JP2001250208A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
- Y10T29/49021—Magnetic recording reproducing transducer [e.g., tape head, core, etc.]
- Y10T29/49032—Fabricating head structure or component thereof
- Y10T29/49048—Machining magnetic material [e.g., grinding, etching, polishing]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 第１の強磁性層を単磁区化し、磁壁が生じる
ことを防止する。 【解決手段】 ＴＭＲ薄膜３の両端部に、高い抵抗値を
有する硬磁性材料によってバイアス層４を形成する。こ
のため、センス電流がバイアス層４に分流することがな
くなる。そして、ＴＭＲ薄膜３に対して十分にバイアス
磁界を印加することが可能となる。このことにより、フ
リー層１３が単磁区化するため、磁壁の発生を防止でき
る。
ことを防止する。 【解決手段】 ＴＭＲ薄膜３の両端部に、高い抵抗値を
有する硬磁性材料によってバイアス層４を形成する。こ
のため、センス電流がバイアス層４に分流することがな
くなる。そして、ＴＭＲ薄膜３に対して十分にバイアス
磁界を印加することが可能となる。このことにより、フ
リー層１３が単磁区化するため、磁壁の発生を防止でき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果薄膜
と、上記磁気抵抗効果薄膜の両端部に形成されている硬
磁性層と、上記磁気抵抗効果薄膜の両主面側に形成され
ている電極層とを備える磁気抵抗効果素子に関する。
と、上記磁気抵抗効果薄膜の両端部に形成されている硬
磁性層と、上記磁気抵抗効果薄膜の両主面側に形成され
ている電極層とを備える磁気抵抗効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスク装置、及び磁気テープ装
置などの高密度磁気記録再生装置においては、磁気抵抗
効果薄膜（以下、ＭＲ薄膜と称する。）の磁気抵抗効果
を利用して、磁気記録媒体に記録された情報信号を読み
とる磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドと称
する。）が広く用いられている。
置などの高密度磁気記録再生装置においては、磁気抵抗
効果薄膜（以下、ＭＲ薄膜と称する。）の磁気抵抗効果
を利用して、磁気記録媒体に記録された情報信号を読み
とる磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドと称
する。）が広く用いられている。
【０００３】このＭＲヘッドとしては、一対の磁気シー
ルド部材間に磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と称す
る。）が設けられた、いわゆるシールド型ＭＲヘッドの
実用化が進んでいる。
ルド部材間に磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と称す
る。）が設けられた、いわゆるシールド型ＭＲヘッドの
実用化が進んでいる。
【０００４】上述したＭＲ薄膜には、異方性磁気抵抗効
果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto-Resistive Effect）
を示すもの、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magnet
o-Resistive Effect）を示すもの、トンネル接合型磁気
抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-Resistive Effe
ct）を示すものなどがある。
果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto-Resistive Effect）
を示すもの、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magnet
o-Resistive Effect）を示すもの、トンネル接合型磁気
抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-Resistive Effe
ct）を示すものなどがある。
【０００５】このうち、トンネル接合型磁気抵抗効果を
利用したＭＲ薄膜（以下、ＴＭＲ薄膜と称する。）は、
反強磁性材料によって形成された磁化固定層と、強磁性
材料によって形成されたピン層と、非磁性非導電性材料
によって形成されたトンネル障壁層と、強磁性材料によ
って形成されたフリー層とが順次形成された構造とされ
ている。
利用したＭＲ薄膜（以下、ＴＭＲ薄膜と称する。）は、
反強磁性材料によって形成された磁化固定層と、強磁性
材料によって形成されたピン層と、非磁性非導電性材料
によって形成されたトンネル障壁層と、強磁性材料によ
って形成されたフリー層とが順次形成された構造とされ
ている。
【０００６】このＴＭＲ薄膜に対して略垂直方向にセン
ス電流を流すと、トンネル障壁層内に、一方の強磁性層
から他方の強磁性層に向かっていわゆるトンネル電流が
流れる。この現象をトンネル接合型磁気抵抗効果と称す
る。ＴＭＲ薄膜を利用したＭＲ素子（以下、ＴＭＲ素子
と称する。）では、外部磁界に応じてフリー層の磁化が
変化し、トンネル電流のコンダクタンスが変化する。そ
して、このトンネル電流のコンダクタンスを測定するこ
とによって外部磁界の検出を行う。
ス電流を流すと、トンネル障壁層内に、一方の強磁性層
から他方の強磁性層に向かっていわゆるトンネル電流が
流れる。この現象をトンネル接合型磁気抵抗効果と称す
る。ＴＭＲ薄膜を利用したＭＲ素子（以下、ＴＭＲ素子
と称する。）では、外部磁界に応じてフリー層の磁化が
変化し、トンネル電流のコンダクタンスが変化する。そ
して、このトンネル電流のコンダクタンスを測定するこ
とによって外部磁界の検出を行う。
【０００７】上述したトンネル電流のコンダクタンス
は、２つの強磁性層の磁化方向の相対角度に依存して変
化する。上記ＴＭＲ薄膜においては、２つの強磁性層の
磁化の分極率から磁気抵抗比を理論的に算出する事がで
きる。このため、ＴＭＲ素子はＭＲヘッドの材料として
注目を集めている。
は、２つの強磁性層の磁化方向の相対角度に依存して変
化する。上記ＴＭＲ薄膜においては、２つの強磁性層の
磁化の分極率から磁気抵抗比を理論的に算出する事がで
きる。このため、ＴＭＲ素子はＭＲヘッドの材料として
注目を集めている。
【０００８】また、巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲ薄
膜（以下、ＧＭＲ薄膜と称する。）のうち、スピンバル
ブ膜は、反強磁性材料によって形成された磁化固定層
と、強磁性材料によって形成されたピン層と、非磁性導
電性材料によって形成された中間層と、強磁性材料によ
って形成されたフリー層とが順次形成された構造とされ
ている。
膜（以下、ＧＭＲ薄膜と称する。）のうち、スピンバル
ブ膜は、反強磁性材料によって形成された磁化固定層
と、強磁性材料によって形成されたピン層と、非磁性導
電性材料によって形成された中間層と、強磁性材料によ
って形成されたフリー層とが順次形成された構造とされ
ている。
【０００９】ＧＭＲ素子に対して外部磁界が印加される
と、外部磁界の向きと強さとに応じてフリー層の磁化が
決まる。スピンバルブ膜は、ピン層の磁化方向とフリー
層の磁化方向とが１８０゜異なるときに電気抵抗が最大
となり、ピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向とが同
一となるときに電気抵抗が最小となる。このため、スピ
ンバルブ膜は、印加された外部磁界に応じて電気抵抗が
変化する。そして、この抵抗変化を読み取ることによっ
て外部磁界の検出を行う。
と、外部磁界の向きと強さとに応じてフリー層の磁化が
決まる。スピンバルブ膜は、ピン層の磁化方向とフリー
層の磁化方向とが１８０゜異なるときに電気抵抗が最大
となり、ピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向とが同
一となるときに電気抵抗が最小となる。このため、スピ
ンバルブ膜は、印加された外部磁界に応じて電気抵抗が
変化する。そして、この抵抗変化を読み取ることによっ
て外部磁界の検出を行う。
【００１０】ところで、ＭＲヘッドにおいては、バルク
ハウゼンノイズを抑制するために磁区制御を行い、ＭＲ
薄膜におけるフリー層を単磁区化することが重要とな
る。
ハウゼンノイズを抑制するために磁区制御を行い、ＭＲ
薄膜におけるフリー層を単磁区化することが重要とな
る。
【００１１】異方性磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッ
ド、及び巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッド１００
は、図１６に示すように、基板１０１上に、下部磁気シ
ールド層１０２ａと、下部ギャップ層１０３ａとが順次
形成されている。下部ギャップ層１０３ａ上に、ＭＲ薄
膜１０４が形成されており、ＭＲ薄膜１０４の両端部に
は、一対のバイアス層１０５が形成されている。ＭＲ薄
膜１０４及びバイアス層１０５の上には、上部ギャップ
層１０３ｂと、上部磁気シールド層１０２ｂとが形成さ
れている。
ド、及び巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッド１００
は、図１６に示すように、基板１０１上に、下部磁気シ
ールド層１０２ａと、下部ギャップ層１０３ａとが順次
形成されている。下部ギャップ層１０３ａ上に、ＭＲ薄
膜１０４が形成されており、ＭＲ薄膜１０４の両端部に
は、一対のバイアス層１０５が形成されている。ＭＲ薄
膜１０４及びバイアス層１０５の上には、上部ギャップ
層１０３ｂと、上部磁気シールド層１０２ｂとが形成さ
れている。
【００１２】そして、ＭＲ薄膜１０４に対してバイアス
磁界を印加するバイアス層１０５をＭＲ薄膜１０４の両
端部に設けることによって、ＭＲ薄膜１０４におけるフ
リー層を単磁区化している。このバイアス層１０５は、
ＣｏＰｔなどの導電性を有する硬磁性材料により形成さ
れている。
磁界を印加するバイアス層１０５をＭＲ薄膜１０４の両
端部に設けることによって、ＭＲ薄膜１０４におけるフ
リー層を単磁区化している。このバイアス層１０５は、
ＣｏＰｔなどの導電性を有する硬磁性材料により形成さ
れている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＭＲ
薄膜を使用したＭＲヘッド（以下、ＴＭＲヘッドと称す
る。）は、基板上に、下部磁気シールド層と、下部ギャ
ップ層と、ＴＭＲ薄膜と、上部ギャップ層と、上部磁気
シールド層とを順次積層した構造を有している。そし
て、下部磁気シールド層、下部ギャップ層、上部ギャッ
プ層、及び上部磁気シールド層が電極を兼ねている。
薄膜を使用したＭＲヘッド（以下、ＴＭＲヘッドと称す
る。）は、基板上に、下部磁気シールド層と、下部ギャ
ップ層と、ＴＭＲ薄膜と、上部ギャップ層と、上部磁気
シールド層とを順次積層した構造を有している。そし
て、下部磁気シールド層、下部ギャップ層、上部ギャッ
プ層、及び上部磁気シールド層が電極を兼ねている。
【００１４】そして、ＴＭＲ薄膜の膜面に対して略垂直
方向にセンス電流を流し、このときにＴＭＲ薄膜におけ
るトンネル障壁層を流れるトンネル電流のコンダクタン
スを測定して磁気信号の読みとりを行っている。
方向にセンス電流を流し、このときにＴＭＲ薄膜におけ
るトンネル障壁層を流れるトンネル電流のコンダクタン
スを測定して磁気信号の読みとりを行っている。
【００１５】上述したバイアス層１０５は、ＣｏＰｔな
どの導電性を有する硬磁性材料によって形成されてい
る。このため、ＴＭＲヘッドにおいてバイアス層をＴＭ
Ｒ薄膜の両端部に設けた場合には、センス電流がバイア
ス層へ分流してしまい、磁気信号の読みとりが困難とな
る。このため、ＴＭＲヘッドにおいては、ＭＲ薄膜の両
端部にバイアス層を設けることによって磁区制御を行う
ことは適当ではない。
どの導電性を有する硬磁性材料によって形成されてい
る。このため、ＴＭＲヘッドにおいてバイアス層をＴＭ
Ｒ薄膜の両端部に設けた場合には、センス電流がバイア
ス層へ分流してしまい、磁気信号の読みとりが困難とな
る。このため、ＴＭＲヘッドにおいては、ＭＲ薄膜の両
端部にバイアス層を設けることによって磁区制御を行う
ことは適当ではない。
【００１６】また、ＧＭＲ薄膜を利用したＭＲヘッド
（以下、ＧＭＲヘッドと称する。）として、近年、図１
７及び図１８に示すように、ＧＭＲ薄膜の両主面上に電
極層の役割を兼用するギャップ層及びシールド層を形成
した、いわゆるＣＰＰ（current perpendicular to the
plane）配置を有するＧＭＲヘッド（以下、ＣＰＰ−Ｇ
ＭＲヘッドと称する。）が提案されている。
（以下、ＧＭＲヘッドと称する。）として、近年、図１
７及び図１８に示すように、ＧＭＲ薄膜の両主面上に電
極層の役割を兼用するギャップ層及びシールド層を形成
した、いわゆるＣＰＰ（current perpendicular to the
plane）配置を有するＧＭＲヘッド（以下、ＣＰＰ−Ｇ
ＭＲヘッドと称する。）が提案されている。
【００１７】ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは、基板上に、下部
磁気シールド層と、下部ギャップ層と、ＧＭＲ薄膜と、
上部ギャップ層と、上部磁気シールド層とが順次積層さ
れた構造とされており、下部磁気シールド層、下部ギャ
ップ層、上部ギャップ層、及び上部磁気シールド層が電
極層を兼ねている。
磁気シールド層と、下部ギャップ層と、ＧＭＲ薄膜と、
上部ギャップ層と、上部磁気シールド層とが順次積層さ
れた構造とされており、下部磁気シールド層、下部ギャ
ップ層、上部ギャップ層、及び上部磁気シールド層が電
極層を兼ねている。
【００１８】そして、ＧＭＲ薄膜の膜面に対して略垂直
方向にセンス電流を流し、このときにＧＭＲ薄膜におけ
る中間層を流れる電流のコンダクタンスを測定して磁気
信号の読みとりを行っている。
方向にセンス電流を流し、このときにＧＭＲ薄膜におけ
る中間層を流れる電流のコンダクタンスを測定して磁気
信号の読みとりを行っている。
【００１９】上述したように、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは
ＧＭＲ薄膜に対して垂直にセンス電流を流す構造とされ
ているため、ＧＭＲ薄膜に対して平行に電流を流したと
きよりも抵抗変化率が大きくなる。また、電極層がシー
ルド層と兼用とされているため、狭ギャップ化したとき
に電極層とシールド層とを絶縁させることを考慮する必
要がなくなる。また、電極層がギャップ層及びシールド
層と兼用とされているため、製造工程が簡略化される。
このため、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは、磁気ヘッドとして
注目を集めている。
ＧＭＲ薄膜に対して垂直にセンス電流を流す構造とされ
ているため、ＧＭＲ薄膜に対して平行に電流を流したと
きよりも抵抗変化率が大きくなる。また、電極層がシー
ルド層と兼用とされているため、狭ギャップ化したとき
に電極層とシールド層とを絶縁させることを考慮する必
要がなくなる。また、電極層がギャップ層及びシールド
層と兼用とされているため、製造工程が簡略化される。
このため、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは、磁気ヘッドとして
注目を集めている。
【００２０】しかし、この場合においてもＴＭＲヘッド
と同様に、バイアス層をＧＭＲ薄膜の両端部に設けた場
合にはセンス電流がバイアス層へ分流してしまい、磁気
信号の読みとりが困難となる。このため、ＣＰＰ−ＧＭ
Ｒヘッドにおいても、ＭＲ薄膜の両端部に導電性の高い
バイアス層を設けることによってフリー層の磁区制御を
行うことは適当ではない。
と同様に、バイアス層をＧＭＲ薄膜の両端部に設けた場
合にはセンス電流がバイアス層へ分流してしまい、磁気
信号の読みとりが困難となる。このため、ＣＰＰ−ＧＭ
Ｒヘッドにおいても、ＭＲ薄膜の両端部に導電性の高い
バイアス層を設けることによってフリー層の磁区制御を
行うことは適当ではない。
【００２１】上述した問題点を解決するために、ＴＭＲ
ヘッド及びＣＰＰ−ＧＭＲヘッドにおいては、ＭＲ薄膜
の両端部に絶縁層を形成した後にバイアス層を形成する
方法が採用されている。しかしながら、この場合にはＭ
Ｒ薄膜に対して十分なバイアス磁界を印加することが不
可能となり、フリー層における磁区制御が不十分とな
る。
ヘッド及びＣＰＰ−ＧＭＲヘッドにおいては、ＭＲ薄膜
の両端部に絶縁層を形成した後にバイアス層を形成する
方法が採用されている。しかしながら、この場合にはＭ
Ｒ薄膜に対して十分なバイアス磁界を印加することが不
可能となり、フリー層における磁区制御が不十分とな
る。
【００２２】また、ＭＲ薄膜のフリー層のみに接触する
ようにバイアス層を形成する方法も採用されているが、
後述するような問題点が生じてしまう。以下では、ＣＰ
Ｐ−ＧＭＲヘッドを例に挙げて、ＭＲ薄膜のフリー層の
みに接触するようにバイアス層を形成した例、及びその
ときに生じる問題点について述べる。
ようにバイアス層を形成する方法も採用されているが、
後述するような問題点が生じてしまう。以下では、ＣＰ
Ｐ−ＧＭＲヘッドを例に挙げて、ＭＲ薄膜のフリー層の
みに接触するようにバイアス層を形成した例、及びその
ときに生じる問題点について述べる。
【００２３】下部磁気シールド層側にピン層が形成され
ており、その上にフリー層が形成されているいわゆるボ
トム型のＧＭＲ薄膜１１０を使用してＣＰＰ−ＧＭＲヘ
ッド１１１を作製したときにこの方法を採用した場合、
ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは図１７に示すような構造とされ
る。
ており、その上にフリー層が形成されているいわゆるボ
トム型のＧＭＲ薄膜１１０を使用してＣＰＰ−ＧＭＲヘ
ッド１１１を作製したときにこの方法を採用した場合、
ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは図１７に示すような構造とされ
る。
【００２４】ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１１１は、図１７に
示すように、基板１１２上に、下部磁気シールド層１１
３ａと、下部ギャップ層１１４ａとが順次積層されてい
る。下部ギャップ層１１４ａ上には、磁化固定層１１５
と、ピン層１１６と、中間層１１７とが形成されてい
る。この両端部には、非磁性層１１８が形成されてい
る。このとき、非磁性層１１８と中間層１１７とが略同
一面を形成するようにする。中間層１１７上には、フリ
ー層１１９と、保護層１２０とが中間層１１７より小さ
い幅で順次積層されている。この両端部には、一対のバ
イアス層１２１が形成されている。保護層１２０と、バ
イアス層１２１との上には、上部ギャップ層１１４ｂ
と、上部磁気シールド層１１３ｂとが順次積層されてい
る。
示すように、基板１１２上に、下部磁気シールド層１１
３ａと、下部ギャップ層１１４ａとが順次積層されてい
る。下部ギャップ層１１４ａ上には、磁化固定層１１５
と、ピン層１１６と、中間層１１７とが形成されてい
る。この両端部には、非磁性層１１８が形成されてい
る。このとき、非磁性層１１８と中間層１１７とが略同
一面を形成するようにする。中間層１１７上には、フリ
ー層１１９と、保護層１２０とが中間層１１７より小さ
い幅で順次積層されている。この両端部には、一対のバ
イアス層１２１が形成されている。保護層１２０と、バ
イアス層１２１との上には、上部ギャップ層１１４ｂ
と、上部磁気シールド層１１３ｂとが順次積層されてい
る。
【００２５】また、下部磁気シールド層側にフリー層が
形成されており、その上にピン層が形成されているいわ
ゆるトップ型のＧＭＲ薄膜１３０を使用してＣＰＰ−Ｇ
ＭＲヘッド１３１を作製したときにこの方法を採用した
場合、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは図１８に示すような構造
とされる。
形成されており、その上にピン層が形成されているいわ
ゆるトップ型のＧＭＲ薄膜１３０を使用してＣＰＰ−Ｇ
ＭＲヘッド１３１を作製したときにこの方法を採用した
場合、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは図１８に示すような構造
とされる。
【００２６】ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド１３１は、図１８に
示すように、基板１３２上に、下部磁気シールド層１３
３ａと、下部ギャップ層１３４ａとが順次積層されてい
る。下部ギャップ層１３４ａ上には、下地層１３５と、
フリー層１３６とが順次積層されている。この両端部に
は、一対のバイアス層１３７が形成されている。このと
き、フリー層１３６と、バイアス層１３７とは略同一面
を形成している。フリー層１３６の上には、中間層１３
８と、ピン層１３９と、磁化固定層１４０と、保護層１
４１とが順次積層されている。この両端部には、一対の
非磁性層１４２が形成されている。保護層１４１と、非
磁性層１４２との上には、上部ギャップ層１３４ｂと、
上部磁気シールド層１３３ｂとが順次積層されている。
示すように、基板１３２上に、下部磁気シールド層１３
３ａと、下部ギャップ層１３４ａとが順次積層されてい
る。下部ギャップ層１３４ａ上には、下地層１３５と、
フリー層１３６とが順次積層されている。この両端部に
は、一対のバイアス層１３７が形成されている。このと
き、フリー層１３６と、バイアス層１３７とは略同一面
を形成している。フリー層１３６の上には、中間層１３
８と、ピン層１３９と、磁化固定層１４０と、保護層１
４１とが順次積層されている。この両端部には、一対の
非磁性層１４２が形成されている。保護層１４１と、非
磁性層１４２との上には、上部ギャップ層１３４ｂと、
上部磁気シールド層１３３ｂとが順次積層されている。
【００２７】しかしながら、この場合にも、バイアス層
１２１にセンス電流が分流してしまう。また、製造工程
が複雑化するために生産性が低下する。
１２１にセンス電流が分流してしまう。また、製造工程
が複雑化するために生産性が低下する。
【００２８】そこで、本発明は、上述したような従来の
実状に鑑みて提案されたものであり、硬磁性層が磁気抵
抗効果薄膜の両端部に形成されると共に、電極層が磁気
抵抗効果薄膜の両主面側に形成されたときにも、硬磁性
層に分流する電流を減らすことが可能であり、再生動作
が安定である磁気抵抗効果素子を提供することを目的と
する。
実状に鑑みて提案されたものであり、硬磁性層が磁気抵
抗効果薄膜の両端部に形成されると共に、電極層が磁気
抵抗効果薄膜の両主面側に形成されたときにも、硬磁性
層に分流する電流を減らすことが可能であり、再生動作
が安定である磁気抵抗効果素子を提供することを目的と
する。
【００２９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、感磁部である
磁気抵抗効果薄膜と、上記磁気抵抗効果薄膜の両端部に
形成され、磁気抵抗効果薄膜に対してバイアス磁界を印
加する硬磁性層と、上記磁気抵抗効果薄膜の両主面側に
形成され、磁気抵抗効果薄膜に対して電流を供給する電
極層とを備え、上記硬磁性層は、０．５Ωｃｍ以上の電
気抵抗を有する材料によって形成されていることを特徴
とする。
めに、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、感磁部である
磁気抵抗効果薄膜と、上記磁気抵抗効果薄膜の両端部に
形成され、磁気抵抗効果薄膜に対してバイアス磁界を印
加する硬磁性層と、上記磁気抵抗効果薄膜の両主面側に
形成され、磁気抵抗効果薄膜に対して電流を供給する電
極層とを備え、上記硬磁性層は、０．５Ωｃｍ以上の電
気抵抗を有する材料によって形成されていることを特徴
とする。
【００３０】以上のように構成された磁気抵抗効果素子
は、硬磁性層が磁気抵抗効果薄膜の両端部に形成される
と共に、電極層が磁気抵抗効果薄膜層の両主面側に形成
されたときにも、硬磁性層に分流する電流が少なく、硬
磁性層が磁気抵抗効果薄膜に対してバイアス磁界を印加
することが可能となる。
は、硬磁性層が磁気抵抗効果薄膜の両端部に形成される
と共に、電極層が磁気抵抗効果薄膜層の両主面側に形成
されたときにも、硬磁性層に分流する電流が少なく、硬
磁性層が磁気抵抗効果薄膜に対してバイアス磁界を印加
することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、ま
ず、図１に示すような、トンネル接合型磁気抵抗効果を
有する磁気抵抗効果素子１（以下、ＴＭＲ素子１と称す
る。）を備える磁気抵抗効果型磁気ヘッド２（以下、Ｔ
ＭＲヘッド２と称する。）について説明する。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、ま
ず、図１に示すような、トンネル接合型磁気抵抗効果を
有する磁気抵抗効果素子１（以下、ＴＭＲ素子１と称す
る。）を備える磁気抵抗効果型磁気ヘッド２（以下、Ｔ
ＭＲヘッド２と称する。）について説明する。
【００３２】なお、以下の説明で用いる図面は、各部の
特徴をわかりやすく図示するために特徴となる部分を拡
大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が実
際と同じであるとは限らない。また、以下ではＴＭＲヘ
ッド２を構成する各層の構成や材料等について例示する
が、本発明は、例示するＴＭＲヘッド２に限定されるも
のではなく、所望とする目的や性能に応じて各層の構成
や材料等を選択すればよい。
特徴をわかりやすく図示するために特徴となる部分を拡
大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が実
際と同じであるとは限らない。また、以下ではＴＭＲヘ
ッド２を構成する各層の構成や材料等について例示する
が、本発明は、例示するＴＭＲヘッド２に限定されるも
のではなく、所望とする目的や性能に応じて各層の構成
や材料等を選択すればよい。
【００３３】ＴＭＲ素子１は、図１に示すように、トン
ネル接合型磁気抵抗効果薄膜３（以下、ＴＭＲ薄膜３と
称する。）と、ＴＭＲ薄膜３の両端部に形成された一対
のバイアス層４とから形成されている。
ネル接合型磁気抵抗効果薄膜３（以下、ＴＭＲ薄膜３と
称する。）と、ＴＭＲ薄膜３の両端部に形成された一対
のバイアス層４とから形成されている。
【００３４】ＴＭＲヘッド２は、図１に示すように、基
板５上に、下部磁気シールド層６ａと、下部ギャップ層
７ａとが形成されている。下部ギャップ層７ａ上には、
ＴＭＲ素子１が形成されている。ＴＭＲ素子１上には、
上部ギャップ層７ｂと、上部磁気シールド層６ｂとが順
次積層されている。
板５上に、下部磁気シールド層６ａと、下部ギャップ層
７ａとが形成されている。下部ギャップ層７ａ上には、
ＴＭＲ素子１が形成されている。ＴＭＲ素子１上には、
上部ギャップ層７ｂと、上部磁気シールド層６ｂとが順
次積層されている。
【００３５】ＴＭＲ薄膜３は感磁部であり、外部磁界を
感知する。ＴＭＲ薄膜３は、磁化固定層１０と、ピン層
１１と、トンネル障壁層１２と、フリー層１３と、保護
層１４とが順次積層された構造とされている。
感知する。ＴＭＲ薄膜３は、磁化固定層１０と、ピン層
１１と、トンネル障壁層１２と、フリー層１３と、保護
層１４とが順次積層された構造とされている。
【００３６】磁化固定層１０は、後述するピン層１１と
交換結合をすることで、ピン層１１の磁化を固定する。
磁化固定層１０は、反強磁性材料によって形成される。
具体的な材料の例としては、ＲｈＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐｔ
Ｍｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎなどが挙げられる。
交換結合をすることで、ピン層１１の磁化を固定する。
磁化固定層１０は、反強磁性材料によって形成される。
具体的な材料の例としては、ＲｈＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐｔ
Ｍｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎなどが挙げられる。
【００３７】ピン層１１は、磁化固定層１０との交換結
合によって磁化の方向が固定されている。ピン層１１
は、強磁性体によって形成される。具体的な材料の例と
しては、Ｃｏ、ＣｏＦｅなどが挙げられる。
合によって磁化の方向が固定されている。ピン層１１
は、強磁性体によって形成される。具体的な材料の例と
しては、Ｃｏ、ＣｏＦｅなどが挙げられる。
【００３８】トンネル障壁層１２は、ＴＭＲ薄膜３に対
してセンス電流を流したときに、トンネル電流が流れる
部位である。なお、センス電流はＴＭＲ薄膜５の主面に
対して垂直に流れる。ＴＭＲヘッド２では、このトンネ
ル電流のコンダクタンスを検出することによって、外部
磁界の検出を行う。
してセンス電流を流したときに、トンネル電流が流れる
部位である。なお、センス電流はＴＭＲ薄膜５の主面に
対して垂直に流れる。ＴＭＲヘッド２では、このトンネ
ル電流のコンダクタンスを検出することによって、外部
磁界の検出を行う。
【００３９】トンネル障壁層１２は、非磁性であり且つ
絶縁性である金属材料によって形成されている。具体的
な材料の例としては、Ａｌ2Ｏ3が挙げられるが、トンネ
ル電流が流れる材料であれば特に限定されない。
絶縁性である金属材料によって形成されている。具体的
な材料の例としては、Ａｌ2Ｏ3が挙げられるが、トンネ
ル電流が流れる材料であれば特に限定されない。
【００４０】フリー層１３は、外部磁界によって磁化が
変化する部位であり、強磁性材料によって形成されてい
る。具体的な材料の例としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅな
どが挙げられる。
変化する部位であり、強磁性材料によって形成されてい
る。具体的な材料の例としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅな
どが挙げられる。
【００４１】保護層１４は、ＴＭＲ薄膜３における比抵
抗の増加を防止する。また、フリー層１３における結晶
配向性を向上させる。保護層１４は、非磁性非導電性で
ある金属材料によって形成されている。具体的な材料の
例としては、Ｔａが挙げられる。
抗の増加を防止する。また、フリー層１３における結晶
配向性を向上させる。保護層１４は、非磁性非導電性で
ある金属材料によって形成されている。具体的な材料の
例としては、Ｔａが挙げられる。
【００４２】バイアス層４は、ＴＭＲ薄膜３に対してバ
イアス磁界を印加することによってＴＭＲ薄膜３におけ
るフリー層１３の磁区を単磁区化し、磁壁の発生を防止
するための機能を有している。バイアス層４は、それぞ
れＴＭＲ薄膜３の長手方向の両端部に、高い抵抗値を有
する硬磁性材料によって形成されている。この硬磁性材
料は、以下に述べる理由により抵抗値が０．５Ω以上で
あることが望ましい。
イアス磁界を印加することによってＴＭＲ薄膜３におけ
るフリー層１３の磁区を単磁区化し、磁壁の発生を防止
するための機能を有している。バイアス層４は、それぞ
れＴＭＲ薄膜３の長手方向の両端部に、高い抵抗値を有
する硬磁性材料によって形成されている。この硬磁性材
料は、以下に述べる理由により抵抗値が０．５Ω以上で
あることが望ましい。
【００４３】先ず、図２及び図３に示すように、ＴＭＲ
素子１に流れるセンス電流ａをＩとしたときにＴＭＲ薄
膜３に流れる電流ｂをＩ１とし、ＴＭＲ薄膜３にかかる
抵抗をＲ１とする。また、バイアス層４に流れる電流ｃ
をＩ２とし、バイアス層４に対してかかる抵抗をＲ２と
する。そして、ＴＭＲ素子１全体にかかる電圧ｄをＶｂ
とすると、以下に示す数式１が成立する。
素子１に流れるセンス電流ａをＩとしたときにＴＭＲ薄
膜３に流れる電流ｂをＩ１とし、ＴＭＲ薄膜３にかかる
抵抗をＲ１とする。また、バイアス層４に流れる電流ｃ
をＩ２とし、バイアス層４に対してかかる抵抗をＲ２と
する。そして、ＴＭＲ素子１全体にかかる電圧ｄをＶｂ
とすると、以下に示す数式１が成立する。
【００４４】
【数１】
【００４５】Ｉ１とＩの比は、以下に示す数式２の通り
となる。
となる。
【００４６】
【数２】
【００４７】次に、ＴＭＲ薄膜３の幅ｅを１μｍとし、
奥行きｆを１μｍとし、厚さｇを４０ｎｍとする。ま
た、バイアス層４の幅ｈ１、ｈ２をそれぞれ（Ｌ２）／
２μｍとし、比抵抗をそれぞれρ２Ωｃｍとすると、Ｒ
２は以下に示す数式３の通りとなる。
奥行きｆを１μｍとし、厚さｇを４０ｎｍとする。ま
た、バイアス層４の幅ｈ１、ｈ２をそれぞれ（Ｌ２）／
２μｍとし、比抵抗をそれぞれρ２Ωｃｍとすると、Ｒ
２は以下に示す数式３の通りとなる。
【００４８】
【数３】
【００４９】Ｒ１は３０Ωであることがわかっているの
で、数式３の結果と共に数式１に代入すると、以下に示
す数式４が成立する。
で、数式３の結果と共に数式１に代入すると、以下に示
す数式４が成立する。
【００５０】
【数４】
【００５１】Ｌ２は通常約１０ｎｍであるため、これを
代入すると以下に示す数式５が成立する。
代入すると以下に示す数式５が成立する。
【００５２】
【数５】
【００５３】ＴＭＲ素子１には、センス電流の４０％以
上が流れることが望ましいので、以下の数式６に示す条
件が必要とされる。
上が流れることが望ましいので、以下の数式６に示す条
件が必要とされる。
【００５４】
【数６】
【００５５】数式５及び数式６から、以下に示す数式７
が成立する。
が成立する。
【００５６】
【数７】
【００５７】数式７より、以下に示す数式８の結果が導
かれる。
かれる。
【００５８】
【数８】
【００５９】このような理由により、硬磁性材料は０．
５Ω以上の抵抗値を有することが望ましい。なお、上述
した式変形においては、厚さ５ｎｍのＴａ上に、磁化固
定層１０となる厚さ２０ｎｍのＰｔＭｎと、ピン層１１
となる厚さ５ｎｍのＣｏＦｅと、トンネル障壁層１２と
なる厚さ１ｎｍの酸化アルミニウムと、フリー層１３と
なる厚さ４ｎｍのＣｏＦｅと、保護層１４となる５ｎｍ
の厚さのＴａとを順次積層した構造を有するＴＭＲ薄膜
３における数値を使用した。
５Ω以上の抵抗値を有することが望ましい。なお、上述
した式変形においては、厚さ５ｎｍのＴａ上に、磁化固
定層１０となる厚さ２０ｎｍのＰｔＭｎと、ピン層１１
となる厚さ５ｎｍのＣｏＦｅと、トンネル障壁層１２と
なる厚さ１ｎｍの酸化アルミニウムと、フリー層１３と
なる厚さ４ｎｍのＣｏＦｅと、保護層１４となる５ｎｍ
の厚さのＴａとを順次積層した構造を有するＴＭＲ薄膜
３における数値を使用した。
【００６０】上述したように、０．５Ω以上の抵抗値を
有する硬磁性材料としては、酸化されている硬磁性材
料、及びＣｏ−Ｆｅ−ＭｇＦ2が挙げられる。酸化され
ている硬磁性材料としては、特にＦｅ2Ｏ3、Ｃｏ−γＦ
ｅ2Ｏ3などが望ましい。また、Ｃｏ−Ｆｅ−ＭｇＦ
2は、例えば同時スパッタリングによってＣｏが約３５
％となるように成膜されることが望ましい。Ｃｏが約３
５％であるときには、約１０4Ωｃｍという非常に大き
な比抵抗が得られ、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3によってバイアス
層４を形成したときと同程度の特性を得ることが可能と
なる。
有する硬磁性材料としては、酸化されている硬磁性材
料、及びＣｏ−Ｆｅ−ＭｇＦ2が挙げられる。酸化され
ている硬磁性材料としては、特にＦｅ2Ｏ3、Ｃｏ−γＦ
ｅ2Ｏ3などが望ましい。また、Ｃｏ−Ｆｅ−ＭｇＦ
2は、例えば同時スパッタリングによってＣｏが約３５
％となるように成膜されることが望ましい。Ｃｏが約３
５％であるときには、約１０4Ωｃｍという非常に大き
な比抵抗が得られ、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3によってバイアス
層４を形成したときと同程度の特性を得ることが可能と
なる。
【００６１】ここで、バイアス層４が０．５Ω以上の抵
抗値を有する材料によって形成されているために、下部
磁気シールド層６ａ及び上部磁気シールド層６ｂや、下
部ギャップ層７ａ及び上部ギャップ層７ｂから供給され
たセンス電流が、バイアス層４に分流することを防ぐこ
とができる。
抗値を有する材料によって形成されているために、下部
磁気シールド層６ａ及び上部磁気シールド層６ｂや、下
部ギャップ層７ａ及び上部ギャップ層７ｂから供給され
たセンス電流が、バイアス層４に分流することを防ぐこ
とができる。
【００６２】基板５は、高硬度非磁性材料によって形成
されている。具体的な材料としては、例えばアルミナ−
チタン−カーバイド（アルチック）などが挙げられる。
基板５は、平面形状が略長方形の薄板形状に成形されて
なる。
されている。具体的な材料としては、例えばアルミナ−
チタン−カーバイド（アルチック）などが挙げられる。
基板５は、平面形状が略長方形の薄板形状に成形されて
なる。
【００６３】下部磁気シールド層６ａ及び上部磁気シー
ルド層６ｂ（以下、磁気シールド層６と総称する。）
は、磁気記録媒体からの信号磁界のうち再生対象外の信
号磁界が、ＴＭＲ薄膜３に引き込まれないように機能す
る。すなわち、再生の対象外の信号磁界は、磁気シール
ド層６により導かれ、再生の対象となる信号磁界だけが
ＴＭＲ薄膜３に導かれる。これにより、ＴＭＲ薄膜３に
おける高周波数特性及び読取分解能の向上が図られてい
る。また、磁気シールド層６は、ＴＭＲ薄膜３に対して
センス電流を供給する電極層を兼ねている。
ルド層６ｂ（以下、磁気シールド層６と総称する。）
は、磁気記録媒体からの信号磁界のうち再生対象外の信
号磁界が、ＴＭＲ薄膜３に引き込まれないように機能す
る。すなわち、再生の対象外の信号磁界は、磁気シール
ド層６により導かれ、再生の対象となる信号磁界だけが
ＴＭＲ薄膜３に導かれる。これにより、ＴＭＲ薄膜３に
おける高周波数特性及び読取分解能の向上が図られてい
る。また、磁気シールド層６は、ＴＭＲ薄膜３に対して
センス電流を供給する電極層を兼ねている。
【００６４】磁気シールド層６は、導電性を有する軟磁
性材料によって形成されている。このような材料の例と
しては、パーマロイ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＮｂＴａ、セ
ンダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金）などが挙げられる。
性材料によって形成されている。このような材料の例と
しては、パーマロイ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＮｂＴａ、セ
ンダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金）などが挙げられる。
【００６５】下部ギャップ層７ａ及び上部ギャップ層７
ｂ（以下、ギャップ層７と称する。）は、非磁性非導電
性材料によって薄膜状に形成されている。ギャップ層７
が存在することによって、磁気シールド層６と、ＴＭＲ
薄膜３との絶縁性が保たれる。また、ギャップ層７は、
磁気シールド層６と共に、ＴＭＲ薄膜３に対してセンス
電流を供給する電極層を兼ねている。
ｂ（以下、ギャップ層７と称する。）は、非磁性非導電
性材料によって薄膜状に形成されている。ギャップ層７
が存在することによって、磁気シールド層６と、ＴＭＲ
薄膜３との絶縁性が保たれる。また、ギャップ層７は、
磁気シールド層６と共に、ＴＭＲ薄膜３に対してセンス
電流を供給する電極層を兼ねている。
【００６６】ギャップ層７は、導電性をもつ非磁性材料
から形成される。具体的な材料の例としては、Ｔａ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどが挙げられる。
から形成される。具体的な材料の例としては、Ｔａ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどが挙げられる。
【００６７】ＴＭＲ素子１は、ＭＲ薄膜６におけるピン
層１１と、フリー層１３との磁化方向の相対角度に依存
して、トンネル障壁層１２に流れるトンネル電流のコン
ダクタンスが変化することを利用して、外部磁界を検出
している。外部磁界を検出する具体的な原理は以下の通
りである。
層１１と、フリー層１３との磁化方向の相対角度に依存
して、トンネル障壁層１２に流れるトンネル電流のコン
ダクタンスが変化することを利用して、外部磁界を検出
している。外部磁界を検出する具体的な原理は以下の通
りである。
【００６８】ピン層１１は磁化方向が固定されており、
フリー層１３は磁化方向が変化自在である。ＴＭＲ素子
１には、ＴＭＲ薄膜３に対して垂直な方向にセンス電流
が流されている。外部磁界が生じると、ピン層１１の磁
化方向に対してフリー層１３の磁化方向が変化し、トン
ネル障壁層１２に流れるトンネル電流のコンダクタンス
が変化する。そして、トンネル電流のコンダクタンスの
変化を測定する。このことによって外部磁界を検出す
る。
フリー層１３は磁化方向が変化自在である。ＴＭＲ素子
１には、ＴＭＲ薄膜３に対して垂直な方向にセンス電流
が流されている。外部磁界が生じると、ピン層１１の磁
化方向に対してフリー層１３の磁化方向が変化し、トン
ネル障壁層１２に流れるトンネル電流のコンダクタンス
が変化する。そして、トンネル電流のコンダクタンスの
変化を測定する。このことによって外部磁界を検出す
る。
【００６９】ＴＭＲヘッド２においては、上述したよう
に外部磁界を検出することによって、磁気記録媒体など
の記録媒体に記録された情報の再生を行う。
に外部磁界を検出することによって、磁気記録媒体など
の記録媒体に記録された情報の再生を行う。
【００７０】以上の説明からも明らかなように、ＴＭＲ
素子１は、バイアス層４が０．５Ω以上の抵抗値を有す
る材料によって形成されているために、バイアス層４に
分流するセンス電流を減らすことができる。
素子１は、バイアス層４が０．５Ω以上の抵抗値を有す
る材料によって形成されているために、バイアス層４に
分流するセンス電流を減らすことができる。
【００７１】また、ＴＭＲ素子１は、硬磁性材料で形成
されているバイアス層４をＴＭＲ薄膜３の両端部に形成
することが可能となるために、フリー層１３に対して十
分なバイアス磁界が印加される。そして、フリー層１３
は単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。このためにＴ
ＭＲ素子１は、バルクハウゼンノイズを防ぐことが可能
となる。
されているバイアス層４をＴＭＲ薄膜３の両端部に形成
することが可能となるために、フリー層１３に対して十
分なバイアス磁界が印加される。そして、フリー層１３
は単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。このためにＴ
ＭＲ素子１は、バルクハウゼンノイズを防ぐことが可能
となる。
【００７２】つぎに、図４に示すような、巨大磁気抵抗
効果を有する磁気抵抗効果素子２０（以下、ＧＭＲ素子
２０と称する。）を備え、センス電流がＧＭＲ薄膜に対
して垂直に流される磁気抵抗効果型磁気ヘッド２１（以
下、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２１と称する。）について説
明する。
効果を有する磁気抵抗効果素子２０（以下、ＧＭＲ素子
２０と称する。）を備え、センス電流がＧＭＲ薄膜に対
して垂直に流される磁気抵抗効果型磁気ヘッド２１（以
下、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２１と称する。）について説
明する。
【００７３】ＧＭＲ素子２０は、図４に示すように、ス
ピンバルブ膜２２と、その両端部に形成されている一対
のバイアス層２３とから構成されている。
ピンバルブ膜２２と、その両端部に形成されている一対
のバイアス層２３とから構成されている。
【００７４】ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド２１は、図４に示す
ように、基板２４上に、下部磁気シールド層２５ａと、
下部ギャップ層２６ａとが順次積層されている。そし
て、下部ギャップ層２６ａ上には、ＧＭＲ素子２０が形
成されている。ＧＭＲ素子２０の上には、上部ギャップ
層２６ｂと、下部磁気シールド層２５ｂとが順次積層さ
れている。
ように、基板２４上に、下部磁気シールド層２５ａと、
下部ギャップ層２６ａとが順次積層されている。そし
て、下部ギャップ層２６ａ上には、ＧＭＲ素子２０が形
成されている。ＧＭＲ素子２０の上には、上部ギャップ
層２６ｂと、下部磁気シールド層２５ｂとが順次積層さ
れている。
【００７５】スピンバルブ膜２２は感磁部であり、外部
磁界を感知する。スピンバルブ膜２２は、磁化固定層３
０と、ピン層３１と、中間層３２と、フリー層３３と、
保護層３４とが順次積層された構造とされている。
磁界を感知する。スピンバルブ膜２２は、磁化固定層３
０と、ピン層３１と、中間層３２と、フリー層３３と、
保護層３４とが順次積層された構造とされている。
【００７６】磁化固定層３０は、後述するピン層３１と
交換結合をすることで、ピン層３１の磁化を固定する。
磁化固定層３０は、反強磁性材料の単層膜、多層膜、合
金によって形成される。具体的な材料の例としては、Ｒ
ｈＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、Ｐ
ｔＰｄＭｎなどが挙げられる。
交換結合をすることで、ピン層３１の磁化を固定する。
磁化固定層３０は、反強磁性材料の単層膜、多層膜、合
金によって形成される。具体的な材料の例としては、Ｒ
ｈＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、Ｐ
ｔＰｄＭｎなどが挙げられる。
【００７７】ピン層３１は、磁化固定層３０との交換結
合によって磁化の方向が固定されている。ピン層３１
は、強磁性材料の単層膜、多層膜、合金によって形成さ
れる。具体的な材料の例としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｒｕ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどが挙げられる。
合によって磁化の方向が固定されている。ピン層３１
は、強磁性材料の単層膜、多層膜、合金によって形成さ
れる。具体的な材料の例としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｒｕ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどが挙げられる。
【００７８】中間層３２は、ピン層３１とフリー層３２
とを静磁結合させる。また、この中間層３２が形成され
ることにより、スピンバルブ膜２２に巨大磁気抵抗効果
が現れる。中間層３２は、導電性を有する非磁性材料の
単層膜、多層膜、合金によって形成されている。具体的
な材料の例としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｕなどが挙
げられる。
とを静磁結合させる。また、この中間層３２が形成され
ることにより、スピンバルブ膜２２に巨大磁気抵抗効果
が現れる。中間層３２は、導電性を有する非磁性材料の
単層膜、多層膜、合金によって形成されている。具体的
な材料の例としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｕなどが挙
げられる。
【００７９】フリー層３３は、外部磁界によって磁化が
変化する部位であり、強磁性材料の単層膜、多層膜、合
金によって形成されている。具体的な材料の例として
は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒ
ｕなどが挙げられる。
変化する部位であり、強磁性材料の単層膜、多層膜、合
金によって形成されている。具体的な材料の例として
は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒ
ｕなどが挙げられる。
【００８０】保護層３４は、スピンバルブ膜２２におけ
る比抵抗の増加を防止する。また、フリー層３３におけ
る結晶配向性を向上させる。保護層３４は、非磁性非導
電性である金属材料の単層膜、多層膜、合金によって形
成されている。具体的な材料の例としては、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｔａ、Ｍｏ、ＴｉＮ2、ＮｉＦｅなどが挙げられ
る。
る比抵抗の増加を防止する。また、フリー層３３におけ
る結晶配向性を向上させる。保護層３４は、非磁性非導
電性である金属材料の単層膜、多層膜、合金によって形
成されている。具体的な材料の例としては、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｔａ、Ｍｏ、ＴｉＮ2、ＮｉＦｅなどが挙げられ
る。
【００８１】なお、ここでは、スピンバルブ膜２２の構
成を基板側にピン層が形成されており、その上に、中間
層を介してフリー層が形成されているボトム型スピンバ
ルブ膜とした。しかしながら、基板側にフリー層が形成
されており、その上に中間層を介してピン層が形成され
ているトップ型スピンバルブ膜としても良い。
成を基板側にピン層が形成されており、その上に、中間
層を介してフリー層が形成されているボトム型スピンバ
ルブ膜とした。しかしながら、基板側にフリー層が形成
されており、その上に中間層を介してピン層が形成され
ているトップ型スピンバルブ膜としても良い。
【００８２】バイアス層２３は、スピンバルブ膜２２に
対してバイアス磁界を印加し、スピンバルブ膜２２にお
ける各強磁性層の磁区を単磁区化し、磁壁の発生を防止
するための機能を有している。
対してバイアス磁界を印加し、スピンバルブ膜２２にお
ける各強磁性層の磁区を単磁区化し、磁壁の発生を防止
するための機能を有している。
【００８３】バイアス層２３は、それぞれスピンバルブ
膜２２の長手方向の両端部に、高い抵抗値を有する硬磁
性材料によって形成されている。この硬磁性材料は、Ｔ
ＭＲヘッド２におけるバイアス層４と同様の理由によ
り、０．５Ω以上の抵抗値を有することが望ましい。
膜２２の長手方向の両端部に、高い抵抗値を有する硬磁
性材料によって形成されている。この硬磁性材料は、Ｔ
ＭＲヘッド２におけるバイアス層４と同様の理由によ
り、０．５Ω以上の抵抗値を有することが望ましい。
【００８４】上述したように０．５Ω以上の抵抗値を有
する硬磁性材料としては、バイアス層４において述べた
ようにに、酸化されている硬磁性材料、及びＣｏ−Ｆｅ
−ＭｇＦ2が挙げられる。酸化されている硬磁性材料と
しては、特にＦｅ2Ｏ3、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3などが望まし
い。また、Ｃｏ−Ｆｅ−ＭｇＦ2は、例えば同時スパッ
タリングによってＣｏが約３５％となるように成膜され
ることが望ましい。Ｃｏが約３５％であるときには、約
１０4Ωｃｍという非常に大きな比抵抗が得られ、Ｃｏ
−γＦｅ2Ｏ3によってバイアス層４を形成したときと同
程度の特性を得ることが可能となる。
する硬磁性材料としては、バイアス層４において述べた
ようにに、酸化されている硬磁性材料、及びＣｏ−Ｆｅ
−ＭｇＦ2が挙げられる。酸化されている硬磁性材料と
しては、特にＦｅ2Ｏ3、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3などが望まし
い。また、Ｃｏ−Ｆｅ−ＭｇＦ2は、例えば同時スパッ
タリングによってＣｏが約３５％となるように成膜され
ることが望ましい。Ｃｏが約３５％であるときには、約
１０4Ωｃｍという非常に大きな比抵抗が得られ、Ｃｏ
−γＦｅ2Ｏ3によってバイアス層４を形成したときと同
程度の特性を得ることが可能となる。
【００８５】ここで、ＴＭＲヘッド２におけるバイアス
層４と同様に、ＧＭＲヘッド２１におけるバイアス層２
３が高い抵抗値を有する材料によって形成されているた
めに、磁気シールド層２５及びギャップ層２６から供給
されたセンス電流が、バイアス層２３に分流することを
防ぐことができる。
層４と同様に、ＧＭＲヘッド２１におけるバイアス層２
３が高い抵抗値を有する材料によって形成されているた
めに、磁気シールド層２５及びギャップ層２６から供給
されたセンス電流が、バイアス層２３に分流することを
防ぐことができる。
【００８６】下部磁気シールド層２５ａ及び上部磁気シ
ールド層２５ｂ（以下、磁気シールド層２５と総称す
る。）は、磁気記録媒体からの信号磁界のうち、再生対
象外の信号磁界がスピンバルブ膜２２に引き込まれない
ように機能する。すなわち、再生の対象外の信号磁界は
磁気シールド層２５により導かれ、再生の対象となる信
号磁界だけがスピンバルブ膜２２に引き込まれる。
ールド層２５ｂ（以下、磁気シールド層２５と総称す
る。）は、磁気記録媒体からの信号磁界のうち、再生対
象外の信号磁界がスピンバルブ膜２２に引き込まれない
ように機能する。すなわち、再生の対象外の信号磁界は
磁気シールド層２５により導かれ、再生の対象となる信
号磁界だけがスピンバルブ膜２２に引き込まれる。
【００８７】このことにより、スピンバルブ膜２２の高
周波数特性、及び読取分解能の向上が図られている。ま
た、磁気シールド層２５は、スピンバルブ膜２２に対し
てセンス電流を供給する電極層を兼ねている。
周波数特性、及び読取分解能の向上が図られている。ま
た、磁気シールド層２５は、スピンバルブ膜２２に対し
てセンス電流を供給する電極層を兼ねている。
【００８８】磁気シールド層２５は、導電性を有する軟
磁性材料によって形成されている。具体的な材料の例と
しては、パーマロイ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＮｂＴａ、セ
ンダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金）などが挙げられる。
磁性材料によって形成されている。具体的な材料の例と
しては、パーマロイ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＮｂＴａ、セ
ンダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金）などが挙げられる。
【００８９】下部ギャップ層２６ａ及び上部ギャップ層
２６ｂ（以下、ギャップ層２６と称する。）は、非磁性
非導電性材料によって薄膜状に形成されている。ギャッ
プ層２６が存在することによって、磁気シールド層２５
と、スピンバルブ膜２２との絶縁性が保たれる。また、
ギャップ層２６は、磁気シールド層２５と共に、スピン
バルブ膜２２に対してセンス電流を供給する電極層も兼
ねている。
２６ｂ（以下、ギャップ層２６と称する。）は、非磁性
非導電性材料によって薄膜状に形成されている。ギャッ
プ層２６が存在することによって、磁気シールド層２５
と、スピンバルブ膜２２との絶縁性が保たれる。また、
ギャップ層２６は、磁気シールド層２５と共に、スピン
バルブ膜２２に対してセンス電流を供給する電極層も兼
ねている。
【００９０】ギャップ層２６は、導電性を有する非磁性
材料の単層膜、多層膜、合金から形成される。具体的な
材料の例としては、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ
Ｎ2、ＮｉＦｅなどが挙げられる。また、ギャップ層２
６は、これらの材料を積層した構造とされてもよい。
材料の単層膜、多層膜、合金から形成される。具体的な
材料の例としては、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ
Ｎ2、ＮｉＦｅなどが挙げられる。また、ギャップ層２
６は、これらの材料を積層した構造とされてもよい。
【００９１】ＧＭＲ素子２０は、スピンバルブ膜２２に
おけるピン層３１と、フリー層３３との磁化方向の相対
角度に依存して、スピンバルブ膜２２に流れるセンス電
流のコンダクタンスが変化することを利用して、外部磁
界を検出している。外部磁界を検出する具体的な原理は
以下の通りである。
おけるピン層３１と、フリー層３３との磁化方向の相対
角度に依存して、スピンバルブ膜２２に流れるセンス電
流のコンダクタンスが変化することを利用して、外部磁
界を検出している。外部磁界を検出する具体的な原理は
以下の通りである。
【００９２】ピン層３１は磁化方向が固定されており、
フリー層１３は磁化方向が変化自在とされている。ＧＭ
Ｒ素子２０には、スピンバルブ膜２２に対して垂直な方
向にセンス電流が流されている。外部磁界が生じると、
ピン層３１の磁化方向に対してフリー層３３の磁化方向
が変化し、スピンバルブ膜層３２に流れるセンス電流の
コンダクタンスが変化する。そして、このセンス電流の
コンダクタンスの変化を測定することによって外部磁界
を検出する。
フリー層１３は磁化方向が変化自在とされている。ＧＭ
Ｒ素子２０には、スピンバルブ膜２２に対して垂直な方
向にセンス電流が流されている。外部磁界が生じると、
ピン層３１の磁化方向に対してフリー層３３の磁化方向
が変化し、スピンバルブ膜層３２に流れるセンス電流の
コンダクタンスが変化する。そして、このセンス電流の
コンダクタンスの変化を測定することによって外部磁界
を検出する。
【００９３】ＧＭＲヘッド２１においては、上述したよ
うに外部磁界を検出することによって、磁気記録媒体な
どの記録媒体に記録された情報の再生を行う。
うに外部磁界を検出することによって、磁気記録媒体な
どの記録媒体に記録された情報の再生を行う。
【００９４】以上の説明からも明らかなように、ＧＭＲ
素子２０は、高い抵抗値を有する材料によってバイアス
層２３が形成されているためにバイアス層２３に分流す
る、センス電流を減らすことが可能となる。
素子２０は、高い抵抗値を有する材料によってバイアス
層２３が形成されているためにバイアス層２３に分流す
る、センス電流を減らすことが可能となる。
【００９５】また、ＧＭＲ素子２０は、硬磁性材料によ
ってバイアス層２３をスピンバルブ膜２２の両端部に形
成することが可能となるために、フリー層３１に対して
十分なバイアス磁界を印加することができる。そして、
フリー層３１は単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。
このためにＧＭＲ素子２０は、バルクハウゼンノイズを
防ぐことが可能となる。
ってバイアス層２３をスピンバルブ膜２２の両端部に形
成することが可能となるために、フリー層３１に対して
十分なバイアス磁界を印加することができる。そして、
フリー層３１は単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。
このためにＧＭＲ素子２０は、バルクハウゼンノイズを
防ぐことが可能となる。
【００９６】つぎに、ＴＭＲ素子１の製造方法につい
て、図５乃至図９を使用して説明する。なお、以下の説
明で用いる図面は、図１乃至図６と同様に、各部の特徴
をわかりやすく図示するために、特徴となる部分を拡大
して示している場合があり、各部材の寸法の比率が実際
と同じであるとは限らない。
て、図５乃至図９を使用して説明する。なお、以下の説
明で用いる図面は、図１乃至図６と同様に、各部の特徴
をわかりやすく図示するために、特徴となる部分を拡大
して示している場合があり、各部材の寸法の比率が実際
と同じであるとは限らない。
【００９７】また、ここでは、上記ＴＭＲ素子１の製造
方法をＴＭＲヘッド２に対して適用した際の製造方法を
例に挙げて具体的に説明するが、本発明は、以下の例に
限定されるものではない。
方法をＴＭＲヘッド２に対して適用した際の製造方法を
例に挙げて具体的に説明するが、本発明は、以下の例に
限定されるものではない。
【００９８】先ず、図５に示すように、最終的に基板５
となる基板材５０上に、最終的に下部磁気シールド層６
ａとなる第１の磁性層５１と、最終的に下部ギャップ層
７ａとなる第１の非磁性層５２とを、スパッタリングな
どにより順次積層する。
となる基板材５０上に、最終的に下部磁気シールド層６
ａとなる第１の磁性層５１と、最終的に下部ギャップ層
７ａとなる第１の非磁性層５２とを、スパッタリングな
どにより順次積層する。
【００９９】次に、第１の非磁性層５２上に、ＴＭＲ薄
膜３を形成する。具体的には、最終的に磁化固定層１０
となる反強磁性層５３と、最終的にピン層１１となる第
１の強磁性層５４と、最終的にトンネル障壁層１２とな
る非磁性非導電層５５と、最終的にフリー層１３となる
第２の強磁性層５６と、最終的に保護層１４となる非磁
性金属層５７とを、スパッタリングなどにより順次積層
する。
膜３を形成する。具体的には、最終的に磁化固定層１０
となる反強磁性層５３と、最終的にピン層１１となる第
１の強磁性層５４と、最終的にトンネル障壁層１２とな
る非磁性非導電層５５と、最終的にフリー層１３となる
第２の強磁性層５６と、最終的に保護層１４となる非磁
性金属層５７とを、スパッタリングなどにより順次積層
する。
【０１００】次に、図６に示すように、非磁性金属層５
７上にフォトレジスト５８を形成しする。そして、図７
に示すように、第１の非磁性層５２が露出するまでエッ
チングを施す。
７上にフォトレジスト５８を形成しする。そして、図７
に示すように、第１の非磁性層５２が露出するまでエッ
チングを施す。
【０１０１】次に、図８に示すように、エッチングによ
って露出した第１の非磁性層５２上に、最終的にバイア
ス層４となる一対の硬磁性層５９を形成する。そして、
図９に示すように、フォトレジスト５８をリフトオフす
る。
って露出した第１の非磁性層５２上に、最終的にバイア
ス層４となる一対の硬磁性層５９を形成する。そして、
図９に示すように、フォトレジスト５８をリフトオフす
る。
【０１０２】次に、最終的に上部磁気シールド層６ｂと
なる第２の磁性層と、最終的に上部ギャップ層７ｂとな
る第２の非磁性層とを、スパッタリングなどにより順次
積層し、図１に示すＴＭＲヘッド２が完成する。
なる第２の磁性層と、最終的に上部ギャップ層７ｂとな
る第２の非磁性層とを、スパッタリングなどにより順次
積層し、図１に示すＴＭＲヘッド２が完成する。
【０１０３】なお、硬磁性層５９の抵抗値はＴＭＲ薄膜
３よりも大きい。このため、第２の磁性層が非磁性金属
層５７上から外れて硬磁性層５９上に形成されたときに
も、問題は生じない。このことから、ＴＭＲヘッド２を
製造するときには、第２の磁性層を形成するときの位置
合わせが容易となる。
３よりも大きい。このため、第２の磁性層が非磁性金属
層５７上から外れて硬磁性層５９上に形成されたときに
も、問題は生じない。このことから、ＴＭＲヘッド２を
製造するときには、第２の磁性層を形成するときの位置
合わせが容易となる。
【０１０４】つぎに、ＧＭＲ素子２０の製造方法につい
て、図１０乃至図１４を使用して説明する。なお、以下
の説明で用いる図面は、図１乃至図９と同様に、各部の
特徴をわかりやすく図示するために、特徴となる部分を
拡大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が
実際と同じであるとは限らない。
て、図１０乃至図１４を使用して説明する。なお、以下
の説明で用いる図面は、図１乃至図９と同様に、各部の
特徴をわかりやすく図示するために、特徴となる部分を
拡大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が
実際と同じであるとは限らない。
【０１０５】先ず、図１０に示すように、最終的に基板
２４となる基板材７０上に、最終的に下部磁気シールド
層２５ａとなる第１の磁性層７１と、最終的に下部ギャ
ップ層２６ａとなる第１の非磁性層７２とを、スパッタ
リングなどにより順次積層する。
２４となる基板材７０上に、最終的に下部磁気シールド
層２５ａとなる第１の磁性層７１と、最終的に下部ギャ
ップ層２６ａとなる第１の非磁性層７２とを、スパッタ
リングなどにより順次積層する。
【０１０６】次に、第１の非磁性層７２上に、スピンバ
ルブ膜２２を形成する。具体的には、最終的に磁化固定
層３０となる反強磁性層７３と、最終的にピン層３１と
なる第１の強磁性層７４と、最終的にトンネル障壁層３
２となる非磁性非導電層７５と、最終的にフリー層３３
となる第２の強磁性層７６と、最終的に保護層３４とな
る非磁性金属層７７とを、スパッタリングなどにより順
次積層する。
ルブ膜２２を形成する。具体的には、最終的に磁化固定
層３０となる反強磁性層７３と、最終的にピン層３１と
なる第１の強磁性層７４と、最終的にトンネル障壁層３
２となる非磁性非導電層７５と、最終的にフリー層３３
となる第２の強磁性層７６と、最終的に保護層３４とな
る非磁性金属層７７とを、スパッタリングなどにより順
次積層する。
【０１０７】次に、図１１に示すように、非磁性金属層
７７上にフォトレジスト７８を形成する。そして、図１
２に示すように、第１の非磁性層７２が露出するまでエ
ッチングを施す。
７７上にフォトレジスト７８を形成する。そして、図１
２に示すように、第１の非磁性層７２が露出するまでエ
ッチングを施す。
【０１０８】次に、図１３に示すように、エッチングに
よって露出した第１の非磁性層７２上に、最終的にバイ
アス層２３となる一対の硬磁性層７９を形成する。そし
て、図１４に示すように、フォトレジスト７８をリフト
オフする。
よって露出した第１の非磁性層７２上に、最終的にバイ
アス層２３となる一対の硬磁性層７９を形成する。そし
て、図１４に示すように、フォトレジスト７８をリフト
オフする。
【０１０９】次に、非磁性金属層７７と硬磁性層７９と
の上に、最終的に下部磁気シールド層２５ｂとなる第２
の磁性層と、最終的に下部ギャップ層２６ｂとなる第２
の非磁性層とを、スパッタリングなどにより順次積層
し、図２に示すＧＭＲヘッド２１が完成する。
の上に、最終的に下部磁気シールド層２５ｂとなる第２
の磁性層と、最終的に下部ギャップ層２６ｂとなる第２
の非磁性層とを、スパッタリングなどにより順次積層
し、図２に示すＧＭＲヘッド２１が完成する。
【０１１０】なお、硬磁性層７９の抵抗値はスピンバル
ブ膜２２よりも大きい。このため、第２の磁性層が、非
磁性金属層７７上から外れて硬磁性層７９上に形成され
ても問題は生じない。このことから、ＧＭＲヘッド２１
を製造するときには、第２の磁性層を形成するときに位
置合わせが容易となる。
ブ膜２２よりも大きい。このため、第２の磁性層が、非
磁性金属層７７上から外れて硬磁性層７９上に形成され
ても問題は生じない。このことから、ＧＭＲヘッド２１
を製造するときには、第２の磁性層を形成するときに位
置合わせが容易となる。
【０１１１】以上の説明からも明らかなように、ＴＭＲ
素子１は、バイアス層４が高い抵抗値を有する材料によ
って形成されているために、センス電流がバイアス層４
に分流することを防ぐことができる。また、ＴＭＲ素子
１は、硬磁性を有するバイアス層４がＴＭＲ薄膜３の両
端部に形成されているために、フリー層１３に対して十
分なバイアス磁界を印加することが可能となる、そし
て、フリー層が単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。
このことにより、ＴＭＲ素子１はバルクハウゼンノイズ
が発生しにくくなり、微小な外部磁界を検出することが
可能となる。
素子１は、バイアス層４が高い抵抗値を有する材料によ
って形成されているために、センス電流がバイアス層４
に分流することを防ぐことができる。また、ＴＭＲ素子
１は、硬磁性を有するバイアス層４がＴＭＲ薄膜３の両
端部に形成されているために、フリー層１３に対して十
分なバイアス磁界を印加することが可能となる、そし
て、フリー層が単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。
このことにより、ＴＭＲ素子１はバルクハウゼンノイズ
が発生しにくくなり、微小な外部磁界を検出することが
可能となる。
【０１１２】また、ＧＭＲ素子２０は、バイアス層２３
が高い抵抗値を有する材料によって形成されているため
に、バイアス層２３に分流するセンス電流を減らすこと
ができる。ＧＭＲ素子２０は、バイアス層２３が硬磁性
材料で形成されているため、フリー層２３に対して十分
にバイアス磁界を印加することが可能となる。そして、
フリー層２３が単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。
このことにより、ＧＭＲ素子２１はバルクハウゼンノイ
ズが発生しにくくなり、微小な外部磁界を検出すること
が可能となる。
が高い抵抗値を有する材料によって形成されているため
に、バイアス層２３に分流するセンス電流を減らすこと
ができる。ＧＭＲ素子２０は、バイアス層２３が硬磁性
材料で形成されているため、フリー層２３に対して十分
にバイアス磁界を印加することが可能となる。そして、
フリー層２３が単磁区化されて磁壁が生じにくくなる。
このことにより、ＧＭＲ素子２１はバルクハウゼンノイ
ズが発生しにくくなり、微小な外部磁界を検出すること
が可能となる。
【０１１３】
【実施例】つぎに、本発明を適用したＭＲ素子における
外部磁界に対する磁化の変化を、実施例に基づいて説明
する。
外部磁界に対する磁化の変化を、実施例に基づいて説明
する。
【０１１４】実施例１ まず、本発明を適用したＴＭＲ素子における外部磁界に
対する磁化の変化について説明する。
対する磁化の変化について説明する。
【０１１５】先ず、基板となるウェハ上に、パーマロイ
膜を厚さが５μｍとなるようにメッキ法により形成し
た。次に、Ｔａ膜を厚さが７０ｎｍとなるようにスパッ
タ法により形成した。
膜を厚さが５μｍとなるようにメッキ法により形成し
た。次に、Ｔａ膜を厚さが７０ｎｍとなるようにスパッ
タ法により形成した。
【０１１６】次に、最終的にＴＭＲ薄膜となる各層を形
成した。先ず、ＲｈＭｎ膜と、Ｃｏ膜と、Ａｌ膜とを、
スパッタ法により順次積層した。このとき、ＲｈＭｎ膜
の厚さを３０ｎｍとして、Ｃｏ膜の厚さを２ｎｍとし
て、Ａｌ膜の厚さを０．８ｎｍとした。次に、大気中に
１０時間放置した。このことにより、ＡｌはＡｌ2Ｏ3に
変化する。次に、Ａｌ2Ｏ3膜上に、Ｎｉ80Ｆｅ20膜と、
Ｔａ膜とを、スパッタ法により順次積層した。このと
き、Ｎｉ80Ｆｅ20膜の厚さを５ｎｍとして、Ｔａ膜の厚
さを０．５ｎｍとした。
成した。先ず、ＲｈＭｎ膜と、Ｃｏ膜と、Ａｌ膜とを、
スパッタ法により順次積層した。このとき、ＲｈＭｎ膜
の厚さを３０ｎｍとして、Ｃｏ膜の厚さを２ｎｍとし
て、Ａｌ膜の厚さを０．８ｎｍとした。次に、大気中に
１０時間放置した。このことにより、ＡｌはＡｌ2Ｏ3に
変化する。次に、Ａｌ2Ｏ3膜上に、Ｎｉ80Ｆｅ20膜と、
Ｔａ膜とを、スパッタ法により順次積層した。このと
き、Ｎｉ80Ｆｅ20膜の厚さを５ｎｍとして、Ｔａ膜の厚
さを０．５ｎｍとした。
【０１１７】次に、ＴＭＲ薄膜の両端部をエッチング及
びイオンミリングなどによって削除し、ＴＭＲ薄膜を所
定の形状とした。
びイオンミリングなどによって削除し、ＴＭＲ薄膜を所
定の形状とした。
【０１１８】次に、ＴＭＲ薄膜の両端部に、Ｃｏ−γＦ
ｅ2Ｏ3膜を厚さが３０ｎｍとなるようにＤＣスパッタ装
置によって形成した。なお、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3膜の厚さ
を３０ｎｍとすることによって、フリー層が十分に安定
化する。このとき、ターゲットとしてはＣｏ20Ｆｅ60合
金を使用し、スパッタガスとしては０．５ＰａであるＡ
ｒ−１０％Ｏ2ガスを使用した。また、成膜するときの
高周波電力を５００Ｗとした。
ｅ2Ｏ3膜を厚さが３０ｎｍとなるようにＤＣスパッタ装
置によって形成した。なお、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3膜の厚さ
を３０ｎｍとすることによって、フリー層が十分に安定
化する。このとき、ターゲットとしてはＣｏ20Ｆｅ60合
金を使用し、スパッタガスとしては０．５ＰａであるＡ
ｒ−１０％Ｏ2ガスを使用した。また、成膜するときの
高周波電力を５００Ｗとした。
【０１１９】次に、Ｔａ膜を厚さが１００ｎｍとなるよ
うにリフトオフ法により形成した。次に、ＴＭＲ素子以
外の部分にＡｌ2Ｏ3膜を形成した。このことにより、磁
気シールド層がショートすることを防ぐことができる。
次に、Ｎｉ80Ｆｅ20膜を厚さが５μｍとなるようにメッ
キ法により形成した。最後に、大気中において２７０
℃、１時間の熱処理を行った。これにより、Ｃｏ−γＦ
ｅ2Ｏ3膜の磁気特性を良好なものとした。
うにリフトオフ法により形成した。次に、ＴＭＲ素子以
外の部分にＡｌ2Ｏ3膜を形成した。このことにより、磁
気シールド層がショートすることを防ぐことができる。
次に、Ｎｉ80Ｆｅ20膜を厚さが５μｍとなるようにメッ
キ法により形成した。最後に、大気中において２７０
℃、１時間の熱処理を行った。これにより、Ｃｏ−γＦ
ｅ2Ｏ3膜の磁気特性を良好なものとした。
【０１２０】上述したＴＭＲヘッドにおいて、下層磁気
シールド層から上層磁気シールド層に向かってセンス電
流を流し、振動試料型磁束計によって外部磁界と磁化と
の関係を測定した。この結果、図１５に示すように、良
好な形状である履歴曲線が得られた。
シールド層から上層磁気シールド層に向かってセンス電
流を流し、振動試料型磁束計によって外部磁界と磁化と
の関係を測定した。この結果、図１５に示すように、良
好な形状である履歴曲線が得られた。
【０１２１】このことから、上述したＴＭＲヘッドにお
いてはバイアス層に分流するセンス電流が少なく、ＴＭ
Ｒ素子の磁気抵抗変化を有効に利用できることが判明し
た。そして、上述したＴＭＲ薄膜におけるフリー層は十
分に単磁区化されており、磁壁が生じにくくなっている
ために、上述したＴＭＲヘッドは、再生動作が良好であ
ることが判明した。
いてはバイアス層に分流するセンス電流が少なく、ＴＭ
Ｒ素子の磁気抵抗変化を有効に利用できることが判明し
た。そして、上述したＴＭＲ薄膜におけるフリー層は十
分に単磁区化されており、磁壁が生じにくくなっている
ために、上述したＴＭＲヘッドは、再生動作が良好であ
ることが判明した。
【０１２２】実施例２ つぎに、本発明を適用したＧＭＲ素子における外部磁界
に対する磁化の変化について説明する。
に対する磁化の変化について説明する。
【０１２３】先ず、基板となるウェハ上に、パーマロイ
膜を厚さが５μｍとなるようにメッキ法により形成し
た。次に、Ｔａ膜を厚さが５ｎｍとなるようにスパッタ
法により形成した。
膜を厚さが５μｍとなるようにメッキ法により形成し
た。次に、Ｔａ膜を厚さが５ｎｍとなるようにスパッタ
法により形成した。
【０１２４】次に、最終的にスピンバルブ膜となる各層
を形成した。先ず、ＰｔＭｎ膜と、ＣｏＦｅ膜と、Ａｌ
膜とを、スパッタ法により順次積層した。このとき、Ｐ
ｔＭｎ膜の厚さを２０ｎｍとして、ＣｏＦｅ膜の厚さを
５ｎｍとして、Ａｌ膜の厚さを１ｎｍとした。次に、大
気中に１０時間放置した。このことによりＡｌは酸化さ
れ、Ａｌ2Ｏxに変化する。次に、Ａｌ2Ｏx膜上に、Ｃｏ
Ｆｅ膜と、Ｔａ膜とを、スパッタ法により順次積層し
た。このとき、ＣｏＦｅ膜の厚さを４ｎｍとして、Ｔａ
膜の厚さを５ｎｍとした。
を形成した。先ず、ＰｔＭｎ膜と、ＣｏＦｅ膜と、Ａｌ
膜とを、スパッタ法により順次積層した。このとき、Ｐ
ｔＭｎ膜の厚さを２０ｎｍとして、ＣｏＦｅ膜の厚さを
５ｎｍとして、Ａｌ膜の厚さを１ｎｍとした。次に、大
気中に１０時間放置した。このことによりＡｌは酸化さ
れ、Ａｌ2Ｏxに変化する。次に、Ａｌ2Ｏx膜上に、Ｃｏ
Ｆｅ膜と、Ｔａ膜とを、スパッタ法により順次積層し
た。このとき、ＣｏＦｅ膜の厚さを４ｎｍとして、Ｔａ
膜の厚さを５ｎｍとした。
【０１２５】次に、スピンバルブ膜の両端部をエッチン
グ及びイオンミリングなどによって削除し、スピンバル
ブ膜を所定の形状とした。
グ及びイオンミリングなどによって削除し、スピンバル
ブ膜を所定の形状とした。
【０１２６】次に、スピンバルブ膜の両端部に、Ｃｏ−
γＦｅ2Ｏ3膜を厚さが３０ｎｍとなるようにＤＣスパッ
タ装置によって形成した。なお、３０ｎｍはフリー層の
安定化に適した厚さである。このとき、ターゲットとし
てＣｏ20Ｆｅ60合金を使用し、スパッタガスとして０．
５ＰａであるＡｒ−１０％Ｏ2ガスを使用した。また、
成膜時の高周波電力を５００Ｗとした。
γＦｅ2Ｏ3膜を厚さが３０ｎｍとなるようにＤＣスパッ
タ装置によって形成した。なお、３０ｎｍはフリー層の
安定化に適した厚さである。このとき、ターゲットとし
てＣｏ20Ｆｅ60合金を使用し、スパッタガスとして０．
５ＰａであるＡｒ−１０％Ｏ2ガスを使用した。また、
成膜時の高周波電力を５００Ｗとした。
【０１２７】次に、Ｔａ膜を厚さが１００ｎｍとなるよ
うにリフトオフ法により形成した。次に、ＧＭＲ素子以
外の部分にＡｌ2Ｏ3膜を形成した。このことにより、磁
気シールド層のショートを防ぐことができる。次に、Ｎ
ｉ80Ｆｅ20膜を厚さが５μｍとなるようにメッキ法によ
り形成した。最後に、大気中において２７０℃、１時間
の熱処理を行った。これにより、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3膜の
磁気特性を良好なものとした。
うにリフトオフ法により形成した。次に、ＧＭＲ素子以
外の部分にＡｌ2Ｏ3膜を形成した。このことにより、磁
気シールド層のショートを防ぐことができる。次に、Ｎ
ｉ80Ｆｅ20膜を厚さが５μｍとなるようにメッキ法によ
り形成した。最後に、大気中において２７０℃、１時間
の熱処理を行った。これにより、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3膜の
磁気特性を良好なものとした。
【０１２８】上述したＧＭＲヘッドにおいて、下層シー
ルド層から上層シールド層に向かって電流を流したとこ
ろ、バイアス層に分流するセンス電流が減少した。そし
て、上述したＧＭＲ薄膜におけるフリー層は、十分に単
磁区化されているために磁壁が生じにくくなっているた
め、上述したＧＭＲヘッドは、再生動作が良好であるこ
とが判明した。
ルド層から上層シールド層に向かって電流を流したとこ
ろ、バイアス層に分流するセンス電流が減少した。そし
て、上述したＧＭＲ薄膜におけるフリー層は、十分に単
磁区化されているために磁壁が生じにくくなっているた
め、上述したＧＭＲヘッドは、再生動作が良好であるこ
とが判明した。
【０１２９】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る磁気抵抗効果素子は、高い抵抗値を有する材料
によって硬磁性層が形成されている。このため、磁気抵
抗効果薄膜の膜面に対して垂直に電流を流すときにも、
電流が硬磁性層に分流することを防ぐことができる。
明に係る磁気抵抗効果素子は、高い抵抗値を有する材料
によって硬磁性層が形成されている。このため、磁気抵
抗効果薄膜の膜面に対して垂直に電流を流すときにも、
電流が硬磁性層に分流することを防ぐことができる。
【０１３０】また、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、
硬磁性材料が磁気抵抗効果薄膜の両端部に直接形成され
ているために、第１の強磁性層に対して十分なバイアス
磁界を印加することが可能となり、第１の強磁性層が単
磁区化され、磁壁が生じにくくなる。このために、バル
クハウゼンノイズが発生しにくいものとなり、微小な外
部磁界を検出することが可能となる。
硬磁性材料が磁気抵抗効果薄膜の両端部に直接形成され
ているために、第１の強磁性層に対して十分なバイアス
磁界を印加することが可能となり、第１の強磁性層が単
磁区化され、磁壁が生じにくくなる。このために、バル
クハウゼンノイズが発生しにくいものとなり、微小な外
部磁界を検出することが可能となる。
【図１】本発明を適用したＴＭＲ素子を備えるＴＭＲヘ
ッド示す要部拡大図である。
ッド示す要部拡大図である。
【図２】同ＭＲ素子に流れるセンス電流を示す模式図で
ある。
ある。
【図３】同ＭＲ素子における各薄膜の大きさと、同ＭＲ
素子に対してかかる電圧を示す模式図である。
素子に対してかかる電圧を示す模式図である。
【図４】本発明を適用したＧＭＲ素子を備えるＧＭＲヘ
ッド示す要部拡大図である。
ッド示す要部拡大図である。
【図５】本発明を適用したＴＭＲヘッドの製造方法を説
明するための図であり、非磁性金属層まで積層された状
態を示す断面図である。
明するための図であり、非磁性金属層まで積層された状
態を示す断面図である。
【図６】同ＴＭＲヘッドの製造方法を説明するための図
であり、非磁性金属層上にフォトレジストが形成された
状態を示す断面図である。
であり、非磁性金属層上にフォトレジストが形成された
状態を示す断面図である。
【図７】同ＴＭＲヘッドの製造方法を説明するための図
であり、ＴＭＲ薄膜に対してエッチングが施された状態
を示す断面図である。
であり、ＴＭＲ薄膜に対してエッチングが施された状態
を示す断面図である。
【図８】同ＴＭＲヘッドの製造方法を説明するための図
であり、硬磁性層が形成された状態を示す断面図であ
る。
であり、硬磁性層が形成された状態を示す断面図であ
る。
【図９】同ＴＭＲヘッドの製造方法を説明するための図
であり、フォトレジストが除去された状態を示す断面図
である。
であり、フォトレジストが除去された状態を示す断面図
である。
【図１０】本発明を適用したＧＭＲヘッドの製造方法を
説明するための図であり、非磁性金属層まで積層された
状態を示す断面図である。
説明するための図であり、非磁性金属層まで積層された
状態を示す断面図である。
【図１１】同ＧＭＲヘッドの製造方法を説明するための
図であり、非磁性金属層上にフォトレジストが形成され
た状態を示す断面図である。
図であり、非磁性金属層上にフォトレジストが形成され
た状態を示す断面図である。
【図１２】同ＧＭＲヘッドの製造方法を説明するための
図であり、スピンバルブ膜に対してエッチングが施され
た状態を示す断面図である。
図であり、スピンバルブ膜に対してエッチングが施され
た状態を示す断面図である。
【図１３】同ＧＭＲヘッドの製造方法を説明するための
図であり、硬磁性層が形成された状態を示す断面図であ
る。
図であり、硬磁性層が形成された状態を示す断面図であ
る。
【図１４】同ＧＭＲヘッドの製造方法を説明するための
図であり、フォトレジストが除去された状態を示す断面
図である。
図であり、フォトレジストが除去された状態を示す断面
図である。
【図１５】本発明を適用したＴＭＲヘッドによって再生
したときの、外部磁界と記録媒体の磁化との関係を示し
た図である。
したときの、外部磁界と記録媒体の磁化との関係を示し
た図である。
【図１６】ＧＭＲ又はＡＭＲを利用したＭＲ素子を備え
るＭＲヘッドを示す要部拡大図である。
るＭＲヘッドを示す要部拡大図である。
【図１７】従来のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドのうち、ボトム
タイプのスピンバルブ膜を使用したものを示す要部拡大
図である。
タイプのスピンバルブ膜を使用したものを示す要部拡大
図である。
【図１８】従来のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドのうち、トップ
タイプのスピンバルブ膜を使用したものを示す要部拡大
図である。
タイプのスピンバルブ膜を使用したものを示す要部拡大
図である。
０ ＴＭＲ素子、２ ＴＭＲヘッド、３ ＴＭＲ薄膜、
４ バイアス層、５下地層、６ 磁気シールド層、７
ギャップ層、１０ 磁化固定層、１１ ピン層、１２
トンネル障壁層、１３ フリー層、１４ 保護層
４ バイアス層、５下地層、６ 磁気シールド層、７
ギャップ層、１０ 磁化固定層、１１ ピン層、１２
トンネル障壁層、１３ フリー層、１４ 保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水口 徹也 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 橋本 実 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA04 BA08 BA12 BB08 CA04 CA08 5E049 AB02 AC05 BA16 CB02 CC01 CC08
Claims (7)
- 【請求項１】 感磁部である磁気抵抗効果薄膜と、上記
磁気抵抗効果薄膜の両端部に形成され、磁気抵抗効果薄
膜に対してバイアス磁界を印加する硬磁性層と、上記磁
気抵抗効果薄膜の両主面側に形成され、磁気抵抗効果薄
膜に対して電流を供給する電極層とを備え、 上記硬磁性層は、０．５Ωｃｍ以上の電気抵抗を有する
材料によって形成されていることを特徴とする磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項２】 上記磁気抵抗効果薄膜は、トンネル接合
型磁気抵抗効果を有することを特徴とする請求項１記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 上記磁気抵抗効果薄膜は、巨大磁気抵抗
効果を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項４】 上記硬磁性層は、酸化物を主成分とする
材料によって形成されていることを特徴とする請求項１
記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 上記硬磁性層は、γＦｅ2Ｏ3を主成分と
する材料によって形成されていることを特徴とする請求
項４記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 上記硬磁性層は、Ｃｏ−γＦｅ2Ｏ3を主
成分とする材料によって形成されていることを特徴とす
る請求項４記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 上記硬磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−ＭｇＦ2
を主成分とする材料によって形成されていることを特徴
とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061873A JP2001250208A (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | 磁気抵抗効果素子 |
| US09/794,003 US6621666B2 (en) | 2000-03-02 | 2001-02-28 | Magnetoresistive-effect element having electrode layers oppositely disposed on main surfaces of a magnetoresistive-effect thin film having hard magnetic bias layers with a particular resistivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061873A JP2001250208A (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001250208A true JP2001250208A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18581954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000061873A Pending JP2001250208A (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6621666B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001250208A (ja) |
Cited By (2)
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| US6870718B2 (en) | 2000-07-06 | 2005-03-22 | Hitachi, Ltd. | Magnetoresistive sensor including magnetic domain control layers having high electric resistivity |
| US7038893B2 (en) | 2002-03-28 | 2006-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element having a nonmagnetic intermediate layer having a two-dimensional fluctuation of resistance |
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| JP4024499B2 (ja) * | 2001-08-15 | 2007-12-19 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置 |
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-
2000
- 2000-03-02 JP JP2000061873A patent/JP2001250208A/ja active Pending
-
2001
- 2001-02-28 US US09/794,003 patent/US6621666B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US7038893B2 (en) | 2002-03-28 | 2006-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element having a nonmagnetic intermediate layer having a two-dimensional fluctuation of resistance |
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| US7379278B2 (en) | 2002-03-28 | 2008-05-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element, having a nonmagnetic intermediate layer having a two-dimensional fluctuation of resistance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010021089A1 (en) | 2001-09-13 |
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