JP2001358379A - 磁気検出素子 - Google Patents
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66984—Devices using spin polarized carriers
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は磁気記録媒体からの磁気的信号をよ
り高感度に検出できる磁気検出素子を提供する。 【解決手段】 スピン偏極されたセンス電流を流す非磁
性層を用いて、外部磁界を検出する磁気検出素子であ
り、磁気抵抗変化を利用するＭＲ素子の強磁性層に接し
てこの非磁性層を設けると、強磁性層の磁化方向とセン
ス電流を形成する電子スピンの方向との変化に基づいて
外部磁界を高感度に検出できる。
り高感度に検出できる磁気検出素子を提供する。 【解決手段】 スピン偏極されたセンス電流を流す非磁
性層を用いて、外部磁界を検出する磁気検出素子であ
り、磁気抵抗変化を利用するＭＲ素子の強磁性層に接し
てこの非磁性層を設けると、強磁性層の磁化方向とセン
ス電流を形成する電子スピンの方向との変化に基づいて
外部磁界を高感度に検出できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスピン偏極したセン
ス電流を利用してハードディスク等の磁気記録媒体に記
録された磁気記録情報を高感度に読取り・再生すること
が可能な磁気検出効果素子に関する。
ス電流を利用してハードディスク等の磁気記録媒体に記
録された磁気記録情報を高感度に読取り・再生すること
が可能な磁気検出効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ等に用いられるハードディ
スクドライブ装置（ＨＤＤ）等の磁気記録再生装置つい
ては、高記録密度化への要請は高まるばかりである。よ
って、高密度に記録された磁気記録情報を高感度に再生
できる磁気検出素子への要求についても年々高くなって
いる。
スクドライブ装置（ＨＤＤ）等の磁気記録再生装置つい
ては、高記録密度化への要請は高まるばかりである。よ
って、高密度に記録された磁気記録情報を高感度に再生
できる磁気検出素子への要求についても年々高くなって
いる。
【０００３】磁気記録媒体の記録密度が高くなるに伴っ
て、各ビットからの漏れ磁界（信号磁界）はより小さく
なり、これを感知するためにより高感度な素子を用いた
再生ヘッドが案出されてきている。従来よく知られてい
る再生ヘッド用の素子としては、磁気抵抗効果を利用す
る磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）がある。このＭＲ素子
には異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を利用するＡＭＲ
膜、より高感度化を図った巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）
を利用するため積層状に形成したＧＭＲ膜等がある。
て、各ビットからの漏れ磁界（信号磁界）はより小さく
なり、これを感知するためにより高感度な素子を用いた
再生ヘッドが案出されてきている。従来よく知られてい
る再生ヘッド用の素子としては、磁気抵抗効果を利用す
る磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）がある。このＭＲ素子
には異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を利用するＡＭＲ
膜、より高感度化を図った巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）
を利用するため積層状に形成したＧＭＲ膜等がある。
【０００４】上記ＧＭＲ膜としては反強磁性層、固定磁
性層、非磁性金属層及び自由磁性層の４つの層を基本積
層としたスピンバルブ膜がよく用いられており、この膜
構造については多くの改良提案もなされている。
性層、非磁性金属層及び自由磁性層の４つの層を基本積
層としたスピンバルブ膜がよく用いられており、この膜
構造については多くの改良提案もなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記スピンバルブ膜を
含むＭＲ素子に関する提案は、それらが本来的に有して
いた基本構造を前提とし、使用する磁性材料の改良、組
合せに関するものや、構造の一部を多層化する等の改善
に関するものが殆どである。しかしながら、より高記録
密度化された磁気記録媒体からの漏れ磁界（信号磁界）
は、益々弱くなる。上記のようにＭＲ素子の材料、構造
の改良を行う従来型の提案では急速に進む高密度化に対
応できなくなる虞が生じている。すなわち、ＭＲ素子に
要求される再生感度を保証できなくなり、磁気記録媒体
に記録された磁気情報を十分に再生できなくなるという
問題を生じる。
含むＭＲ素子に関する提案は、それらが本来的に有して
いた基本構造を前提とし、使用する磁性材料の改良、組
合せに関するものや、構造の一部を多層化する等の改善
に関するものが殆どである。しかしながら、より高記録
密度化された磁気記録媒体からの漏れ磁界（信号磁界）
は、益々弱くなる。上記のようにＭＲ素子の材料、構造
の改良を行う従来型の提案では急速に進む高密度化に対
応できなくなる虞が生じている。すなわち、ＭＲ素子に
要求される再生感度を保証できなくなり、磁気記録媒体
に記録された磁気情報を十分に再生できなくなるという
問題を生じる。
【０００６】したがって、本発明の主な目的は磁気記録
媒体からの磁気的信号をより高感度に検出できる磁気検
出素子を提供することである。
媒体からの磁気的信号をより高感度に検出できる磁気検
出素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明、非磁
性層に流れるスピン偏極されたセンス電流を用いて外部
磁界を検出する磁気検出素子により達成することができ
る。
性層に流れるスピン偏極されたセンス電流を用いて外部
磁界を検出する磁気検出素子により達成することができ
る。
【０００８】本発明によれば、スピン偏極されたセンス
電流を流す非磁性層を用いることで、磁気抵抗効果型の
磁気検出素子や半導体を用いた磁気検出素子として高感
度な再生素子を提供できることになる。
電流を流す非磁性層を用いることで、磁気抵抗効果型の
磁気検出素子や半導体を用いた磁気検出素子として高感
度な再生素子を提供できることになる。
【０００９】前記非磁性層にスピン偏極した電流を生じ
される一形態として、互いの磁化方向を平行とし且つ離
間して配置された一対の強磁性体を前記非磁性層に接し
て配設し、強磁性体それぞれを電極としてセンス電流を
供給する構成を採用することができる。
される一形態として、互いの磁化方向を平行とし且つ離
間して配置された一対の強磁性体を前記非磁性層に接し
て配設し、強磁性体それぞれを電極としてセンス電流を
供給する構成を採用することができる。
【００１０】本発明の磁気検出素子は、従来のＡＭＲ膜
或いはＧＭＲ膜を用いる磁気抵抗効果を利用するＭＲ素
子の新規な構成として具現化することができる。すなわ
ち、上記磁気検出素子の非磁性層に強磁性層を接して設
け、この強磁性層を異方性磁気抵抗効果膜とすることが
できる。また、この強磁性層が巨大磁気抵抗効果膜内の
自由磁性層を成す構成とすることができる。この場合、
非磁性層は巨大磁気抵抗効果膜を構成する非磁性層とす
ることができる。
或いはＧＭＲ膜を用いる磁気抵抗効果を利用するＭＲ素
子の新規な構成として具現化することができる。すなわ
ち、上記磁気検出素子の非磁性層に強磁性層を接して設
け、この強磁性層を異方性磁気抵抗効果膜とすることが
できる。また、この強磁性層が巨大磁気抵抗効果膜内の
自由磁性層を成す構成とすることができる。この場合、
非磁性層は巨大磁気抵抗効果膜を構成する非磁性層とす
ることができる。
【００１１】本発明を磁気抵抗効果型の検出素子として
構成した場合、強磁性層の磁化方向は、非磁性層内のセ
ンス電流を形成する偏極した電子スピンの方向と平行又
は反平行に設定される。そして、強磁性層の磁化方向
は、検出すべき磁気記録媒体からの信号磁界（外部磁
界）を受けると回転する。強磁性層の磁化方向が電子の
スピンの向きと反平行のときには磁気抵抗が最大とな
り、強磁性層の磁化が電子のスピンの向きと平行のとき
には磁気抵抗が最少となる。このように変化する磁気抵
抗の変化率（ＭＲＲ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔ
ａｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）は従来のＭＲ素子の場合よりも
大きく取ることができる。よって、本発明の磁気検出素
子はより高感度な磁気抵抗効果素子として提供すること
ができる。
構成した場合、強磁性層の磁化方向は、非磁性層内のセ
ンス電流を形成する偏極した電子スピンの方向と平行又
は反平行に設定される。そして、強磁性層の磁化方向
は、検出すべき磁気記録媒体からの信号磁界（外部磁
界）を受けると回転する。強磁性層の磁化方向が電子の
スピンの向きと反平行のときには磁気抵抗が最大とな
り、強磁性層の磁化が電子のスピンの向きと平行のとき
には磁気抵抗が最少となる。このように変化する磁気抵
抗の変化率（ＭＲＲ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔ
ａｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）は従来のＭＲ素子の場合よりも
大きく取ることができる。よって、本発明の磁気検出素
子はより高感度な磁気抵抗効果素子として提供すること
ができる。
【００１２】さらに、本発明は、前記非磁性層に半導体
材料を用いた磁気検出素子としても構成することがで
き、前記一対で形成された強磁性体の片方側の強磁性体
の磁化方向の変化により外部磁界を検出することができ
る。
材料を用いた磁気検出素子としても構成することがで
き、前記一対で形成された強磁性体の片方側の強磁性体
の磁化方向の変化により外部磁界を検出することができ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の磁気
検出素子をより詳細に説明する。本発明の磁気検出素子
は磁気抵抗変化を利用して磁気記録媒体からの信号磁界
（外部磁界）を検出する磁気抵抗効果型の検出素子、或
いは半導体材料を用いオン−オフのスイッチングを行っ
て磁気検出を行う素子として構成できる。
検出素子をより詳細に説明する。本発明の磁気検出素子
は磁気抵抗変化を利用して磁気記録媒体からの信号磁界
（外部磁界）を検出する磁気抵抗効果型の検出素子、或
いは半導体材料を用いオン−オフのスイッチングを行っ
て磁気検出を行う素子として構成できる。
【００１４】先ず、磁気抵抗変化を利用する磁気抵抗効
果素子（ＭＲ素子）とする場合について説明する。この
場合の磁気検出素子は磁気記録媒体からの信号磁界を高
感度に検出するための基本構成として強磁性層と非磁性
層とを備え、この強磁性層の磁化方向と非磁性層を流れ
るセンス電流を形成する電子のスピン偏極方向とを所定
の関係に制御することで信号磁界を高感度に検出する。
果素子（ＭＲ素子）とする場合について説明する。この
場合の磁気検出素子は磁気記録媒体からの信号磁界を高
感度に検出するための基本構成として強磁性層と非磁性
層とを備え、この強磁性層の磁化方向と非磁性層を流れ
るセンス電流を形成する電子のスピン偏極方向とを所定
の関係に制御することで信号磁界を高感度に検出する。
【００１５】図１は本発明をＭＲ素子に適用した場合、
ＭＲ素子が有する基本構成を説明するために示した図で
ある。図１（Ａ）は強磁性層の磁化方向と非磁性層を流
れるセンス電流の電子スピンの方向とが平行である場合
について示し、図１（Ｂ）は強磁性層の磁化方向と非磁
性層を流れるセンス電流の電子スピンの方向とが反平行
である場合について示している。
ＭＲ素子が有する基本構成を説明するために示した図で
ある。図１（Ａ）は強磁性層の磁化方向と非磁性層を流
れるセンス電流の電子スピンの方向とが平行である場合
について示し、図１（Ｂ）は強磁性層の磁化方向と非磁
性層を流れるセンス電流の電子スピンの方向とが反平行
である場合について示している。
【００１６】図１（Ａ）に示す状態では、強磁性層１の
磁化方向２は上向きである。センス電流を形成する電子
５の流は下から上に向っている。このときに非磁性層３
内を電子５が移動するときには上向きスピンに偏極した
状態のスピン電子４Ａとなるように制御されている。こ
の制御方法については後に詳述する。よって、強磁性層
１の磁化方向２とスピン電子４Ａの方向とが平行となる
ので、強磁性層１と非磁性層３との界面での散乱は小さ
くなる。したがって、図１（Ａ）に示す状態での磁気抵
抗値Ｒは小さい値ＲＳとなる。
磁化方向２は上向きである。センス電流を形成する電子
５の流は下から上に向っている。このときに非磁性層３
内を電子５が移動するときには上向きスピンに偏極した
状態のスピン電子４Ａとなるように制御されている。こ
の制御方法については後に詳述する。よって、強磁性層
１の磁化方向２とスピン電子４Ａの方向とが平行となる
ので、強磁性層１と非磁性層３との界面での散乱は小さ
くなる。したがって、図１（Ａ）に示す状態での磁気抵
抗値Ｒは小さい値ＲＳとなる。
【００１７】一方、図１（Ｂ）で示す状態は図１（Ａ）
とは逆の状態となる。強磁性層１の磁化方向２が上向き
であり、センス電流を形成する電子５が下から上に向う
点は同様であるが、非磁性層３内では電子５は下向きス
ピンに偏極した状態のスピン電子４Ｂとなっている。
とは逆の状態となる。強磁性層１の磁化方向２が上向き
であり、センス電流を形成する電子５が下から上に向う
点は同様であるが、非磁性層３内では電子５は下向きス
ピンに偏極した状態のスピン電子４Ｂとなっている。
【００１８】図１（Ｂ）で示す状態では、強磁性層１の
磁化方向２とスピン電子４Ｂの方向が反平行となるの
で、強磁性層１と非磁性層２との界面での散乱は大きく
なる。したがって、図１（Ｂ）に示す状態での磁気抵抗
値Ｒは大きな値ＲＬとなる。
磁化方向２とスピン電子４Ｂの方向が反平行となるの
で、強磁性層１と非磁性層２との界面での散乱は大きく
なる。したがって、図１（Ｂ）に示す状態での磁気抵抗
値Ｒは大きな値ＲＬとなる。
【００１９】本発明のＭＲ素子では、上記図１（Ａ）の
状態と図１（Ｂ）の状態を用いて、磁気記録媒体からの
信号磁界を検出する。すなわち、磁気記録媒体からの信
号磁界に対応して強磁性層１の磁化方向２を回転させる
ことで上記図１（Ａ）の状態と図１（Ｂ）の状態を出現
させ、磁気抵抗変化率（ＭＲＲ）を大きく取れるように
して検出感度を向上させる。
状態と図１（Ｂ）の状態を用いて、磁気記録媒体からの
信号磁界を検出する。すなわち、磁気記録媒体からの信
号磁界に対応して強磁性層１の磁化方向２を回転させる
ことで上記図１（Ａ）の状態と図１（Ｂ）の状態を出現
させ、磁気抵抗変化率（ＭＲＲ）を大きく取れるように
して検出感度を向上させる。
【００２０】上記磁気抵抗変化率（ＭＲＲ）は、強磁性
層１の磁化方向２とスピン電子４Ｂの方向が反平行であ
るときに求められた磁気抵抗値ＲＬと、強磁性層１の磁
化方向２とスピン電子４Ａの方向が平行であるときに求
められた磁気抵抗値ＲＳとから算出される下記式（１）
により定義できる。
層１の磁化方向２とスピン電子４Ｂの方向が反平行であ
るときに求められた磁気抵抗値ＲＬと、強磁性層１の磁
化方向２とスピン電子４Ａの方向が平行であるときに求
められた磁気抵抗値ＲＳとから算出される下記式（１）
により定義できる。
【００２１】 ＭＲＲ＝（ＲＬ−ＲＳ）／ＲＬ＝１−ＲＳ/ＲＬ （１） ここで、上記式（１）により求められる本発明のＭＲ素
子の磁気抵抗変化率ＭＲＲが従来のＭＲ素子のものより
高くなることについて説明する。図２は従来のＧＭＲ膜
を用いたＭＲ素子について、その磁気抵抗変化を説明す
るために示した図である。図２で示す従来のＧＭＲ膜１
０は、下から自由磁性層１１、非磁性層１２及び固定磁
性層１３を含んでいる。なお、実際のＧＭＲ膜１０は、
この他に反強磁性層、バイアス膜等を備えるが、ここで
は磁気抵抗変化に影響を与える層のみが示される。
子の磁気抵抗変化率ＭＲＲが従来のＭＲ素子のものより
高くなることについて説明する。図２は従来のＧＭＲ膜
を用いたＭＲ素子について、その磁気抵抗変化を説明す
るために示した図である。図２で示す従来のＧＭＲ膜１
０は、下から自由磁性層１１、非磁性層１２及び固定磁
性層１３を含んでいる。なお、実際のＧＭＲ膜１０は、
この他に反強磁性層、バイアス膜等を備えるが、ここで
は磁気抵抗変化に影響を与える層のみが示される。
【００２２】従来のＧＭＲ膜１０では非磁性層１２内を
流れるセンス電流に関してその電子のスピン状態を制御
していないのでスピン偏極した状態ではない。すなわ
ち、上向きと下向きのスピンを持った電子が混在し、そ
れぞれが独立して振るまう状態となっている。
流れるセンス電流に関してその電子のスピン状態を制御
していないのでスピン偏極した状態ではない。すなわ
ち、上向きと下向きのスピンを持った電子が混在し、そ
れぞれが独立して振るまう状態となっている。
【００２３】そのために、図２で中段左に示す自由磁性
層１１の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とが反平
行となる（ａ）においては、センス電流を形成する電子
１５がそのスピンの向きにより自由磁性層１１との界面
では小さな抵抗値ＲＳを取り、さらに固定磁性層１３と
の界面で大きな抵抗値ＲＬを取る場合と、その逆に自由
磁性層１１との界面で大きな抵抗値ＲＬを取り、さらに
固定磁性層１３との界面で小さな抵抗値ＲＳを取る場合
とが存在している。なお、図２では、図１とは異なり、
ＧＭＲ膜１０を寝かせて示したのでスピンの向きが左右
方向で示されている。
層１１の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とが反平
行となる（ａ）においては、センス電流を形成する電子
１５がそのスピンの向きにより自由磁性層１１との界面
では小さな抵抗値ＲＳを取り、さらに固定磁性層１３と
の界面で大きな抵抗値ＲＬを取る場合と、その逆に自由
磁性層１１との界面で大きな抵抗値ＲＬを取り、さらに
固定磁性層１３との界面で小さな抵抗値ＲＳを取る場合
とが存在している。なお、図２では、図１とは異なり、
ＧＭＲ膜１０を寝かせて示したのでスピンの向きが左右
方向で示されている。
【００２４】また、図２で中段右に示す自由磁性層１１
の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とが平行となる
（ｂ）においては、センス電流を形成する電子１５がそ
のスピンの方向により、自由磁性層１１との界面で小さ
な抵抗値ＲＳを取る場合は、さらに固定磁性層１３との
界面でも小さな抵抗値ＲＳを取る。また、自由磁性層１
１との界面で大きな抵抗値ＲＬを取る場合は、固定磁性
層１３との界面でも大きな抵抗値ＲＬを取る。
の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とが平行となる
（ｂ）においては、センス電流を形成する電子１５がそ
のスピンの方向により、自由磁性層１１との界面で小さ
な抵抗値ＲＳを取る場合は、さらに固定磁性層１３との
界面でも小さな抵抗値ＲＳを取る。また、自由磁性層１
１との界面で大きな抵抗値ＲＬを取る場合は、固定磁性
層１３との界面でも大きな抵抗値ＲＬを取る。
【００２５】上述のように、従来ＧＭＲ膜を用いたＭＲ
素子では、非磁性層内の電子スピンの状態が制御されて
おらず、反平行について示した（ａ）の場合、平行につ
いて示した（ｂ）のどちら場合でも２種類の抵抗状態が
あり、これらから抵抗変化値が決定することになる。
素子では、非磁性層内の電子スピンの状態が制御されて
おらず、反平行について示した（ａ）の場合、平行につ
いて示した（ｂ）のどちら場合でも２種類の抵抗状態が
あり、これらから抵抗変化値が決定することになる。
【００２６】ところで、上記（ａ）で示されるのは自由
磁性層１１の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とが
反平行である。これは、図２で上段に示すように磁気抵
抗値Ｒが最大Ｒｏとなる状態である。このときのＧＭＲ
膜１０の磁気抵抗値Ｒは（ａ）下に示す等価な回路
（ｃ）により求めることができる。すなわち、図２で
（ａ）で示される場合の最大磁気抵抗値ＲｏはＲｏ＝
（ＲＬ＋ＲＳ）／２により求めることができる。
磁性層１１の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とが
反平行である。これは、図２で上段に示すように磁気抵
抗値Ｒが最大Ｒｏとなる状態である。このときのＧＭＲ
膜１０の磁気抵抗値Ｒは（ａ）下に示す等価な回路
（ｃ）により求めることができる。すなわち、図２で
（ａ）で示される場合の最大磁気抵抗値ＲｏはＲｏ＝
（ＲＬ＋ＲＳ）／２により求めることができる。
【００２７】また、上記（ｂ）で示されるのは自由磁性
層１１の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とは平行
であり、図２で上段に示すように磁気抵抗値Ｒが最少Ｒ
ｐとなる状態である。このときのＧＭＲ膜１０の磁気抵
抗値Ｒは（ｂ）下に示す等価な回路（ｄ）により求める
ことができる。すなわち、図２で（ｂ）で示される場合
の最少磁気抵抗値ＲｐはＲｐ＝２ＲＬ・ＲＳ／（ＲＬ＋
ＲＳ）により求めることができる。
層１１の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とは平行
であり、図２で上段に示すように磁気抵抗値Ｒが最少Ｒ
ｐとなる状態である。このときのＧＭＲ膜１０の磁気抵
抗値Ｒは（ｂ）下に示す等価な回路（ｄ）により求める
ことができる。すなわち、図２で（ｂ）で示される場合
の最少磁気抵抗値ＲｐはＲｐ＝２ＲＬ・ＲＳ／（ＲＬ＋
ＲＳ）により求めることができる。
【００２８】そして、図２で示すＧＭＲ膜１０を用いた
従来のＭＲ素子について、その磁気抵抗変化率（ＭＲ
Ｒ）を上記式（１）と同様にして求めると下記式（２）
となる。 ＭＲＲ＝（Ｒｏ−Ｒｐ）／Ｒｏ＝１−４ＲＬ・ＲＳ／（ＲＬ＋ＲＳ）２ （２） ここで、従来のＧＭＲ膜での磁気抵抗変化率が１０％程
度であることから、試算として上記式（２）のＭＲＲ値
に０．１を代入して、２次方程式を解くと、ＲＳ／ＲＬ
＝０．５２となる。そして、このＲＳ／ＲＬ＝０．５２
を本発明のＭＲ素子について示した、上記式（１）に代
入するとＭＲＲが４８％（０．４８）にもなる。よっ
て、磁気抵抗変化率が約５倍まで高まるので、再生ヘッ
ド用の磁気検出素子として用いれば高感度に信号磁界を
検出できることが分かる。
従来のＭＲ素子について、その磁気抵抗変化率（ＭＲ
Ｒ）を上記式（１）と同様にして求めると下記式（２）
となる。 ＭＲＲ＝（Ｒｏ−Ｒｐ）／Ｒｏ＝１−４ＲＬ・ＲＳ／（ＲＬ＋ＲＳ）２ （２） ここで、従来のＧＭＲ膜での磁気抵抗変化率が１０％程
度であることから、試算として上記式（２）のＭＲＲ値
に０．１を代入して、２次方程式を解くと、ＲＳ／ＲＬ
＝０．５２となる。そして、このＲＳ／ＲＬ＝０．５２
を本発明のＭＲ素子について示した、上記式（１）に代
入するとＭＲＲが４８％（０．４８）にもなる。よっ
て、磁気抵抗変化率が約５倍まで高まるので、再生ヘッ
ド用の磁気検出素子として用いれば高感度に信号磁界を
検出できることが分かる。
【００２９】つぎに、図２で示した従来ＧＭＲ膜を用い
たＭＲ素子に対して、本発明でもＧＭＲ膜を用いた場合
のＭＲ素子について説明する。図３は本発明でＧＭＲ膜
を用いてＭＲ素子を形成した場合について、その磁気抵
抗変化を説明するために示した図である。図３で示す本
発明のＧＭＲ膜２０も、下から自由磁性層２１、非磁性
層２２及び固定磁性層２３を含んでいる。図３のＧＭＲ
膜２０では非磁性層２２内を流れるセンス電流に関して
は、電子のスピンを右向きに偏極させている。上記本発
明のＧＭＲ膜２０では、電子のスピン状態は一方向に制
御された状態である。よって、従来のように（ａ）、
（ｂ）場合それぞれについて２種類ずつの磁気抵抗状態
は存在せず、それぞれ１つの抵抗状態のみが形成され
る。すなわち、図３中段左に示す自由磁性層２１の磁化
方向と固定磁性層２３の磁化方向とが反平行となる
（ａ）においては、固定磁性層２３との界面で小さな抵
抗値ＲＳを取り、自由磁性層２１との界面で大きな抵抗
値ＲＬを取る場合のみとなる。また、図３で中段右に示
す自由磁性層２１の磁化方向と固定磁性層２３の磁化方
向とが平行となる（ｂ）においては、自由磁性層２１と
の界面で小さな抵抗値ＲＳを取り、さらに固定磁性層２
３との界面でも小さな抵抗値ＲＳを取る場合のみとな
る。
たＭＲ素子に対して、本発明でもＧＭＲ膜を用いた場合
のＭＲ素子について説明する。図３は本発明でＧＭＲ膜
を用いてＭＲ素子を形成した場合について、その磁気抵
抗変化を説明するために示した図である。図３で示す本
発明のＧＭＲ膜２０も、下から自由磁性層２１、非磁性
層２２及び固定磁性層２３を含んでいる。図３のＧＭＲ
膜２０では非磁性層２２内を流れるセンス電流に関して
は、電子のスピンを右向きに偏極させている。上記本発
明のＧＭＲ膜２０では、電子のスピン状態は一方向に制
御された状態である。よって、従来のように（ａ）、
（ｂ）場合それぞれについて２種類ずつの磁気抵抗状態
は存在せず、それぞれ１つの抵抗状態のみが形成され
る。すなわち、図３中段左に示す自由磁性層２１の磁化
方向と固定磁性層２３の磁化方向とが反平行となる
（ａ）においては、固定磁性層２３との界面で小さな抵
抗値ＲＳを取り、自由磁性層２１との界面で大きな抵抗
値ＲＬを取る場合のみとなる。また、図３で中段右に示
す自由磁性層２１の磁化方向と固定磁性層２３の磁化方
向とが平行となる（ｂ）においては、自由磁性層２１と
の界面で小さな抵抗値ＲＳを取り、さらに固定磁性層２
３との界面でも小さな抵抗値ＲＳを取る場合のみとな
る。
【００３０】図３で示すＭＲ素子では、反平行について
示した（ａ）の場合、平行に示した（ｂ）のどちら場合
に関しても形成される抵抗状態は１つとなる。ＧＭＲ膜
２０の磁気抵抗値Ｒは（ａ）下に示す等価な回路（ｃ）
により求めることができ、最大磁気抵抗値ＲｏはＲｏ＝
ＲＬ＋ＲＳで示される。また、（ｂ）下に示す等価な回
路（ｄ）により求めることができ、最少磁気抵抗値Ｒｐ
1はＲｐ1＝２ＲＳで示される。そして、この図３で示し
たＧＭＲ素子の磁気抵抗変化率（ＭＲＲ）を上記式
（１）、（２）と同様に求めると下記式（３）となる。 ＭＲＲ＝（Ｒｏ−Ｒｐ1）／Ｒｏ＝１−２ＲＳ／（ＲＬ＋ＲＳ） （３） ここで、前述と同様に試算として従来のＧＭＲ膜でのＭ
ＲＲ値が０．１であるとすると、ＲＳ／ＲＬ＝０．５２
であるから、これを上記式（３）に代入すると磁気抵抗
変化率は３１％となる。よって、ＧＭＲ膜を用いて構成
したＭＲ素子の場合にも磁気抵抗変化率を約３倍まで高
めることができるので、再生ヘッド用の高感度な磁気検
出素子として採用できる。なお、図３で示した、ＧＭＲ
膜２０に関しては、図１で示した２層膜の強磁性層１を
自由磁性層２１に、非磁性層３を非磁性層２２に対応す
るように構成すればよい。
示した（ａ）の場合、平行に示した（ｂ）のどちら場合
に関しても形成される抵抗状態は１つとなる。ＧＭＲ膜
２０の磁気抵抗値Ｒは（ａ）下に示す等価な回路（ｃ）
により求めることができ、最大磁気抵抗値ＲｏはＲｏ＝
ＲＬ＋ＲＳで示される。また、（ｂ）下に示す等価な回
路（ｄ）により求めることができ、最少磁気抵抗値Ｒｐ
1はＲｐ1＝２ＲＳで示される。そして、この図３で示し
たＧＭＲ素子の磁気抵抗変化率（ＭＲＲ）を上記式
（１）、（２）と同様に求めると下記式（３）となる。 ＭＲＲ＝（Ｒｏ−Ｒｐ1）／Ｒｏ＝１−２ＲＳ／（ＲＬ＋ＲＳ） （３） ここで、前述と同様に試算として従来のＧＭＲ膜でのＭ
ＲＲ値が０．１であるとすると、ＲＳ／ＲＬ＝０．５２
であるから、これを上記式（３）に代入すると磁気抵抗
変化率は３１％となる。よって、ＧＭＲ膜を用いて構成
したＭＲ素子の場合にも磁気抵抗変化率を約３倍まで高
めることができるので、再生ヘッド用の高感度な磁気検
出素子として採用できる。なお、図３で示した、ＧＭＲ
膜２０に関しては、図１で示した２層膜の強磁性層１を
自由磁性層２１に、非磁性層３を非磁性層２２に対応す
るように構成すればよい。
【００３１】図４は前述したように非磁性層内を流れる
センス電流をスピン偏極した状態とするために採用可能
なスピンフィルタ３０の概要構成を示す図である。図４
で非磁性層３１の上面の両端に一対の強磁性体３２、３
３が配設されている。この強磁性体３２、３３は導電性
を備え端子電極としても機能する。
センス電流をスピン偏極した状態とするために採用可能
なスピンフィルタ３０の概要構成を示す図である。図４
で非磁性層３１の上面の両端に一対の強磁性体３２、３
３が配設されている。この強磁性体３２、３３は導電性
を備え端子電極としても機能する。
【００３２】上記非磁性層３１は、例えばＡｌ、Ｃｕ、
Ｃｒ及びこれらの合金から選択した導電性非磁性材料で
形成できる。また、上記強磁性体３２、３３は、例えば
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びこれらの合金から選択した伝導性
を有する強磁性材料により形成できる。さらに強磁性体
３２、３３にセンス電流を供給するための電源３５を接
続してスピンフィルタ３０の基本構成とする。
Ｃｒ及びこれらの合金から選択した導電性非磁性材料で
形成できる。また、上記強磁性体３２、３３は、例えば
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びこれらの合金から選択した伝導性
を有する強磁性材料により形成できる。さらに強磁性体
３２、３３にセンス電流を供給するための電源３５を接
続してスピンフィルタ３０の基本構成とする。
【００３３】上記スピンフィルタ３０は図４に示すよう
に、強磁性体３２、３３の磁化方向が互いに平行に設定
されている場合に、電源３５から電流を供給するとその
間にある非磁性層３１内を通る電子をスピン偏極した状
態に制御することができる。このような構造体の構成に
ついては、例えばJohnson と SilsbeeはPhys. Rev. B3
7, 5326(1988)について開示されているが、その用途に
関する提案はなされていない。本発明者等は、上記スピ
ンフィルタ３０の非磁性層３１に強磁性層を接した構造
体を形成することで本発明の一実施形態が実現きること
を確認した。
に、強磁性体３２、３３の磁化方向が互いに平行に設定
されている場合に、電源３５から電流を供給するとその
間にある非磁性層３１内を通る電子をスピン偏極した状
態に制御することができる。このような構造体の構成に
ついては、例えばJohnson と SilsbeeはPhys. Rev. B3
7, 5326(1988)について開示されているが、その用途に
関する提案はなされていない。本発明者等は、上記スピ
ンフィルタ３０の非磁性層３１に強磁性層を接した構造
体を形成することで本発明の一実施形態が実現きること
を確認した。
【００３４】以下、さらに図面に基づき本発明の実施例
を説明する。図５は、本発明の第１実施例について示す
図である。本第１実施例では、ＭＲ素子４０の強磁性層
にＡＭＲ膜４１を用いている。図５では図４で示したス
ピンフィルタ３０に相当する部位には同一符号を付して
いる。
を説明する。図５は、本発明の第１実施例について示す
図である。本第１実施例では、ＭＲ素子４０の強磁性層
にＡＭＲ膜４１を用いている。図５では図４で示したス
ピンフィルタ３０に相当する部位には同一符号を付して
いる。
【００３５】本実施例のＭＲ素子４０はスピンフィルタ
３０の下面にＡＭＲ膜４１を接して設けた簡単な構成で
ある。このＡＭＲ膜４１は従来と同様にパーマロイ、セ
ンダスト等を用いて形成すればよい。ＡＭＲ膜４１の磁
化方向４２は非磁性層３１側の電子のスピン方向と平行
又は反平行状態となるよう予め設定しておく。外部から
信号磁界Ｈｓｉｇを受けるとＡＭＲ膜４１の磁化方向４
２が回転し、磁気抵抗変化として磁気記録を高感度に検
出する。本実施例で示した、２層膜構造のＭＲ素子の感
度の向上は、上記図１及び図２を用いて説明したように
従来のＭＲ素子と比較して５倍程度の磁気抵抗変化率と
することができ、感度が著しく向上している。
３０の下面にＡＭＲ膜４１を接して設けた簡単な構成で
ある。このＡＭＲ膜４１は従来と同様にパーマロイ、セ
ンダスト等を用いて形成すればよい。ＡＭＲ膜４１の磁
化方向４２は非磁性層３１側の電子のスピン方向と平行
又は反平行状態となるよう予め設定しておく。外部から
信号磁界Ｈｓｉｇを受けるとＡＭＲ膜４１の磁化方向４
２が回転し、磁気抵抗変化として磁気記録を高感度に検
出する。本実施例で示した、２層膜構造のＭＲ素子の感
度の向上は、上記図１及び図２を用いて説明したように
従来のＭＲ素子と比較して５倍程度の磁気抵抗変化率と
することができ、感度が著しく向上している。
【００３６】上記ＭＲ素子４０は周知の薄膜形成技術、
例えばスパッタリング法、レジストマスクを用いての現
像処理、エッチング等を用いて製造することができる。
２層膜構造の上に一対の強磁性体を形成するというシン
プルな構成であり、簡易な工程で高感度なＭＲ素子を製
造することができる。
例えばスパッタリング法、レジストマスクを用いての現
像処理、エッチング等を用いて製造することができる。
２層膜構造の上に一対の強磁性体を形成するというシン
プルな構成であり、簡易な工程で高感度なＭＲ素子を製
造することができる。
【００３７】図６は本発明の第２実施例について示す図
である。本第２実施例では、ＭＲ素子５０にＧＭＲ膜と
してスピンバルブ膜を用いた例を示す。スピンバルブ膜
は自由磁性層、非磁性層、固定磁性層及び反強磁性層を
備えた積層体で構成されるが、この自由磁性層と非磁性
層に関して前述したスピンフィルタ３０により電子スピ
ンを制御し、偏極させる構成を作り込んでいる。図６に
おいても図４で示したスピンフィルタ３０に相当する部
位には同一符号を付している。
である。本第２実施例では、ＭＲ素子５０にＧＭＲ膜と
してスピンバルブ膜を用いた例を示す。スピンバルブ膜
は自由磁性層、非磁性層、固定磁性層及び反強磁性層を
備えた積層体で構成されるが、この自由磁性層と非磁性
層に関して前述したスピンフィルタ３０により電子スピ
ンを制御し、偏極させる構成を作り込んでいる。図６に
おいても図４で示したスピンフィルタ３０に相当する部
位には同一符号を付している。
【００３８】本実施例のスピンバルブ型のＭＲ素子５０
はスピンフィルタ３０の非磁性層３１上に自由磁性層５
１を有し、非磁性層３１下には固定磁性層５２及びこれ
をピン止めするための反強磁性層５３を有した層構成と
なる。
はスピンフィルタ３０の非磁性層３１上に自由磁性層５
１を有し、非磁性層３１下には固定磁性層５２及びこれ
をピン止めするための反強磁性層５３を有した層構成と
なる。
【００３９】このスピンバルブ膜は従来の薄膜形成技術
を用いて形成することができる。自由磁性層５１の磁化
方向５４は非磁性層３１側の電子のスピン方向と平行又
は反平行状態となるよう予め設定しておく。外部から信
号磁界Ｈｓｉｇを受けると自由磁性層５１の磁化方向５
４が回転し、磁気抵抗変化として磁気記録を高感度に検
出する。本実施例で示した、スピンバルブ膜構造を用い
たＭＲ素子の感度の向上は、上記図３を用いて説明した
ように従来のＧＭＲ素子と比較して３倍程度の磁気抵抗
変化率とすることができ、高感度なＭＲ素子５０を提供
できる。
を用いて形成することができる。自由磁性層５１の磁化
方向５４は非磁性層３１側の電子のスピン方向と平行又
は反平行状態となるよう予め設定しておく。外部から信
号磁界Ｈｓｉｇを受けると自由磁性層５１の磁化方向５
４が回転し、磁気抵抗変化として磁気記録を高感度に検
出する。本実施例で示した、スピンバルブ膜構造を用い
たＭＲ素子の感度の向上は、上記図３を用いて説明した
ように従来のＧＭＲ素子と比較して３倍程度の磁気抵抗
変化率とすることができ、高感度なＭＲ素子５０を提供
できる。
【００４０】図７は本発明の第３実施例の磁気検出素子
６０について示す図である。前述した第１、第２実施例
では強磁性層側の磁化方向と非磁性層内のセンス電流を
形成する電子のスピン方向との関係から生じる磁気抵抗
変化を外部磁界の検出に用いていた。本第３実施例では
非磁性層を半導体材料により形成し、外部磁界に対して
オン−オフのスイッチングを行って磁界の検出を行うＦ
ＥＴ型の磁気検出素子を示す。
６０について示す図である。前述した第１、第２実施例
では強磁性層側の磁化方向と非磁性層内のセンス電流を
形成する電子のスピン方向との関係から生じる磁気抵抗
変化を外部磁界の検出に用いていた。本第３実施例では
非磁性層を半導体材料により形成し、外部磁界に対して
オン−オフのスイッチングを行って磁界の検出を行うＦ
ＥＴ型の磁気検出素子を示す。
【００４１】磁気検出素子６０は、図４で示したスピン
フィルタ３０と同様な構成となる。非磁性層６１の両端
部に端子電極を兼ねる強磁性体６２、６３が配置され、
強磁性体６２、６３の磁化方向は平行（図７で共に右向
き）に設定されている。
フィルタ３０と同様な構成となる。非磁性層６１の両端
部に端子電極を兼ねる強磁性体６２、６３が配置され、
強磁性体６２、６３の磁化方向は平行（図７で共に右向
き）に設定されている。
【００４２】上記非磁性層６１は半導体材料、例えばＩ
ｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓで形成し、電源３５から強磁
性体６２、６３に電流を供給すると、図７に示すように
スピン偏極したセンス電流が非磁性層６１内を流れる。
なお、このような構造についていは、例えばS.Datraと
B.DasがAppl. Phys. Lett. 56 665(1990)にスピン偏極
したＦＥＴについて示すされるがその利用法については
明らかにされていない。本第３実施例では、このスピン
偏極したＦＥＴを用いて磁気記録媒体からの信号磁界を
検出するために用いている。その検出動作を図８を用い
て説明する。図８は上記磁気検出素子６０を磁気記録媒
体としてのハードディスク７０に対向して配置した図で
ある。図８（Ａ）は面内方向に記録された磁化が向き合
う、いわゆる吹出し位置での検出につて示し、図８
（Ｂ）は磁化が逆向きとなる、いわゆる吸い込み位置で
の検出につて示している。
ｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓで形成し、電源３５から強磁
性体６２、６３に電流を供給すると、図７に示すように
スピン偏極したセンス電流が非磁性層６１内を流れる。
なお、このような構造についていは、例えばS.Datraと
B.DasがAppl. Phys. Lett. 56 665(1990)にスピン偏極
したＦＥＴについて示すされるがその利用法については
明らかにされていない。本第３実施例では、このスピン
偏極したＦＥＴを用いて磁気記録媒体からの信号磁界を
検出するために用いている。その検出動作を図８を用い
て説明する。図８は上記磁気検出素子６０を磁気記録媒
体としてのハードディスク７０に対向して配置した図で
ある。図８（Ａ）は面内方向に記録された磁化が向き合
う、いわゆる吹出し位置での検出につて示し、図８
（Ｂ）は磁化が逆向きとなる、いわゆる吸い込み位置で
の検出につて示している。
【００４３】図８（Ａ）では、ハードディスク７０から
の信号磁界の方向と強磁性体６２の磁化方向が平行であ
り、図７で示したスピン偏極したセンス電流が強磁性体
６２から強磁性体６３に流れ、オン状態となる。逆に図
８（Ｂ）では、ハードディスク７０からの信号磁界の方
向と強磁性体６２の当初の磁化方向が反平行となり、強
磁性体６２の磁化方向は信号磁界の方向と平行なるよう
に反転される。そのため、図７に示したセンス電流を流
す状態を維持できなくなり、強磁性体６２と強磁性体６
３は電気的に絶縁され、オフ状態となる。よって、本第
３実施例では半導体のスイッチング作用を用いて外部磁
界を検出する磁気検出素子とすることができる。
の信号磁界の方向と強磁性体６２の磁化方向が平行であ
り、図７で示したスピン偏極したセンス電流が強磁性体
６２から強磁性体６３に流れ、オン状態となる。逆に図
８（Ｂ）では、ハードディスク７０からの信号磁界の方
向と強磁性体６２の当初の磁化方向が反平行となり、強
磁性体６２の磁化方向は信号磁界の方向と平行なるよう
に反転される。そのため、図７に示したセンス電流を流
す状態を維持できなくなり、強磁性体６２と強磁性体６
３は電気的に絶縁され、オフ状態となる。よって、本第
３実施例では半導体のスイッチング作用を用いて外部磁
界を検出する磁気検出素子とすることができる。
【００４４】本実施例の磁気検出素子６０も、従来の半
導体形成技術或いは薄膜形成技術を用いて製造できるこ
とは言うまでもない。また、上記強磁性体６２及び強磁
性体６３についても導電性の強磁性材料、例えば、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びこれらから形成される合金を用いる
ことで形成できる。強磁性体６２及び強磁性体６３は同
一或いは異なる材料で形成してもよい。ただし、強磁性
体６２の磁化方向は信号磁界を受けて方向転換が可能で
あり、強磁性体６３の磁化方向は一定に維持する必要が
ある。
導体形成技術或いは薄膜形成技術を用いて製造できるこ
とは言うまでもない。また、上記強磁性体６２及び強磁
性体６３についても導電性の強磁性材料、例えば、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びこれらから形成される合金を用いる
ことで形成できる。強磁性体６２及び強磁性体６３は同
一或いは異なる材料で形成してもよい。ただし、強磁性
体６２の磁化方向は信号磁界を受けて方向転換が可能で
あり、強磁性体６３の磁化方向は一定に維持する必要が
ある。
【００４５】ここでさらに、上記実施例で示した磁気検
出素子を再生ヘッドとして採用した磁気記憶装置の一例
を、図９及び図１０と共に説明する。図９は磁気記憶装
置の要部を示す断面図であり、図１０は同装置の要部を
示す平面図である。この磁気記憶装置は媒体に記録され
た磁気情報を読取るとき、スピン偏極したセンス電流が
流れるヘッドを有する情報記憶装置となる。
出素子を再生ヘッドとして採用した磁気記憶装置の一例
を、図９及び図１０と共に説明する。図９は磁気記憶装
置の要部を示す断面図であり、図１０は同装置の要部を
示す平面図である。この磁気記憶装置は媒体に記録され
た磁気情報を読取るとき、スピン偏極したセンス電流が
流れるヘッドを有する情報記憶装置となる。
【００４６】図９及び図１０に示すように、磁気記憶装
置は大略ハウジング１１３からなる。ハウジング１１３
内には、モータ１１４、ハブ１１５、複数の磁気記録媒
体１１０、複数の記録再生ヘッド１１７、複数のサスペ
ンション１１８、複数のアーム１１９及びアクチュエー
タユニット１２０が設けられている。磁気記録媒体１１
６はモータ１１４により回転されるハブ１１５に取付け
られている。記録・再生ヘッド１１７は、図５、図６及
び図７で示したいずれかを用いる再生ヘッドと、インダ
クティブヘッド等の記録ヘッドとからな複合型の記録再
生ヘッドである。各記録再生ヘッド１１７は、対応する
アーム１１９の先端にサスペンション１１８を介して取
付けられている。アーム１１９はアクチュエータユニッ
ト１２０により駆動される。この磁気記憶装置の基本構
成自体は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省
略する。磁気記録媒体１１６の数は３枚には限定され
ず、１枚でも、２枚又は４枚以上であってもよい。ここ
で用いる磁気記憶媒体は磁気ディスクに限定されるもの
ではない。
置は大略ハウジング１１３からなる。ハウジング１１３
内には、モータ１１４、ハブ１１５、複数の磁気記録媒
体１１０、複数の記録再生ヘッド１１７、複数のサスペ
ンション１１８、複数のアーム１１９及びアクチュエー
タユニット１２０が設けられている。磁気記録媒体１１
６はモータ１１４により回転されるハブ１１５に取付け
られている。記録・再生ヘッド１１７は、図５、図６及
び図７で示したいずれかを用いる再生ヘッドと、インダ
クティブヘッド等の記録ヘッドとからな複合型の記録再
生ヘッドである。各記録再生ヘッド１１７は、対応する
アーム１１９の先端にサスペンション１１８を介して取
付けられている。アーム１１９はアクチュエータユニッ
ト１２０により駆動される。この磁気記憶装置の基本構
成自体は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省
略する。磁気記録媒体１１６の数は３枚には限定され
ず、１枚でも、２枚又は４枚以上であってもよい。ここ
で用いる磁気記憶媒体は磁気ディスクに限定されるもの
ではない。
【００４７】以上本発明の好ましい実施例について詳述
したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の
範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の
範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４８】なお、以上の説明に関して更に以下の付記
を開示する。
を開示する。
【００４９】（付記１） 非磁性層に流れるスピン偏極
されたセンス電流を用いて外部磁界を検出する磁気検出
素子。
されたセンス電流を用いて外部磁界を検出する磁気検出
素子。
【００５０】（付記２） 前記非磁性層に接して配設さ
れ、互いの磁化方向を平行とし且つ離間して配置された
一対の強磁性体と、該強磁性体それぞれを電極としてセ
ンス電流を供給する電源を備えたことを特徴とする付記
１記載の磁気検出素子。
れ、互いの磁化方向を平行とし且つ離間して配置された
一対の強磁性体と、該強磁性体それぞれを電極としてセ
ンス電流を供給する電源を備えたことを特徴とする付記
１記載の磁気検出素子。
【００５１】（付記３） 前記非磁性層に接して強磁性
層を設け、該強磁性層の磁化方向を前記センス電流の電
子スピンの方向と平行又は反平行としたこと特徴とする
付記１又は２記載の磁気検出素子。
層を設け、該強磁性層の磁化方向を前記センス電流の電
子スピンの方向と平行又は反平行としたこと特徴とする
付記１又は２記載の磁気検出素子。
【００５２】（付記４） 前記強磁性層を異方性磁気抵
抗効果膜又は巨大磁気抵抗効果膜を成す自由磁性層とし
て構成したこと特徴とする付記３記載の磁気検出素子。
抗効果膜又は巨大磁気抵抗効果膜を成す自由磁性層とし
て構成したこと特徴とする付記３記載の磁気検出素子。
【００５３】（付記５） 前記巨大磁気抵抗効果膜はス
ピンバルブ膜であることを特徴とする付記４記載の磁気
検出素子。 （付記６） 前記非磁性層はＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒ及びこれ
らの合金からなる群から選択された１つで形成されるこ
と特徴とする付記１から５いずれかに記載の磁気検出素
子。
ピンバルブ膜であることを特徴とする付記４記載の磁気
検出素子。 （付記６） 前記非磁性層はＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒ及びこれ
らの合金からなる群から選択された１つで形成されるこ
と特徴とする付記１から５いずれかに記載の磁気検出素
子。
【００５４】（付記７） 前記非磁性層を半導体材料で
形成し、前記一対で形成された強磁性体の片方側の強磁
性体の磁化方向の変化により外部磁界の検出を行うこと
を特徴とする付記２記載の磁気検出素子。
形成し、前記一対で形成された強磁性体の片方側の強磁
性体の磁化方向の変化により外部磁界の検出を行うこと
を特徴とする付記２記載の磁気検出素子。
【００５５】（付記８） 前記半導体材料は、ＩｎＡｌ
Ａｓ又はＩｎＧａＡｓであること特徴とする付記７記載
の磁気検出素子。
Ａｓ又はＩｎＧａＡｓであること特徴とする付記７記載
の磁気検出素子。
【００５６】（付記９） 前記強磁性体は、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ及びこれらの合金から成る群から選択され材料
の１つで形成されること特徴とする付記１から８いずれ
かに記載の磁気検出素子。
ｏ、Ｎｉ及びこれらの合金から成る群から選択され材料
の１つで形成されること特徴とする付記１から８いずれ
かに記載の磁気検出素子。
【００５７】（付記１０） 媒体に記録された磁気情報
を読取るとき、スピン偏極したセンス電流が流れる再生
ヘッドを有することを特徴とする情報記憶装置。
を読取るとき、スピン偏極したセンス電流が流れる再生
ヘッドを有することを特徴とする情報記憶装置。
【００５８】
【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、本発明によれば、スピン偏極されたセンス電流を流
す非磁性層を用いることで、磁気抵抗効果型の磁気検出
素子や半導体を用いた磁気検出素子として高感度な磁気
検出素子を提供できる。
に、本発明によれば、スピン偏極されたセンス電流を流
す非磁性層を用いることで、磁気抵抗効果型の磁気検出
素子や半導体を用いた磁気検出素子として高感度な磁気
検出素子を提供できる。
【００５９】磁気抵抗効果型の検出素子として構成した
場合は、磁気抵抗変化率を従来のＭＲ素子の場合よりも
大きく取ることができ、高感度な磁気情報再生素子とし
て提供することができる。また、半導体材料を用いて非
磁性層を構成した場合は、強磁性体の磁化方向の変化に
よりオン−オフを行い高感度に外部磁界を検出する磁気
検出素子として提供することができる。
場合は、磁気抵抗変化率を従来のＭＲ素子の場合よりも
大きく取ることができ、高感度な磁気情報再生素子とし
て提供することができる。また、半導体材料を用いて非
磁性層を構成した場合は、強磁性体の磁化方向の変化に
よりオン−オフを行い高感度に外部磁界を検出する磁気
検出素子として提供することができる。
【図１】本発明をＭＲ素子に適用した場合について、Ｍ
Ｒ素子が有する基本構成を説明するために示した図であ
る。
Ｒ素子が有する基本構成を説明するために示した図であ
る。
【図２】従来のＧＭＲ膜を用いたＭＲ素子について、そ
の磁気抵抗変化を説明するために示した図である。
の磁気抵抗変化を説明するために示した図である。
【図３】本発明でＧＭＲ膜を用いたＭＲ素子を形成した
場合について、その磁気抵抗変化を説明するために示し
た図である。
場合について、その磁気抵抗変化を説明するために示し
た図である。
【図４】スピンフィルタの概要構成を示す図である
【図５】本発明の第１実施例について示す図である。
【図６】本発明の第２実施例について示す図である。
【図７】本発明の第３実施例について示す図である。
【図８】図７に示す磁気検出素子が外部磁界を検出する
様子を示す図である。
様子を示す図である。
【図９】本発明の磁気検出素子を用いた磁気記憶装置の
要部を示す断面図である。
要部を示す断面図である。
【図１０】図９に示した装置の要部を示す平面図であ
る。
る。
１ 強磁性層 ３ 非磁性層 ４Ａ、４Ｂ スピン電子 ２１、５１ 自由磁性層（強磁性層） ２２ 非磁性層 ３０ スピンフィルタ ４１ ＡＭＲ膜 ６１ 非磁性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渦巻 拓也 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD61 AD62 AD63 AD65 5D034 BA04 BA05 CA08
Claims (5)
- 【請求項１】 非磁性層に流れるスピン偏極されたセン
ス電流を用いて外部磁界を検出する磁気検出素子。 - 【請求項２】 前記非磁性層に接して配設され、互いの
磁化方向を平行とし且つ離間して配置された一対の強磁
性体と、該強磁性体それぞれを電極としてセンス電流を
供給する電源を備えたことを特徴とする請求項１記載の
磁気検出素子。 - 【請求項３】 前記非磁性層に接して強磁性層を設け、
該強磁性層の磁化方向を前記センス電流の電子スピンの
方向と平行又は反平行としたこと特徴とする請求項１又
は２記載の磁気検出素子。 - 【請求項４】 前記強磁性層を異方性磁気抵抗効果膜又
は巨大磁気抵抗効果膜を成す自由磁性層として構成した
ことを特徴とする請求項３記載の磁気検出素子。 - 【請求項５】 前記非磁性層を半導体材料で形成し、前
記一対で形成された強磁性体の片方側の強磁性体の磁化
方向の変化により外部磁界の検出を行うことを特徴とす
る請求項２記載の磁気検出素子。
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|---|---|---|---|
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