁界Ｈｂｆ２は２２（Ｏｅ）、作用磁界は−１２
（Ｏｅ）となり、合計値はほぼ０になる。しかしこの膜
構成の場合、アシンメトリーは良好であるが、固定磁性
層（下）（上）の膜厚は２０オングストロームと薄いた
めに、抵抗変化率は７．０％と低くなってしまう（図３
参照）。

【００９１】あるいは、次のような膜構成の場合であっ
てもアシンメトリーは良好である。下から、 Ｓｉ／アルミナ／Ｔａ（５０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ
（２００）／固定磁性層（下）：Ｃｏ（４０）／非磁性
導電層（下）：Ｃｕ（１９）／フリー磁性層：Ｃｏ（１
０）＋ＮｉＦｅ（６０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層
（上）：Ｃｕ（１９）／固定磁性層（上）：Ｃｏ（４
０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（２００）／Ｔａ（５０） である。なお括弧内の数値は膜厚を表しており、単位は
オングストロームである。この膜構成の場合、図５，６
に示すように、フリー磁性層よりも下側から作用する層
間結合磁界Ｈｂｆ１は１０（Ｏｅ）、作用磁界Ｈｄ１は
−２４（Ｏｅ）、フリー磁性層よりも上側から作用する
層間結合磁界Ｈｂｆ２は４０（Ｏｅ）、作用磁界は−２
４（Ｏｅ）であり、合計値はほぼ０になる。しかしこの
膜構成の場合、アシンメトリーは良好であるが、非磁性
導電層（下）（上）の膜厚は１９オングストロームと薄
いために、抵抗変化率は１０．１％とデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子としては、それほど高い抵抗変化率を得
ることができない（図４参照）。

【００９２】すなわち、本発明では、デュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子の最大の特徴である高抵抗変化率を維持
しつつ、同時に、アシンメトリーを０％にすることを目
的としており、このため、まず高い抵抗変化率を得るこ
とができる各層の膜厚を選んで、フリー磁性層の上下を
非対称構造にし、これによって、従来利用することので
きなかったセンス電流磁界を積極的に利用できるように
なり、アシンメトリーを０％に合わせることが可能にな
る。

【００９３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明おけるスピンバル
ブ型薄膜素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）を記
録媒体との対向面側から見た断面図である。

【００９４】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子１９の
下側には、ギャップ層（図示しない）を介して下部シー
ルド層３０が形成されており、また前記スピンバルブ型
薄膜素子の上側には、ギャップ層（図示しない）を介し
て上部シールド層３１が形成されている。

【００９５】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子１９の
最も下に形成されているのは、Ｔａ（タンタル）などの
非磁性導電材材料で形成された金属下地層３２である。

【００９６】そして前記金属下地層３２の上に、反強磁
性層（下）２５、固定磁性層（下）２３、非磁性導電層
（下）２１、及びフリー磁性層２０が連続して積層され
ており、さらに前記フリー磁性層２０の上に、非磁性導
電層（上）２２、固定磁性層（上）２４、反強磁性層
（上）２６、及びＴａなどで形成された金属保護層３３
が連続して積層されている。前記金属下地層３２は、反
強磁性層（下）２５の結晶配向性を整えるためと、前記
反強磁性層（下）２５の酸化防止のために設けられてい
る。金属保護層３３は、反強磁性層（上）２６の酸化防
止のために設けられている。

【００９７】また図１に示すように、金属下地層３２か
ら金属保護層３３までの積層体のい両側にハードバイア
ス層３４，３４および導電層３５，３５が積層されてい
る。

【００９８】本発明では、前記反強磁性層（下）２５、
（上）２６がＰｔＭｎ（白金ーマンガン）合金膜により
形成されている。ＰｔＭｎ合金膜は、従来から反強磁性
材料として使用されているＦｅＭｎ合金膜、ＮｉＭｎ合
金膜などに比べてブロッキング温度が高く、耐熱性に優
れているなどを特性を有している。またＰｔＭｎ合金に
代えてＸ−Ｍｎ合金（Ｘ＝Ｐｄ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒ
ｈ）、あるいはＰｔ−Ｍｎ−Ｘ系合金（Ｘ＝Ｎｉ，Ｐ
ｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｃｏ）を反強磁性層２５
（下）、２６（上）として使用してもよい。

【００９９】次に本発明では、固定磁性層２３（下）、
２４（上）は、ＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜、Ｃｏ
ＦｅＮｉ合金膜、Ｃｏ膜などで形成されている。フリー
磁性層２０は、固定磁性層２３、２４と同じ材質で形成
されていてもよいが、より抵抗変化率を向上させるに
は、前記フリー磁性層２０をＣｏ膜−ＮｉＦｅ膜−Ｃｏ
膜の３層構造で形成することが好ましい。

【０１００】また、非磁性導電層（下）２１，（上）２
２はＣｕ膜、前記ハードバイアス層３４，３４は例えば
ＣｏＰｔ（コバルト−白金）合金膜やＣｏＣｒＰｔ（コ
バルト−クロム−白金）合金膜、さらに導電層３５，３
５はＣｒ（クロム）やＣｕ（銅）などにより形成されて
いる。また、下部シールド層３０、及び上部シールド層
３１はＮｉＦｅ合金膜で形成され、ギャップ層（図示し
ない）はアルミナ膜で形成されている。

【０１０１】図１に示すように、固定磁性層（下）２
３，（上）２４は反強磁性層（下）２５，（上）２６と
接して形成され、この状態で図示Ｙ方向（ハイト方向；
記録媒体からの漏れ磁界方向）に磁場をかけながら、熱
処理が施されることにより、両層の界面で交換結合磁界
が得られ、前記固定磁性層（下）２３，（上）２４の磁
化がＹ方向に固定される。

【０１０２】また前記ハードバイアス層３４，３４は図
示Ｘ方向（トラック幅方向）に磁化されており、フリー
磁性層２０の磁化は前記ハードバイアス層３４，３４か
らのバイアス磁界の影響を受けて、図示Ｘ方向に揃えら
れる。

【０１０３】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
導電層３５，３５から固定磁性層（下）２３，（上）２
４、非磁性導電層（下）２１，（上）２２およびフリー
磁性層２０に定常電流（センス電流）が与えられ、しか
も記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられると、フリー磁
性層２０の磁化方向がＸ方向からＹ方向へ向けて変化す
る。このとき、フリー磁性層２０と固定磁性層（下）２
３，（上）２４のうち片方の層から他方の層へ移動しよ
うとする電子が、非磁性導電層（下）２１，（上）２２
と固定磁性層（下）２３，（上）２４との界面、または
非磁性導電層（下）２１，（上）２２とフリー磁性層２
０との界面で散乱を起こし、電気抵抗が変化する。よっ
て定常電流が変化し、検出出力を得ることができる。

【０１０４】ところで本発明では、図１に示すように、
フリー磁性層２０の下側に形成されている非磁性導電層
（下）２１は、その膜厚がｈ４で形成され、具体的に
は、１６〜３８オングストロームの範囲内で形成されて
いる。またフリー磁性層２０の上側に形成されている非
磁性導電層（上）２２は、その膜厚がｈ５で形成され、
具体的には、１９〜３８オングストロームの範囲内で形
成されている。また、フリー磁性層２０の下側に形成さ
れている固定磁性層（下）２３は、その膜厚がｈ６で形
成され、具体的には、１５〜８０オングストロームの範
囲内で形成されている。さらにフリー磁性層２０よりも
上側に形成されている固定磁性層（上）２４は、その膜
厚がｈ７で形成され、具体的には、１５〜８０オングス
トロームの範囲内で形成されている。

【０１０５】さらに、フリー磁性層２０よりも下側に形
成されている反強磁性層（下）２５は、その膜厚がｈ８
で形成され、フリー磁性層２０よりも上側に形成されて
いる反強磁性層（上）２６は、その膜厚がｈ９で形成さ
れている。

【０１０６】また、フリー磁性層２０の下側の反強磁性
層（下）２５の下に形成されている金属下地層３２は、
その膜厚がｈ１０で形成され、フリー磁性層２０の上側
の反強磁性層（上）２６の上に形成されている金属保護
層３３は、その膜厚がｈ１１で形成されている。

【０１０７】非磁性導電層（下）２１，（上）２２及び
固定磁性層（下）２３，（上）２４が上述した膜厚範囲
内で形成され、しかも反強磁性層（下）２５，（上）２
６が２００オングストローム程度で形成されることによ
り、４％以上の抵抗変化率が得られることが実験により
確認されている（図３，４参照）。なお４％の抵抗変化
率は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフ
リー磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるシングルス
ピンバルブ型薄膜素子の場合の平均的な抵抗変化率であ
り、本発明によれば、少なくともシングルスピンバルブ
型薄膜素子の抵抗変化率よりも大きい抵抗変化率を得る
ことが可能である。

【０１０８】また図１に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、フリー磁性層２０の上下に形成されている非磁性導
電層（下）２１，（上）２２が異なる膜厚で形成されて
おり、フリー磁性層２０を中心にしてその上下の積層膜
が非対称構造で形成されている。

【０１０９】また本発明では、フリー磁性層２０の上下
に形成されている固定磁性層（下）２３，（上）２４が
異なる膜厚で形成されていてもよいし、また、フリー磁
性層２０の上下に形成されている反強磁性層（下）２
５，（上）２６が異なる膜厚で形成されていてもよい
し、さらには、フリー磁性層２０の下側に形成されてい
る金属下地層３２と、フリー磁性層２０の上側に形成さ
れている金属保護層３３とが異なる膜厚で形成されてい
てもよい。

【０１１０】すなわち本発明では、フリー磁性層２０の
上下に形成されている少なくとも１組の同一層が異なる
膜厚で形成されており、これにより、フリー磁性層２０
の上下の積層膜が非対称構造となっている。

【０１１１】次にフリー磁性層２０に流入する様々な磁
界について図２を参照しながら、以下に説明する。

【０１１２】まず、図２に示すように、固定磁性層
（下）２３，（上）２４から、非磁性導電層（下）２
１，（上）２２を介してフリー磁性層２０には、層間結
合磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２が働いている。この層間結合
磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２は、非磁性導電層（下）２１，
（上）２２の膜厚を変化させると、強さが変わることが
実験により確認されている（図５参照）。また、仮に、
非磁性導電層（下）２３，（上）２４の膜厚が同じであ
る場合、フリー磁性層２０よりも下側で作用する層間結
合磁界Ｈｂｆ１の方が、フリー磁性層２０よりも上側で
作用する層間結合磁界Ｈｂｆ２に比べて小さくなること
が図５から見てわかる。

【０１１３】また図２に示すように、固定磁性層（下）
２３，（上）２４の磁化は、記録媒体Ｄから離れる方向
（図示右方向、ハイト方向）に固定されており、固定磁
性層（下）２３，（上）２４からは、フリー磁性層２０
に直接、作用磁界（反磁界）Ｈｄ１，Ｈｄ２が働いてい
る。

【０１１４】この作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２は、固定磁性
層（下）２３，（上）２４の膜厚に依存することが実験
により確認されている（図６参照）。さらに図６に示す
ように、仮に固定磁性層（下）２３，（上）２４の膜厚
が共に同じ膜厚である場合、作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２は
共に同じ強さであることがわかる。

【０１１５】さらに、導電層３５，３５（図１参照）か
らは、センス電流３６（図２参照）が、固定磁性層
（下）２３，（上）２４の磁化方向と交叉する方向、例
えば図２に示すように、紙面垂直上方向に流れる。この
センス電流３６は主に、比抵抗の小さい非磁性導電層
（下）２３，（上）２４を中心にして流れる。

【０１１６】センス電流３６が流れることにより、右ね
じの法則によってセンス電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２が発生
する。センス電流３６が、図２の紙面垂直上方向に流れ
ると、フリー磁性層２０よりも下層から発生するセンス
電流磁界Ｉｓ１は、フリー磁性層２０に、図示右方向か
ら流入し、またフリー磁性層２０よりも上層から発生す
るセンス電流磁界Ｉｓ２は、フリー磁性層２０に図示左
方向から流入する。さらに、スピンバルブ型薄膜素子の
フリー磁性層２０の中心から、ＧＬ１離れた下側に下部
シールド層３０が形成され、さらに、前記フリー磁性層
２０の中心から、ＧＬ２離れた上側に上部シールド層３
１が形成されており、前記センス電流磁界の影響を受け
て、前記下部シールド層３０からはフリー磁性層２０
に、シールドバイアス磁界Ｓ１が、上部シールド層３１
からはフリー磁性層２０に、シールドバイアス磁界Ｓ２
が、それぞれ働いている。

【０１１７】ここでフリー磁性層２０に対し、図示右方
向へ流入する磁界を正の値、図示左方向へ流入する磁界
を負の値と定めると、図２に示す層間結合磁界Ｈｂｆ
１，Ｈｂｆ２、センス電流磁界Ｉｓ２、及びシールドバ
イアス磁界Ｓ２は、正の値、図２に示す作用磁界Ｈｄ
１，Ｈｄ２、センス電流磁界Ｉｓ１、及びシールドバイ
アス磁界Ｓ１は負の値となる。

【０１１８】フリー磁性層２０に流入する全ての磁界の
合計値が０になれば、アシンメトリーを０％にできる
が、本発明では、スピンバルブ型薄膜素子の構造を上下
非対称構造にすることで、それを可能にしている。

【０１１９】詳述すれば、上下非対称構造にすること
で、フリー磁性層２０よりも下層からのセンス電流磁界
Ｉｓ１の強さとフリー磁性層２０の上層からのセンス電
流Ｉｓ２の強さが異なる値になり、センス電流量を増や
せば、前記センス電流Ｉｓ１とＩｓ２との差を大きくで
き、このセンス電流磁界Ｉｓ１とＩｓ２とのベクトル和
によるセンス電流磁界を、フリー磁性層２０に作用させ
ることが可能である。

【０１２０】例えば図２に示すスピンバルブ型薄膜素子
の場合、ＧＬ１とＧＬ２が同じ値であると、シールドバ
イアス磁界Ｓ１とＳ２は同じ強さになり、またフリー磁
性層２０に流入する方向も反対向きであるので、前記シ
ールドバイアス磁界Ｓ１，Ｓ２どうしは相殺される。す
なわち、アシンメトリーを０％に合わせ込むには、層間
結合磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２、作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ
２、及びセンス電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２のベクトル和が
０となるようにしなければならない。ここで、層間結合
磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂｆ２と作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２のベ
クトル和が０にならず、例えば、前記ベクトル和が、フ
リー磁性層２０に対し、図示左方向（負の値）の成分を
有しているとすると、前記ベクトル和と同じ強さであっ
て、フリー磁性層２０に対し、図示右方向（正の値）の
磁界を、前記フリー磁性層２０に流入すれば、アシンメ
トリーを０％に合わせ込むことが可能である。

【０１２１】図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
非磁性導電層（上）２２の方が、非磁性導電層（下）に
比べ、膜厚が厚く形成されており、しかも、センス電流
３６は紙面垂直上方向に流れているので、センス電流磁
界Ｉｓ２の方がセンス電流磁界Ｉｓ１よりも強く、フリ
ー磁性層２０に図示右方向へのセンス電流磁界（センス
電流磁界Ｉｓ１（ベクトル値）＋センス電流磁界Ｉｓ２
（ベクトル値））を流入させることができる。センス電
流量を増やせば、センス電流磁界Ｉｓ１，Ｉｓ２の差は
大きくなり、あるセンス電流量で、センス電流磁界（セ
ンス電流磁界Ｉｓ１（ベクトル値）＋センス電流磁界Ｉ
ｓ２（ベクトル値））と、層間結合磁界Ｈｂｆ１，Ｈｂ
ｆ２と作用磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２のベクトル和とを一致さ
せることができ、アシンメトリーを０％に合わせ込むこ
とができる。

【０１２２】図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
非磁性導電層（下）２１，（上）２２の膜厚を異なる膜
厚で形成することによって、フリー磁性層２０の上下の
積層膜を非対称構造にしているが、非磁性導電層（下）
２１，（上）２２以外の、フリー磁性層２０の上下に形
成されている一組の同一層、あるいは二組以上の同一層
を異なる膜厚で形成することによって、スピンバルブ型
薄膜素子を上下非対称構造にし、センス電流磁界を利用
して、アシンメトリーを０に合わせ込むことが可能であ
る。

【０１２３】以上のように本発明では、デュアルスピン
バルブ型薄膜素子を上下非対称構造にし、且つ、前記デ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子を構成する各層を適正な
膜厚で形成することによって、少なくともシングルスピ
ンバルブ型薄膜素子の抵抗変化率（約４％）よりも大き
い抵抗変化率を得ることができるようにし、同時に、セ
ンス電流の方向と大きさを適正に調整することによっ
て、アシンメトリーを０％に合わせることが可能であ
る。

【０１２４】図２に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素
子では、フリー磁性層２０の中心から下部シールド層３
０までの距離ＧＬ１と、フリー磁性層２０の中心から上
部シールド層３１までの距離ＧＬ２は、同じ距離で形成
されているが、この距離ＧＬ１とＧＬ２とを異なる値で
形成することによって、シールドバイアス磁界をフリー
磁性層２０に作用させることが可能である。

【０１２５】例えば、図２に示すフリー磁性層２０の中
心から下部シールド層３０までの距離ＧＬ１と、フリー
磁性層２０の中心から上部シールド層３１までの距離Ｇ
Ｌ２とを異なる値で形成すると、下部シールド層３０か
らフリー磁性層２０に作用するシールドバイアス磁界Ｓ
１と、上部シールド層３１からフリー磁性層２０に作用
するシールドバイアス磁界Ｓ２とが異なる強さになり、
前記シールドバイアス磁界Ｓ１，Ｓ２のベクトル和で求
めることができるシールドバイアス磁界を、アシンメト
リーを０％に合わせるために使用することができる。例
えば、フリー磁性層２０の中心から下部シールド層３０
までの距離ＧＬ１を、フリー磁性層２０の中心から上部
シールド層３１までの距離ＧＬ２よりも短くすれば、下
部シールド層３０からフリー磁性層２０に作用するシー
ルドバイアス磁界Ｓ１の方が、上部シールド層３１から
フリー磁性層２０に作用するシールドバイアス磁界Ｓ２
よりも強くなり、図示左方向へのシールドバイアス磁界
（シールドバイアス磁界Ｓ１（ベクトル和）＋シールド
バイアス磁界Ｓ２（ベクトル和））をフリー磁性層２０
に流入させることができる。また、フリー磁性層２０の
中心から上部シールド層３１までの距離ＧＬ２を、フリ
ー磁性層２０の中心から上部シールド層３０までの距離
ＧＬ１よりも短くすれば、上部シールド層３１からフリ
ー磁性層２０に作用するシールドバイアス磁界Ｓ１の方
が、下部シールド層３０からフリー磁性層２０に作用す
るシールドバイアス磁界Ｓ２よりも強くなり、図示右方
向へのシールドバイアス磁界（シールドバイアス磁界Ｓ
１（ベクトル和）＋シールドバイアス磁界Ｓ２（ベクト
ル和））をフリー磁性層２０に流入させることができ
る。

【０１２６】すなわち、フリー磁性層２０の中心から下
部シールド層３０までの距離ＧＬ１と、フリー磁性層２
０の中心から上部シールド層３１までの距離ＧＬ２を異
なる値で形成することにより、センス電流磁界のみなら
ず、シールドバイアス磁界をも、アシンメトリーを０％
に合わせるために用いることができる。特に、シールド
バイアス磁界を使用できる最大のメリットは、センス電
流磁界のみによってアシンメトリーを０％に合わせるの
に必要なセンス電流量よりも、小さいセンス電流量で、
アシンメトリーを０％に合わせることができる点にあ
る。

【０１２７】例えば、図２に示すセンス電流３６を紙面
垂直上方向に１０ｍＡ流すことによって、上下非対称構
造であるスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層２０に
図示右方向に、ある一定のセンス電流磁界（センス電流
磁界Ｉｓ１（ベクトル値）＋センス電流磁界Ｉｓ２（ベ
クトル値））を発生させ、アシンメトリーを０％に合わ
せることが可能であるとする。この場合、フリー磁性層
２０の中心から上部シールド層３１までの距離ＧＬ２
を、フリー磁性層２０の中心から下部シールド層３０ま
での距離ＧＬ１よりも短くすると、シールドバイアス磁
界Ｓ２の方が、シールドバイアス磁界Ｓ１よりも強くな
り、フリー磁性層２０には、前述したセンス電流磁界と
同一方向である図示右方向のシールドバイアス磁界（シ
ールドバイアス磁界Ｓ１（ベクトル値）＋シールドバイ
アス磁界Ｓ２（ベクトル値））が作用する。このため、
センス電流量を１０ｍＡよりも小さくし、図示右方向に
作用するセンス電流磁界の強さを弱めても、その弱くな
った分の磁界の強さを、図示右方向に作用するシールド
バイアス磁界によって補うことができ、アシンメトリー
を０％に合わせ込むことが可能である。このように、セ
ンス電流量を小さくできれば、発熱量などを抑制できる
効果がある。

【０１２８】また、従来のように上下対称構造のスピン
バルブ型薄膜素子であると、アシンメトリーを０％に合
わせるために、センス電流磁界を使用できないが、前記
センス電流磁界に代わって、シールドバイアス磁界によ
って、アシンメトリーを０％に合わせることができる。

【０１２９】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、フリー磁
性層の上下に形成されている一組の同一層、あるいは二
組以上の同一層を異なる膜厚で形成することにより、フ
リー磁性層の上下を非対称構造にし、センス電流の大き
さ及び流す方向を適正に調整することによって、アシン
メトリーを０％に合わせることができる。

【０１３０】特に本発明によれば、スピンバルブ型薄膜
素子を構成する各層の膜厚を、抵抗変化率が高くなるよ
うに任意に決定し、これにより、フリー磁性層の上下が
非対称構造であれば、前述のように、センス電流の大き
さ及び流す方向を適正に調整することによって、アシン
メトリーを０％に合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子（デュ
アルスピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面側
から見た断面図、

【図２】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の縦断面を
模式図的に示した図、

【図３】デュアルスピンバルブ型薄膜素子を構成する非
磁性導電層（下）（上）の膜厚と抵抗変化率との関係を
示すグラフ、

【図４】デュアルスピンバルブ型薄膜素子を構成する固
定磁性層（下）（上）の膜厚と抵抗変化率との関係を示
すグラフ、

【図５】下配置シングルスピンバルブ型薄膜素子、及び
上配置シングルスピンバルブ型薄膜素子を構成する各非
磁性導電層の膜厚と、層間結合磁界Ｈｂｆとの関係を示
すグラフ、

【図６】デュアルスピンバルブ型薄膜素子を構成する固
定磁性層（下）（上）の膜厚と、各固定磁性層からの作
用磁界Ｈｄとの関係を示すグラフ、

【図７】上下対称構造のデュアルスピンバルブ型薄膜素
子（比較例）を形成し、前記デュアルスピンバルブ型薄
膜素子のフリー磁性層の中心からシールド層までの距離
ＧＬ１，ＧＬ２を異なる値、あるいは同じ値で形成した
場合における、センス電流とアシンメトリーとの関係を
示すグラフ、

【図８】上下非対称構造のデュアルスピンバルブ型薄膜
素子（実施例）を形成し、前記デュアルスピンバルブ型
薄膜素子のフリー磁性層の中心からシールド層までの距
離ＧＬ１，ＧＬ２を異なる値で形成した場合における、
センス電流とアシンメトリーとの関係を示すグラフ、

【図９】上下非対称構造のデュアルスピンバルブ型薄膜
素子（実施例）を形成し、前記デュアルスピンバルブ型
薄膜素子のフリー磁性層の中心からシールド層までの距
離ＧＬ１，ＧＬ２を同じ値で形成した場合における、セ
ンス電流とアシンメトリーとの関係を示すグラフ、

【図１０】従来におけるスピンバルブ型薄膜素子（デュ
アルスピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面側
から見た断面図、

【図１１】図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子の縦断
面を模式図的に示した図、

【符号の説明】

２０ フリー磁性層 ２１ 非磁性導電層（下） ２２ 非磁性導電層（上） ２３ 固定磁性層（下） ２４ 固定磁性層（上） ２５ 反強磁性層（下） ２６ 反強磁性層（上） ３０ 下部シールド層 ３１ 上部シールド層 ３２ 金属下地層 ３３ 金属保護層 ３４ ハードバイアス層 ３５ 導電層 ３６ センス電流 Ｈｂｆ１、Ｈｂｆ２ 層間結合磁界 Ｈｄ１、Ｈｄ２ 作用磁界 Ｉｓ１、Ｉｓ２ センス電流磁界 Ｓ１、Ｓ２ シールドバイアス磁界 ＧＬ１、ＧＬ２ （フリー磁性層の中心からシールド層
までの）距離

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フリー磁性層と、前記フリー磁性層の上
   下に形成された非磁性導電層と、一方の非磁性導電層の
   上及び他方の非磁性導電層の下に形成され、磁化方向が
   固定されている固定磁性層と、一方の固定磁性層の上及
   び他方の固定磁性層の下に形成された反強磁性層とを有
   し、前記固定磁性層の固定磁化と交叉する方向にセンス
   電流が与えられ、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層
   の変動磁化との関係によって電気抵抗が変化するスピン
   バルブ型薄膜素子において、 前記非磁性導電層は、前記フリー磁性層の上側と下側と
   で膜厚が異なり、さらに、前記反強磁性層又は前記固定
   磁性層のうち、少なくとも一方は、前記フリー磁性層の
   上側と下側とで膜厚が異なり、 フリー磁性層よりも下側に形成された固定磁性層と非磁
   性導電層間の層間結合による磁界の強さをＨｂｆ１（ベ
   クトル値）、フリー磁性層よりも上側に形成された固定
   磁性層と非磁性導電層間の層間結合による磁界の強さを
   Ｈｂｆ２（ベクトル値）とし、フリー磁性層よりも下側
   に形成された固定磁性層からフリー磁性層に流入する作
   用磁界の強さをＨｄ１（ベクトル値）、フリー磁性層よ
   りも上側に形成された固定磁性層からフリー磁性層に流
   入する作用磁界の強さをＨｄ２（ベクトル値）とし、さ
   らに、フリー磁性層の下側の層から、前記フリー磁性層
   に流入する電流磁界の強さをＩｓ１（ベクトル値）、フ
   リー磁性層の上側の層から、前記フリー磁性層に流入す
   る電流磁界の強さをＩｓ２（ベクトル値）とし、また前
   記スピンバルブ型薄膜素子の下側にギャップ層を介して
   形成されている下部シールド層から、前記フリー磁性層
   に流入するシールドバイアス磁界の強さをＳ１（ベクト
   ル値）、スピンバルブ型薄膜素子の上側にギャップ層を
   介して形成されている上部シールド層から、前記フリー
   磁性層に流入するシールドバイアス磁界の強さをＳ２
   （ベクトル値）とした場合に、 Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２のベクトル和及びＨｄ１＋Ｈｄ２の
   ベクトル和が０以外の値を示し、かつＨｂｆ１＋Ｈｂｆ
   ２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ２＋Ｉｓ１＋Ｉｓ２＋Ｓ１＋Ｓ２のベ
   クトル和が０となることを特徴とするスピンバルブ型薄
   膜素子。
2. 【請求項２】 フリー磁性層の下側に形成される非磁性
   導電層の膜厚は、１６オングストローム以上３８オング
   ストローム以下で形成され、フリー磁性層の上側に形成
   される非磁性導電層の膜厚は、１９オングストローム以
   上３８オングストローム以下である請求項１に記載のス
   ピンバルブ型薄膜素子。
3. 【請求項３】 フリー磁性層の上下に形成される固定磁
   性層の膜厚は共に、１５オングストローム以上８０オン
   グストローム以下で形成される請求項１または請求項２
   に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
4. 【請求項４】 フリー磁性層の中心から、スピンバルブ
   型薄膜素子よりも下側に形成されたシールド層までの距
   離と、フリー磁性層の中心から、前記スピンバルブ型薄
   膜素子よりも上側に形成されたシールド層までの距離と
   を異ならせ、センス電流量とセンス電流を流す方向によ
   って、Ｈｂｆ１＋Ｈｂｆ２＋Ｈｄ１＋Ｈｄ２＋Ｉｓ１＋
   Ｉｓ２＋Ｓ１＋Ｓ２のベクトル和が０となるように調整
   される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスピ
   ンバルブ型薄膜素子。