JP2002074626A - スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド及び磁気記録再生装置Info
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- JP2002074626A JP2002074626A JP2000268604A JP2000268604A JP2002074626A JP 2002074626 A JP2002074626 A JP 2002074626A JP 2000268604 A JP2000268604 A JP 2000268604A JP 2000268604 A JP2000268604 A JP 2000268604A JP 2002074626 A JP2002074626 A JP 2002074626A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スピン分極率の大きなｂｃｃ強磁性膜を、自
由層、固定層に適用し、従来構造よりも高出力とでき
る、スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【解決手段】 バリア層４００に接している強磁性膜を
ともにｂｃｃ強磁性膜（自由層１００、固定層２００）
で構成する。自由層の軟磁気特性は、ｂｃｃ強磁性膜１
００の下側にｆｃｃ強磁性膜１０１を配置することで確
保する。ｂｃｃ強磁性膜（固定層）２００への交換結合
磁界の付与は、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００で行う。
由層、固定層に適用し、従来構造よりも高出力とでき
る、スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを提供する。 【解決手段】 バリア層４００に接している強磁性膜を
ともにｂｃｃ強磁性膜（自由層１００、固定層２００）
で構成する。自由層の軟磁気特性は、ｂｃｃ強磁性膜１
００の下側にｆｃｃ強磁性膜１０１を配置することで確
保する。ｂｃｃ強磁性膜（固定層）２００への交換結合
磁界の付与は、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００で行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピントンネル型
磁気抵抗効果ヘッドと、該スピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドを使用し、情報を読み書きする磁気記録再生装
置に関する。
磁気抵抗効果ヘッドと、該スピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドを使用し、情報を読み書きする磁気記録再生装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
は、（絶縁）障壁層によって分離された強磁性膜（１）
と強磁性膜（２）を含む適切なる物質上に形成された積
層構造を含有する。代表的なスピントンネル型磁気抵抗
効果ヘッドの積層構造は強磁性膜（１）／障壁層／強磁
性膜（２）／反強磁性膜である。ここで、最上層が反強
磁性膜、最下層が強磁性膜（１）であり、以下の積層膜
もこのように表記する。強磁性膜のひとつ、強磁性膜
（２）の磁化方向は、外部印加磁場ゼロで、強磁性膜
（１）の磁化方向と垂直に固定されている。この強磁性
膜（２）の磁化方向の固定は、反強磁性膜を隣接させ、
反強磁性膜と強磁性膜（２）との交換結合により、強磁
性膜（２）に一方向異方性エネルギーを付与することに
よりなされる。そのため、強磁性膜（２）は固定層と呼
ばれており、本明細書においても、固定層なる表現を用
いることにする。固定層の代表的な磁化の固定方向は浮
上面と垂直な方向である。一方、強磁性膜（１）の磁化
方向は、外部磁場によって自由に回転することができる
ために、自由層と呼ばれている。スピントンネル型磁気
抵抗効果ヘッドでは、磁性媒体から発生する磁界を印加
磁界として、この磁界に応じて自由層の磁化方向が自由
に回転し、その結果、固定層の磁化方向と自由層の磁化
方向のなす角度に変化が生ずる。スピントンネル型磁気
抵抗効果ヘッドは、これら固定層と自由層の磁化方向の
なす角度の変化に応じて電気抵抗が変化することを利用
して磁性媒体からの磁気的信号を電気的信号に変換する
磁気抵抗トランスデューサーである。
は、（絶縁）障壁層によって分離された強磁性膜（１）
と強磁性膜（２）を含む適切なる物質上に形成された積
層構造を含有する。代表的なスピントンネル型磁気抵抗
効果ヘッドの積層構造は強磁性膜（１）／障壁層／強磁
性膜（２）／反強磁性膜である。ここで、最上層が反強
磁性膜、最下層が強磁性膜（１）であり、以下の積層膜
もこのように表記する。強磁性膜のひとつ、強磁性膜
（２）の磁化方向は、外部印加磁場ゼロで、強磁性膜
（１）の磁化方向と垂直に固定されている。この強磁性
膜（２）の磁化方向の固定は、反強磁性膜を隣接させ、
反強磁性膜と強磁性膜（２）との交換結合により、強磁
性膜（２）に一方向異方性エネルギーを付与することに
よりなされる。そのため、強磁性膜（２）は固定層と呼
ばれており、本明細書においても、固定層なる表現を用
いることにする。固定層の代表的な磁化の固定方向は浮
上面と垂直な方向である。一方、強磁性膜（１）の磁化
方向は、外部磁場によって自由に回転することができる
ために、自由層と呼ばれている。スピントンネル型磁気
抵抗効果ヘッドでは、磁性媒体から発生する磁界を印加
磁界として、この磁界に応じて自由層の磁化方向が自由
に回転し、その結果、固定層の磁化方向と自由層の磁化
方向のなす角度に変化が生ずる。スピントンネル型磁気
抵抗効果ヘッドは、これら固定層と自由層の磁化方向の
なす角度の変化に応じて電気抵抗が変化することを利用
して磁性媒体からの磁気的信号を電気的信号に変換する
磁気抵抗トランスデューサーである。
【０００３】実用的なスピントンネル型磁気抵抗効果ヘ
ッドが、Appl. Phys. Lett., 76, 2424 (2000)に記載さ
れている。そこには、下部電極上に、外部磁界に応じて
磁化方向が自由に変化するｆｃｃ（face-centered cubi
c structure：面心立方構造）強磁性膜より構成される
自由層と、ＡｌＯｘバリア層と、反強磁性膜により磁化
方向が固定されるｆｃｃ強磁性膜より構成される固定層
と、ＰｔＭｎ系反強磁性膜と、上部電極と、を含み、順
次積層して構成されたスピントンネル型磁気抵抗効果ヘ
ッドが記載されており、そのスピントンネル型磁気抵抗
変化（以下、ＴＭＲ比と呼ぶ。）は、約３０％にも達す
ると述べられている。
ッドが、Appl. Phys. Lett., 76, 2424 (2000)に記載さ
れている。そこには、下部電極上に、外部磁界に応じて
磁化方向が自由に変化するｆｃｃ（face-centered cubi
c structure：面心立方構造）強磁性膜より構成される
自由層と、ＡｌＯｘバリア層と、反強磁性膜により磁化
方向が固定されるｆｃｃ強磁性膜より構成される固定層
と、ＰｔＭｎ系反強磁性膜と、上部電極と、を含み、順
次積層して構成されたスピントンネル型磁気抵抗効果ヘ
ッドが記載されており、そのスピントンネル型磁気抵抗
変化（以下、ＴＭＲ比と呼ぶ。）は、約３０％にも達す
ると述べられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】記録密度の十分に高い
磁気記録再生装置を実現するためには、従来構造より高
出力なスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを実現する
必要がある。本発明の目的は、従来構造より高出力なス
ピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを提供することにあ
る。本発明の他の目的は、そのようなスピントンネル型
磁気抵抗効果ヘッドを用いた磁気記録再生装置を提供す
ることにある。
磁気記録再生装置を実現するためには、従来構造より高
出力なスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを実現する
必要がある。本発明の目的は、従来構造より高出力なス
ピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを提供することにあ
る。本発明の他の目的は、そのようなスピントンネル型
磁気抵抗効果ヘッドを用いた磁気記録再生装置を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】スピントンネル型磁気抵
抗効果ヘッドのＴＭＲ比理論値は、２Ｐ１Ｐ２／（１−
Ｐ１Ｐ２）で記述される。ここで、Ｐ１，Ｐ２は、障壁
層に接している自由層（強磁性膜）、固定層（強磁性
膜）のスピン分極率である。Appl. Phys. Lett.,76, 24
24 (2000)では、自由層、固定層をともにｆｃｃ−Ｃｏ
９０Ｆｅ１０膜としている。図８に示すように、ｆｃｃ
−Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜のスピン分極率Ｐは０．３５であ
り、ＴＭＲ比＝２Ｐ１Ｐ２／（１−Ｐ１Ｐ２）の関係式
を用いると、ＴＭＲ比は約２８％と見積もられる。この
理論値は前記文献記載の実験値約３０％とよく一致して
いる。このことから、ＴＭＲ比は、理論値で議論しても
問題はないと考えられ、以下では理論値を用いて説明を
展開する。
抗効果ヘッドのＴＭＲ比理論値は、２Ｐ１Ｐ２／（１−
Ｐ１Ｐ２）で記述される。ここで、Ｐ１，Ｐ２は、障壁
層に接している自由層（強磁性膜）、固定層（強磁性
膜）のスピン分極率である。Appl. Phys. Lett.,76, 24
24 (2000)では、自由層、固定層をともにｆｃｃ−Ｃｏ
９０Ｆｅ１０膜としている。図８に示すように、ｆｃｃ
−Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜のスピン分極率Ｐは０．３５であ
り、ＴＭＲ比＝２Ｐ１Ｐ２／（１−Ｐ１Ｐ２）の関係式
を用いると、ＴＭＲ比は約２８％と見積もられる。この
理論値は前記文献記載の実験値約３０％とよく一致して
いる。このことから、ＴＭＲ比は、理論値で議論しても
問題はないと考えられ、以下では理論値を用いて説明を
展開する。
【０００６】ＴＭＲ比＝２Ｐ１Ｐ２／（１−Ｐ１Ｐ２）
なる関係式から、スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
のＴＭＲ比を向上させるためには、スピン分極率Ｐ１，
Ｐ２を大きくすればよいことがわかる。一般に、スピン
分極率Ｐは、ｆｃｃ強磁性体よりもｂｃｃ（body-cente
red cubic structure：体心立方構造）強磁性体の方が
大きいことが知られている。このことから、従来構造よ
り高出力なスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドとする
ためには、障壁層に接している、自由層、固定層のいず
れか片方、あるいは両方をｂｃｃ強磁性体とすればよい
ことがわかる。しかしながら、従来構造よりも高出力な
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドとすべく、単に、
自由層、固定層のいずれか片方、あるいは両方をｂｃｃ
強磁性体とするだけでは、スピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドとして機能しない。
なる関係式から、スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
のＴＭＲ比を向上させるためには、スピン分極率Ｐ１，
Ｐ２を大きくすればよいことがわかる。一般に、スピン
分極率Ｐは、ｆｃｃ強磁性体よりもｂｃｃ（body-cente
red cubic structure：体心立方構造）強磁性体の方が
大きいことが知られている。このことから、従来構造よ
り高出力なスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドとする
ためには、障壁層に接している、自由層、固定層のいず
れか片方、あるいは両方をｂｃｃ強磁性体とすればよい
ことがわかる。しかしながら、従来構造よりも高出力な
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドとすべく、単に、
自由層、固定層のいずれか片方、あるいは両方をｂｃｃ
強磁性体とするだけでは、スピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドとして機能しない。
【０００７】なぜならば、たとえば、自由層としてｂｃ
ｃ強磁性膜を選択した場合には、ｂｃｃ強磁性膜は軟磁
気特性が悪いことから自由層として機能しないという問
題が発生するからである。また、固定層としてｂｃｃ強
磁性膜を選択した場合には、ｂｃｃ強磁性膜と従来のス
ピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＧＭＲヘッド）
で採用されているＰｔＭｎ系反強磁性膜との交換結合磁
界は小さく、その結果、固定層として機能しないという
問題も発生する。
ｃ強磁性膜を選択した場合には、ｂｃｃ強磁性膜は軟磁
気特性が悪いことから自由層として機能しないという問
題が発生するからである。また、固定層としてｂｃｃ強
磁性膜を選択した場合には、ｂｃｃ強磁性膜と従来のス
ピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＧＭＲヘッド）
で採用されているＰｔＭｎ系反強磁性膜との交換結合磁
界は小さく、その結果、固定層として機能しないという
問題も発生する。
【０００８】従って、従来構造よりも高出力なスピント
ンネル型磁気抵抗効果ヘッドとすべく、ｂｃｃ強磁性膜
を採用したスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを実現
するためには、（１）障壁層に接している、自由層、固
定層のいずれか片方、あるいは両方をｂｃｃ強磁性膜と
した上で、（２）自由層としてｂｃｃ強磁性膜を選択し
た場合には、自由層の軟磁気特性を改善する手段を設け
る、（３）固定層としてｂｃｃ強磁性膜を採用した場合
には、ｂｃｃ強磁性膜と十分に大きな交換結合磁界を確
保できる手段を設ける、ことの３点を、同時に満足でき
る素子構造を実現する必要がある。本発明者らは、これ
ら３点を満足できるヘッド構造を見出し、本発明を完成
するに至った。
ンネル型磁気抵抗効果ヘッドとすべく、ｂｃｃ強磁性膜
を採用したスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを実現
するためには、（１）障壁層に接している、自由層、固
定層のいずれか片方、あるいは両方をｂｃｃ強磁性膜と
した上で、（２）自由層としてｂｃｃ強磁性膜を選択し
た場合には、自由層の軟磁気特性を改善する手段を設け
る、（３）固定層としてｂｃｃ強磁性膜を採用した場合
には、ｂｃｃ強磁性膜と十分に大きな交換結合磁界を確
保できる手段を設ける、ことの３点を、同時に満足でき
る素子構造を実現する必要がある。本発明者らは、これ
ら３点を満足できるヘッド構造を見出し、本発明を完成
するに至った。
【０００９】本発明によるスピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、固定層はｂｃｃ強磁性膜であり、反強磁性膜は不規
則相を有するＣｒＭｎ系反強磁性膜、より詳細には、不
規則相のｂｃｃ−ｌｉｋｅ構造を有するＣｒＭｎ系反強
磁性膜であることを特徴とする。
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、固定層はｂｃｃ強磁性膜であり、反強磁性膜は不規
則相を有するＣｒＭｎ系反強磁性膜、より詳細には、不
規則相のｂｃｃ−ｌｉｋｅ構造を有するＣｒＭｎ系反強
磁性膜であることを特徴とする。
【００１０】不規則相のｂｃｃ−ｌｉｋｅ構造とはＣｒ
Ｍｎ系反強磁性膜自身が有する自発歪みにより、ｂｃｃ
構造よりわずかに歪んだ構造をいう。具体的には、ｃ／
ａ比＞１になっていることから、体心正方晶（body cen
tered tetragonal：ｂｃｔ）構造のように歪んだ結晶構
造をいい、不規則相のｂｃｃ−ｌｉｋｅ構造を有するＣ
ｒＭｎ系反強磁性膜には、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜、Ｃ
ｒＭｎＲｈ反強磁性膜、ＣｒＭｎＰｄ反強磁性膜、Ｃｒ
ＭｎＡｕ反強磁性膜、ＣｒＭｎＡｇ反強磁性膜、ＣｒＭ
ｎＣｏ反強磁性膜、ＣｒＭｎＣｕ反強磁性膜が含まれる
（不規則相のｂｃｃ−ｌｉｋｅ構造を有するＣｒＭｎ系
反強磁性膜については、日本応用磁気学会誌 22, 1262-
1267 (1998)参照）。
Ｍｎ系反強磁性膜自身が有する自発歪みにより、ｂｃｃ
構造よりわずかに歪んだ構造をいう。具体的には、ｃ／
ａ比＞１になっていることから、体心正方晶（body cen
tered tetragonal：ｂｃｔ）構造のように歪んだ結晶構
造をいい、不規則相のｂｃｃ−ｌｉｋｅ構造を有するＣ
ｒＭｎ系反強磁性膜には、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜、Ｃ
ｒＭｎＲｈ反強磁性膜、ＣｒＭｎＰｄ反強磁性膜、Ｃｒ
ＭｎＡｕ反強磁性膜、ＣｒＭｎＡｇ反強磁性膜、ＣｒＭ
ｎＣｏ反強磁性膜、ＣｒＭｎＣｕ反強磁性膜が含まれる
（不規則相のｂｃｃ−ｌｉｋｅ構造を有するＣｒＭｎ系
反強磁性膜については、日本応用磁気学会誌 22, 1262-
1267 (1998)参照）。
【００１１】本発明によるスピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、固定層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃ
ｃ強磁性膜との積層構造を有し、反強磁性膜は規則相の
面心正方晶構造を有する反強磁性膜であることを特徴と
する。
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、固定層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃ
ｃ強磁性膜との積層構造を有し、反強磁性膜は規則相の
面心正方晶構造を有する反強磁性膜であることを特徴と
する。
【００１２】規則相の面心正方晶（face centered tetr
agonal：ｆｃｔ）構造を有する反強磁性膜には、ＰｔＭ
ｎ反強磁性膜、ＮｉＭｎ反強磁性膜、ＰｄＭｎ反強磁性
膜、ＡｕＭｎ反強磁性膜、（ＰｄＰｔ）Ｍｎ反強磁性膜
が含まれる。
agonal：ｆｃｔ）構造を有する反強磁性膜には、ＰｔＭ
ｎ反強磁性膜、ＮｉＭｎ反強磁性膜、ＰｄＭｎ反強磁性
膜、ＡｕＭｎ反強磁性膜、（ＰｄＰｔ）Ｍｎ反強磁性膜
が含まれる。
【００１３】本発明によるスピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドは、トンネル障壁層と、トンネル障壁層の一方
の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化
する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層の他方
の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜からなる
固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁性膜と
を備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極とを含
むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおいて、自由
層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜
とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性
膜との積層構造を有することを特徴とする。
果ヘッドは、トンネル障壁層と、トンネル障壁層の一方
の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化
する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層の他方
の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜からなる
固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁性膜と
を備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極とを含
むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおいて、自由
層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜
とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性
膜との積層構造を有することを特徴とする。
【００１４】本発明によるスピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、自由層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃ
ｃ強磁性膜との積層構造を有し、固定層はｂｃｃ強磁性
膜であり、反強磁性膜は不規則相を有するＣｒＭｎ系反
強磁性膜であることを特徴とする。
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、自由層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃ
ｃ強磁性膜との積層構造を有し、固定層はｂｃｃ強磁性
膜であり、反強磁性膜は不規則相を有するＣｒＭｎ系反
強磁性膜であることを特徴とする。
【００１５】本発明によるスピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、自由層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃ
ｃ強磁性膜との積層構造を有し、固定層は前記トンネル
障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜とトンネル障壁層
から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造を
有し、反強磁性膜は規則相の面心正方晶構造を有する反
強磁性膜であることを特徴とする。
果ヘッドは、また、トンネル障壁層と、トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、トンネル障壁層
の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性膜か
らなる固定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす反強磁
性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一対の電極
とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドにおい
て、自由層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃ
ｃ強磁性膜との積層構造を有し、固定層は前記トンネル
障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜とトンネル障壁層
から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造を
有し、反強磁性膜は規則相の面心正方晶構造を有する反
強磁性膜であることを特徴とする。
【００１６】以下に、本発明によるスピントンネル型磁
気抵抗効果ヘッドの好適例を列挙する。ただし、本発明
は、この好適例だけに限定されるものではない。 （１）下部電極上に、外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化するｆｃｃ強磁性膜とｂｃｃ強磁性膜より構成さ
れる自由層と、障壁層と、反強磁性膜により磁化方向が
固定されるｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、Ｃ
ｒＭｎ系反強磁性膜と、上部電極とを順次積層して構成
されるスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。
気抵抗効果ヘッドの好適例を列挙する。ただし、本発明
は、この好適例だけに限定されるものではない。 （１）下部電極上に、外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化するｆｃｃ強磁性膜とｂｃｃ強磁性膜より構成さ
れる自由層と、障壁層と、反強磁性膜により磁化方向が
固定されるｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、Ｃ
ｒＭｎ系反強磁性膜と、上部電極とを順次積層して構成
されるスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。
【００１７】（２）下部電極上に、外部磁界に応じて磁
化方向が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜とｂｃｃ強磁性
膜より構成される自由層と、障壁層と、反強磁性膜によ
り磁化方向が固定されるｂｃｃ強磁性膜とｆｃｃ強磁性
膜より構成される固定層と、ＰｔＭｎ反強磁性膜と、上
部電極とを順次積層して構成されるスピントンネル型磁
気抵抗効果ヘッド。
化方向が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜とｂｃｃ強磁性
膜より構成される自由層と、障壁層と、反強磁性膜によ
り磁化方向が固定されるｂｃｃ強磁性膜とｆｃｃ強磁性
膜より構成される固定層と、ＰｔＭｎ反強磁性膜と、上
部電極とを順次積層して構成されるスピントンネル型磁
気抵抗効果ヘッド。
【００１８】（３）下部電極上に、ＰｔＭｎ反強磁性膜
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜とｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、障壁層
と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化するｂｃｃ
強磁性膜とｆｃｃ強磁性膜より構成される自由層と、上
部電極とを順次積層して構成されるスピントンネル型磁
気抵抗効果ヘッド。
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜とｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、障壁層
と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化するｂｃｃ
強磁性膜とｆｃｃ強磁性膜より構成される自由層と、上
部電極とを順次積層して構成されるスピントンネル型磁
気抵抗効果ヘッド。
【００１９】（４）下部電極上に、外部磁界に応じて磁
化方向が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜より構成される
自由層と、障壁層と、反強磁性膜により磁化方向が固定
されるｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、ＣｒＭ
ｎ系反強磁性膜と、上部電極とを順次積層して構成され
るスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。
化方向が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜より構成される
自由層と、障壁層と、反強磁性膜により磁化方向が固定
されるｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、ＣｒＭ
ｎ系反強磁性膜と、上部電極とを順次積層して構成され
るスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。
【００２０】（５）下部電極上に、外部磁界に応じて磁
化方向が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜より構成される
自由層と、障壁層と、反強磁性膜により磁化方向が固定
されるｂｃｃ強磁性膜とｆｃｃ強磁性膜より構成される
固定層と、ＰｔＭｎ反強磁性膜と、上部電極とを順次積
層して構成されるスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ド。
化方向が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜より構成される
自由層と、障壁層と、反強磁性膜により磁化方向が固定
されるｂｃｃ強磁性膜とｆｃｃ強磁性膜より構成される
固定層と、ＰｔＭｎ反強磁性膜と、上部電極とを順次積
層して構成されるスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ド。
【００２１】（６）下部電極上に、ＰｔＭｎ反強磁性膜
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜とｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、障壁層
と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化するｆｃｃ
強磁性膜より構成される自由層と、上部電極とを順次積
層して構成されるスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ド。
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜とｂｃｃ強磁性膜より構成される固定層と、障壁層
と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化するｆｃｃ
強磁性膜より構成される自由層と、上部電極とを順次積
層して構成されるスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ド。
【００２２】本発明による磁気記録再生装置は、磁気記
録媒体と、磁気記録媒体に対して情報の書き込み又は読
み出しを行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気記録媒体
上の所定の位置へ移動させる磁気ヘッド駆動手段とを含
む磁気記録再生装置において、磁気ヘッドは、トンネル
障壁層と、トンネル障壁層の一方の側に配置されトンネ
ル障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜とトンネル障壁
層から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造
を有し外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する強磁
性膜からなる自由層と、トンネル障壁層の他方の側に配
置され磁化方向が固定されたｂｃｃ強磁性膜からなる固
定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす不規則相を有す
るＣｒＭｎ系反強磁性膜とを備える積層膜と、積層膜を
挟む一対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果
ヘッド、あるいはトンネル障壁層と、トンネル障壁層の
一方の側に配置されトンネル障壁層側に配置されたｂｃ
ｃ強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆ
ｃｃ強磁性膜との積層構造を有し外部磁界に応じて磁化
方向が自由に変化する強磁性膜からなる自由層と、トン
ネル障壁層の他方の側に配置されトンネル障壁層側に配
置されたｂｃｃ強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に
配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有し磁化方向
が固定された強磁性膜からなる固定層と、固定層に交換
結合磁界を及ぼす規則相の面心正方晶構造を有する反強
磁性膜とを備える積層膜と、積層膜を挟む一対の電極と
を含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを備えるこ
とを特徴とする。
録媒体と、磁気記録媒体に対して情報の書き込み又は読
み出しを行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気記録媒体
上の所定の位置へ移動させる磁気ヘッド駆動手段とを含
む磁気記録再生装置において、磁気ヘッドは、トンネル
障壁層と、トンネル障壁層の一方の側に配置されトンネ
ル障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜とトンネル障壁
層から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造
を有し外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する強磁
性膜からなる自由層と、トンネル障壁層の他方の側に配
置され磁化方向が固定されたｂｃｃ強磁性膜からなる固
定層と、固定層に交換結合磁界を及ぼす不規則相を有す
るＣｒＭｎ系反強磁性膜とを備える積層膜と、積層膜を
挟む一対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果
ヘッド、あるいはトンネル障壁層と、トンネル障壁層の
一方の側に配置されトンネル障壁層側に配置されたｂｃ
ｃ強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に配置されたｆ
ｃｃ強磁性膜との積層構造を有し外部磁界に応じて磁化
方向が自由に変化する強磁性膜からなる自由層と、トン
ネル障壁層の他方の側に配置されトンネル障壁層側に配
置されたｂｃｃ強磁性膜とトンネル障壁層から遠い側に
配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有し磁化方向
が固定された強磁性膜からなる固定層と、固定層に交換
結合磁界を及ぼす規則相の面心正方晶構造を有する反強
磁性膜とを備える積層膜と、積層膜を挟む一対の電極と
を含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドを備えるこ
とを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 〔実施例１〕図１は、本発明によるスピントンネル型磁
気抵抗効果ヘッドの構造例を示す拡大断面図である。こ
のスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドは、下部電極５
００上に、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する
ｆｃｃ強磁性膜１０１とｂｃｃ強磁性膜１００より構成
される自由層と、障壁層（バリア層）４００と、反強磁
性膜により磁化方向が固定されるｂｃｃ強磁性膜２００
より構成される固定層と、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３０
０と、上部電極５０１とを含み、順次積層して構成され
る。素子両端部には、バルクハウゼンノイズを抑制する
ための、たとえば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰ
ｔハード膜（硬磁性膜）７００／アルミナ絶縁膜６００
を配置した。
施の形態を説明する。 〔実施例１〕図１は、本発明によるスピントンネル型磁
気抵抗効果ヘッドの構造例を示す拡大断面図である。こ
のスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドは、下部電極５
００上に、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する
ｆｃｃ強磁性膜１０１とｂｃｃ強磁性膜１００より構成
される自由層と、障壁層（バリア層）４００と、反強磁
性膜により磁化方向が固定されるｂｃｃ強磁性膜２００
より構成される固定層と、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３０
０と、上部電極５０１とを含み、順次積層して構成され
る。素子両端部には、バルクハウゼンノイズを抑制する
ための、たとえば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰ
ｔハード膜（硬磁性膜）７００／アルミナ絶縁膜６００
を配置した。
【００２４】代表的な材料、膜厚は、以下の通りであ
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｎｉ８１Ｆｅ
１９膜より構成され、膜厚は１０ｎｍである。ｂｃｃ強
磁性膜１００はＦｅ膜より構成され、膜厚は２ｎｍであ
る。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚
は０．８ｎｍである。ｂｃｃ強磁性膜２００はＦｅ膜よ
り構成され、膜厚は３ｎｍである。（ＣｒＭｎ）Ｐｔ
１０（Ｃｒ：Ｍｎ＝１：１）反強磁性膜３００の膜厚
は、２０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より構
成され、膜厚は５０ｎｍである。
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｎｉ８１Ｆｅ
１９膜より構成され、膜厚は１０ｎｍである。ｂｃｃ強
磁性膜１００はＦｅ膜より構成され、膜厚は２ｎｍであ
る。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚
は０．８ｎｍである。ｂｃｃ強磁性膜２００はＦｅ膜よ
り構成され、膜厚は３ｎｍである。（ＣｒＭｎ）Ｐｔ
１０（Ｃｒ：Ｍｎ＝１：１）反強磁性膜３００の膜厚
は、２０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より構
成され、膜厚は５０ｎｍである。
【００２５】本実施例では、バリア層４００に接してい
る、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強磁性膜
２００（固定層）に、Ｆｅ膜を採用している。図７、８
に示すように、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．４０で
あり、ＴＭＲ比３８％が得られる。また、図７、８に示
すように、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強
磁性膜２００（固定層）に、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用
した場合には、Ｎｉ２ ５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐ
は、０．４７であることから、ＴＭＲ比５７％が得られ
る。このように、バリア層４００に接している強磁性膜
の両方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よ
りも大きなＴＭＲ比を確保できる。
る、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強磁性膜
２００（固定層）に、Ｆｅ膜を採用している。図７、８
に示すように、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．４０で
あり、ＴＭＲ比３８％が得られる。また、図７、８に示
すように、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強
磁性膜２００（固定層）に、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用
した場合には、Ｎｉ２ ５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐ
は、０．４７であることから、ＴＭＲ比５７％が得られ
る。このように、バリア層４００に接している強磁性膜
の両方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よ
りも大きなＴＭＲ比を確保できる。
【００２６】次に、自由層の軟磁気特性について説明す
る。一般に、ｂｃｃ強磁性膜は、軟磁気特性があまりよ
くないことで知られている。よって、ｂｃｃ強磁性膜単
層では自由層として機能しない。本発明では、上述のよ
うに、ｂｃｃ強磁性膜１００の下側に軟磁気特性に優れ
るｆｃｃ強磁性膜１０１を配置している。自由層をｆｃ
ｃ強磁性膜／ｂｃｃ強磁性膜２層構成とすることで、軟
磁気特性を確保した。
る。一般に、ｂｃｃ強磁性膜は、軟磁気特性があまりよ
くないことで知られている。よって、ｂｃｃ強磁性膜単
層では自由層として機能しない。本発明では、上述のよ
うに、ｂｃｃ強磁性膜１００の下側に軟磁気特性に優れ
るｆｃｃ強磁性膜１０１を配置している。自由層をｆｃ
ｃ強磁性膜／ｂｃｃ強磁性膜２層構成とすることで、軟
磁気特性を確保した。
【００２７】最後に、固定層の交換結合磁界について説
明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした場合、従来のＧ
ＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反強磁性膜をｂｃ
ｃ強磁性膜の上方に形成しても、十分な交換結合磁界が
得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆｃｔ（face cente
red tetragonal）の結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁
性膜上にはｆｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャ
ル成長できないためである。
明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした場合、従来のＧ
ＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反強磁性膜をｂｃ
ｃ強磁性膜の上方に形成しても、十分な交換結合磁界が
得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆｃｔ（face cente
red tetragonal）の結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁
性膜上にはｆｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャ
ル成長できないためである。
【００２８】これに対し、図７に示すように、ｂｃｃ強
磁性膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合により発
生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約０．１４
−０．３４５ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００１４−０．０
００３４５Ｊ／ｍ２）と大きく、ブロッキング温度ＴＢ
も３２０−３８０℃と高い。たとえば、Ｆｅ膜３ｎｍの
場合、Ｆｅ膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合磁
界Ｈｅｘは、Ｋｅ＝ｔＭＳＨｅｘ（ｔ：強磁性膜厚、Ｍ
Ｓ：強磁性膜の飽和磁化）なる関係式より換算すると、
約３００−７００Ｏｅ（３．７７−８．７９Ａ／ｍ）で
あり、十分に大きい。よって、ｂｃｃ強磁性膜上にＣｒ
ＭｎＰｔ反強磁性膜を配置することで、十分な交換結合
磁界を確保できる。
磁性膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合により発
生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約０．１４
−０．３４５ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００１４−０．０
００３４５Ｊ／ｍ２）と大きく、ブロッキング温度ＴＢ
も３２０−３８０℃と高い。たとえば、Ｆｅ膜３ｎｍの
場合、Ｆｅ膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合磁
界Ｈｅｘは、Ｋｅ＝ｔＭＳＨｅｘ（ｔ：強磁性膜厚、Ｍ
Ｓ：強磁性膜の飽和磁化）なる関係式より換算すると、
約３００−７００Ｏｅ（３．７７−８．７９Ａ／ｍ）で
あり、十分に大きい。よって、ｂｃｃ強磁性膜上にＣｒ
ＭｎＰｔ反強磁性膜を配置することで、十分な交換結合
磁界を確保できる。
【００２９】〔実施例２〕図２は、本発明によるスピン
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、外部磁界に応じて磁化方向
が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１とｂｃｃ強磁性
膜１００より構成される自由層と、障壁層４００と、反
強磁性膜により磁化方向が固定されるｂｃｃ強磁性膜２
００とｆｃｃ強磁性膜２０１より構成される固定層と、
ＰｔＭｎ反強磁性膜３００と、上部電極５０１とを含
み、順次積層して構成される。素子両端部には、バルク
ハウゼンノイズを抑制するための、たとえば、アルミナ
絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰｔハード膜７００／アルミナ
絶縁膜６００を配置した。
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、外部磁界に応じて磁化方向
が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１とｂｃｃ強磁性
膜１００より構成される自由層と、障壁層４００と、反
強磁性膜により磁化方向が固定されるｂｃｃ強磁性膜２
００とｆｃｃ強磁性膜２０１より構成される固定層と、
ＰｔＭｎ反強磁性膜３００と、上部電極５０１とを含
み、順次積層して構成される。素子両端部には、バルク
ハウゼンノイズを抑制するための、たとえば、アルミナ
絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰｔハード膜７００／アルミナ
絶縁膜６００を配置した。
【００３０】代表的な材料、膜厚は、以下の通りであ
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｎｉ８１Ｆｅ
１９膜より構成され、膜厚は１０ｎｍである。ｂｃｃ強
磁性膜１００はＦｅ膜より構成され、膜厚は２ｎｍであ
る。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚
は０．８ｎｍである。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜
より構成され、膜厚は１．５ｎｍである。ｆｃｃ強磁性
膜２０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は
１．５ｎｍである。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００
の膜厚は、２０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜
より構成され、膜厚は５０ｎｍである。
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｎｉ８１Ｆｅ
１９膜より構成され、膜厚は１０ｎｍである。ｂｃｃ強
磁性膜１００はＦｅ膜より構成され、膜厚は２ｎｍであ
る。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚
は０．８ｎｍである。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜
より構成され、膜厚は１．５ｎｍである。ｆｃｃ強磁性
膜２０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は
１．５ｎｍである。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００
の膜厚は、２０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜
より構成され、膜厚は５０ｎｍである。
【００３１】本実施例では、バリア層４００に接してい
る、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強磁性膜
２００（固定層）に、Ｆｅ膜を採用している。図７、８
に示すように、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．４０で
あり、ＴＭＲ比３８％が得られる。また、図７、８に示
すように、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強
磁性膜２００（固定層）に、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用
した場合には、Ｎｉ２ ５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐ
は、０．４７であることから、ＴＭＲ比５７％が得られ
る。このように、バリア層に接している強磁性膜の両方
をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも大
きなＴＭＲ比を確保できる。
る、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強磁性膜
２００（固定層）に、Ｆｅ膜を採用している。図７、８
に示すように、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．４０で
あり、ＴＭＲ比３８％が得られる。また、図７、８に示
すように、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強
磁性膜２００（固定層）に、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用
した場合には、Ｎｉ２ ５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐ
は、０．４７であることから、ＴＭＲ比５７％が得られ
る。このように、バリア層に接している強磁性膜の両方
をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも大
きなＴＭＲ比を確保できる。
【００３２】次に、自由層の軟磁気特性について説明す
る。一般に、ｂｃｃ強磁性膜は、軟磁気特性があまりよ
くないことで知られている。よって、ｂｃｃ強磁性膜単
層では自由層として機能しない。本発明では、上述のよ
うに、ｂｃｃ強磁性膜１００の下側に軟磁気特性に優れ
るｆｃｃ強磁性膜１０１を配置している。自由層をｆｃ
ｃ強磁性膜／ｂｃｃ強磁性膜２層構成とすることで、軟
磁気特性を確保した。
る。一般に、ｂｃｃ強磁性膜は、軟磁気特性があまりよ
くないことで知られている。よって、ｂｃｃ強磁性膜単
層では自由層として機能しない。本発明では、上述のよ
うに、ｂｃｃ強磁性膜１００の下側に軟磁気特性に優れ
るｆｃｃ強磁性膜１０１を配置している。自由層をｆｃ
ｃ強磁性膜／ｂｃｃ強磁性膜２層構成とすることで、軟
磁気特性を確保した。
【００３３】最後に、固定層の交換結合磁界について説
明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした場合、従来のＧ
ＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反強磁性膜をｂｃ
ｃ強磁性膜の上方にダイレクトに形成しても、十分な交
換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆｃｔ
の結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁性膜上にはｆｃｔ
のＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャル成長できないた
めである。
明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした場合、従来のＧ
ＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反強磁性膜をｂｃ
ｃ強磁性膜の上方にダイレクトに形成しても、十分な交
換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆｃｔ
の結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁性膜上にはｆｃｔ
のＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャル成長できないた
めである。
【００３４】これに対し、本実施例では、ｂｃｃ強磁性
膜２００とＰｔＭｎ反強磁性膜３００との中間にｆｃｃ
強磁性膜２０１を介在させている。一般に、強磁性膜ど
うしの磁気的結合は極めて強い。また、図７に示すよう
に、ｆｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合
により発生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約
０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００３２Ｊ／ｍ３）と
大きく、ブロッキング温度ＴＢも３８０℃と高い。たと
えば、ｂｃｃ強磁性膜２００として１．５ｎｍのＦｅ
膜、ｆｃｃ強磁性膜２０１として１．５ｎｍのＣｏ９０
Ｆｅ１０膜を採用した場合、Ｆｅ／Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜
とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合磁界Ｈ ｅｘは、Ｋｅ
＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算すると、約６９５Ｏ
ｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に大きい。よって、
ｂｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との中間にｆｃｃ
強磁性膜を配置することで、十分な交換結合磁界を確保
できる。
膜２００とＰｔＭｎ反強磁性膜３００との中間にｆｃｃ
強磁性膜２０１を介在させている。一般に、強磁性膜ど
うしの磁気的結合は極めて強い。また、図７に示すよう
に、ｆｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合
により発生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約
０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００３２Ｊ／ｍ３）と
大きく、ブロッキング温度ＴＢも３８０℃と高い。たと
えば、ｂｃｃ強磁性膜２００として１．５ｎｍのＦｅ
膜、ｆｃｃ強磁性膜２０１として１．５ｎｍのＣｏ９０
Ｆｅ１０膜を採用した場合、Ｆｅ／Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜
とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合磁界Ｈ ｅｘは、Ｋｅ
＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算すると、約６９５Ｏ
ｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に大きい。よって、
ｂｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との中間にｆｃｃ
強磁性膜を配置することで、十分な交換結合磁界を確保
できる。
【００３５】〔実施例３〕図３は、本発明によるスピン
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、ＰｔＭｎ反強磁性膜３００
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜２０１とｂｃｃ強磁性膜２００より構成される固定
層と、障壁層４００と、外部磁界に応じて磁化方向が自
由に変化するｂｃｃ強磁性膜１００とｆｃｃ強磁性膜１
０１より構成される自由層と、上部電極５０１とを含
み、順次積層して構成される。素子両端部には、バルク
ハウゼンノイズを抑制するための、たとえば、アルミナ
絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰｔハード膜７００／アルミナ
絶縁膜６００を配置した。
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、ＰｔＭｎ反強磁性膜３００
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜２０１とｂｃｃ強磁性膜２００より構成される固定
層と、障壁層４００と、外部磁界に応じて磁化方向が自
由に変化するｂｃｃ強磁性膜１００とｆｃｃ強磁性膜１
０１より構成される自由層と、上部電極５０１とを含
み、順次積層して構成される。素子両端部には、バルク
ハウゼンノイズを抑制するための、たとえば、アルミナ
絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰｔハード膜７００／アルミナ
絶縁膜６００を配置した。
【００３６】代表的な材料、膜厚は、以下の通りであ
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００の膜
厚は、２０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜２０１は、Ｃｏ
９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は１．５ｎｍであ
る。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜より構成され、膜
厚は１．５ｎｍである。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜
より構成され、膜厚は０．８ｎｍである。ｂｃｃ強磁性
膜１００はＦｅ膜より構成され、膜厚は２ｎｍである。
ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｎｉ８１Ｆｅ１９膜より構成
され、膜厚は１０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ
膜より構成され、膜厚は５０ｎｍである。
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００の膜
厚は、２０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜２０１は、Ｃｏ
９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は１．５ｎｍであ
る。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜より構成され、膜
厚は１．５ｎｍである。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜
より構成され、膜厚は０．８ｎｍである。ｂｃｃ強磁性
膜１００はＦｅ膜より構成され、膜厚は２ｎｍである。
ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｎｉ８１Ｆｅ１９膜より構成
され、膜厚は１０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ
膜より構成され、膜厚は５０ｎｍである。
【００３７】本実施例では、バリア層４００に接してい
る、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強磁性膜
２００（固定層）に、Ｆｅ膜を採用している。図７、８
に示すように、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．４０で
あり、ＴＭＲ比３８％が得られる。また、図７、８に示
すように、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強
磁性膜２００（固定層）に、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用
した場合には、Ｎｉ２ ５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐ
は、０．４７であることから、ＴＭＲ比５７％が得られ
る。このように、バリア層に接している強磁性膜の両方
をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも大
きなＴＭＲ比を確保できる。
る、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強磁性膜
２００（固定層）に、Ｆｅ膜を採用している。図７、８
に示すように、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．４０で
あり、ＴＭＲ比３８％が得られる。また、図７、８に示
すように、ｂｃｃ強磁性膜１００（自由層）とｂｃｃ強
磁性膜２００（固定層）に、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用
した場合には、Ｎｉ２ ５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐ
は、０．４７であることから、ＴＭＲ比５７％が得られ
る。このように、バリア層に接している強磁性膜の両方
をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも大
きなＴＭＲ比を確保できる。
【００３８】次に、自由層の軟磁気特性について説明す
る。一般に、ｂｃｃ強磁性膜は、軟磁気特性があまりよ
くないことで知られている。よって、ｂｃｃ強磁性膜単
層では自由層として機能しない。本発明では、上述のよ
うに、ｂｃｃ強磁性膜１００の上側に軟磁気特性に優れ
るｆｃｃ強磁性膜１０１を配置している。自由層をｂｃ
ｃ強磁性膜／ｆｃｃ強磁性膜の２層構成とすることで、
軟磁気特性を確保した。
る。一般に、ｂｃｃ強磁性膜は、軟磁気特性があまりよ
くないことで知られている。よって、ｂｃｃ強磁性膜単
層では自由層として機能しない。本発明では、上述のよ
うに、ｂｃｃ強磁性膜１００の上側に軟磁気特性に優れ
るｆｃｃ強磁性膜１０１を配置している。自由層をｂｃ
ｃ強磁性膜／ｆｃｃ強磁性膜の２層構成とすることで、
軟磁気特性を確保した。
【００３９】最後に、固定層の交換結合磁界について説
明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした場合、従来のＧ
ＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反強磁性膜上にｂ
ｃｃ強磁性膜をダイレクトに形成しても、十分な交換結
合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆｃｔの結
晶構造を有しており、ｆｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜上に
はｂｃｃ強磁性膜はエピタキシャル成長できないためで
ある。
明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした場合、従来のＧ
ＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反強磁性膜上にｂ
ｃｃ強磁性膜をダイレクトに形成しても、十分な交換結
合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆｃｔの結
晶構造を有しており、ｆｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜上に
はｂｃｃ強磁性膜はエピタキシャル成長できないためで
ある。
【００４０】これに対し、本実施例では、ＰｔＭｎ反強
磁性膜３００とｂｃｃ強磁性膜２００との中間にｆｃｃ
強磁性膜２０１を介在させている。一般に、強磁性膜ど
うしの磁気的結合は極めて強い。また、図７に示すよう
に、ＰｔＭｎ反強磁性膜とｆｃｃ強磁性膜との交換結合
により発生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約
０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００３２Ｊ／ｍ３）と
大きく、ブロッキング温度ＴＢも３８０℃と高い。たと
えば、ｆｃｃ強磁性膜２０１として１．５ｎｍのＣｏ
９０Ｆｅ１０膜、ｂｃｃ強磁性膜２００として１．５ｎ
ｍのＦｅ膜を採用した場合、ＰｔＭｎ反強磁性膜とＣｏ
９０Ｆｅ１０／Ｆｅ膜との交換結合磁界Ｈ ｅｘは、Ｋｅ
＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算すると、約６９５Ｏ
ｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に大きい。よって、
ＰｔＭｎ反強磁性膜とｂｃｃ強磁性膜との中間にｆｃｃ
強磁性膜を配置することで、十分な交換結合磁界を確保
できる。
磁性膜３００とｂｃｃ強磁性膜２００との中間にｆｃｃ
強磁性膜２０１を介在させている。一般に、強磁性膜ど
うしの磁気的結合は極めて強い。また、図７に示すよう
に、ＰｔＭｎ反強磁性膜とｆｃｃ強磁性膜との交換結合
により発生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約
０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００３２Ｊ／ｍ３）と
大きく、ブロッキング温度ＴＢも３８０℃と高い。たと
えば、ｆｃｃ強磁性膜２０１として１．５ｎｍのＣｏ
９０Ｆｅ１０膜、ｂｃｃ強磁性膜２００として１．５ｎ
ｍのＦｅ膜を採用した場合、ＰｔＭｎ反強磁性膜とＣｏ
９０Ｆｅ１０／Ｆｅ膜との交換結合磁界Ｈ ｅｘは、Ｋｅ
＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算すると、約６９５Ｏ
ｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に大きい。よって、
ＰｔＭｎ反強磁性膜とｂｃｃ強磁性膜との中間にｆｃｃ
強磁性膜を配置することで、十分な交換結合磁界を確保
できる。
【００４１】〔実施例４〕図４は、本発明によるスピン
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、外部磁界に応じて磁化方向
が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１より構成される
自由層と、障壁層４００と、反強磁性膜により磁化方向
が固定されるｂｃｃ強磁性膜２００より構成される固定
層と、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００と、上部電極５０
１とを含み、順次積層して構成される。素子両端部に
は、バルクハウゼンノイズを抑制するための、たとえ
ば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰｔハード膜７０
０／アルミナ絶縁膜６００を配置した。
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、外部磁界に応じて磁化方向
が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１より構成される
自由層と、障壁層４００と、反強磁性膜により磁化方向
が固定されるｂｃｃ強磁性膜２００より構成される固定
層と、ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００と、上部電極５０
１とを含み、順次積層して構成される。素子両端部に
は、バルクハウゼンノイズを抑制するための、たとえ
ば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰｔハード膜７０
０／アルミナ絶縁膜６００を配置した。
【００４２】代表的な材料、膜厚は、以下の通りであ
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜より構成され、膜厚は５ｎｍである。バリア層４
００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚は０．８ｎｍで
ある。ｂｃｃ強磁性膜２００はＦｅ膜より構成され、膜
厚は３ｎｍである。ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００の膜
厚は、２０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より
構成され、膜厚は５０ｎｍである。
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜より構成され、膜厚は５ｎｍである。バリア層４
００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚は０．８ｎｍで
ある。ｂｃｃ強磁性膜２００はＦｅ膜より構成され、膜
厚は３ｎｍである。ＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００の膜
厚は、２０ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より
構成され、膜厚は５０ｎｍである。
【００４３】本実施例では、バリア層４００に接してい
る、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ９０Ｆｅ
１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）にＦｅ膜を
採用している。図７、８に示すように、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．３５、０．４
０であり、ＴＭＲ比３３％が得られる。また、図７、８
に示すように、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ
９０Ｆｅ１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に
Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用した場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐは、０．
３５、０．４７であることから、ＴＭＲ比３９％が得ら
れる。このように、バリア層に接している強磁性膜の片
方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも
大きなＴＭＲ比を確保できる。
る、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ９０Ｆｅ
１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）にＦｅ膜を
採用している。図７、８に示すように、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．３５、０．４
０であり、ＴＭＲ比３３％が得られる。また、図７、８
に示すように、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ
９０Ｆｅ１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に
Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用した場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐは、０．
３５、０．４７であることから、ＴＭＲ比３９％が得ら
れる。このように、バリア層に接している強磁性膜の片
方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも
大きなＴＭＲ比を確保できる。
【００４４】自由層はｆｃｃ強磁性膜で構成しているの
で、軟磁気特性に問題はない。次に、固定層の交換結合
磁界について説明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした
場合、従来のＧＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反
強磁性膜を、ｂｃｃ強磁性膜の上方に形成しても、十分
な交換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆ
ｃｔの結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁性膜上にはｆ
ｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャル成長できな
いためである。
で、軟磁気特性に問題はない。次に、固定層の交換結合
磁界について説明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした
場合、従来のＧＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反
強磁性膜を、ｂｃｃ強磁性膜の上方に形成しても、十分
な交換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強磁性膜はｆ
ｃｔの結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁性膜上にはｆ
ｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャル成長できな
いためである。
【００４５】これに対し、図７に示すように、ｂｃｃ強
磁性膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合により発
生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約０．１４
−０．３４５ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００１４−０．０
００３４５Ｊ／ｍ２）と大きく、ブロッキング温度ＴＢ
も３２０−３８０℃と高い。たとえば、Ｆｅ膜３ｎｍの
場合、Ｆｅ膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合磁
界Ｈｅｘは、Ｋｅ＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算す
ると、約３００−７００Ｏｅ（３．７７−８．７９Ａ／
ｍ）であり、十分に大きい。よって、ｂｃｃ強磁性膜上
にＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜を配置することで、十分な交
換結合磁界を確保できる。
磁性膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合により発
生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約０．１４
−０．３４５ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００１４−０．０
００３４５Ｊ／ｍ２）と大きく、ブロッキング温度ＴＢ
も３２０−３８０℃と高い。たとえば、Ｆｅ膜３ｎｍの
場合、Ｆｅ膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との交換結合磁
界Ｈｅｘは、Ｋｅ＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算す
ると、約３００−７００Ｏｅ（３．７７−８．７９Ａ／
ｍ）であり、十分に大きい。よって、ｂｃｃ強磁性膜上
にＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜を配置することで、十分な交
換結合磁界を確保できる。
【００４６】〔実施例５〕図５は、本発明によるスピン
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、外部磁界に応じて磁化方向
が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１より構成される
自由層と、障壁層４００と、反強磁性膜により磁化方向
が固定されるｂｃｃ強磁性膜２００とｆｃｃ強磁性膜２
０１より構成される固定層と、ＰｔＭｎ反強磁性膜３０
０と、上部電極５０１とを含み、順次積層して構成され
る。素子両端部には、バルクハウゼンノイズを抑制する
ための、たとえば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰ
ｔハード膜７００／アルミナ絶縁膜６００を配置した。
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、外部磁界に応じて磁化方向
が自由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１より構成される
自由層と、障壁層４００と、反強磁性膜により磁化方向
が固定されるｂｃｃ強磁性膜２００とｆｃｃ強磁性膜２
０１より構成される固定層と、ＰｔＭｎ反強磁性膜３０
０と、上部電極５０１とを含み、順次積層して構成され
る。素子両端部には、バルクハウゼンノイズを抑制する
ための、たとえば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰ
ｔハード膜７００／アルミナ絶縁膜６００を配置した。
【００４７】代表的な材料、膜厚は、以下の通りであ
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜より構成され、膜厚は５ｎｍである。バリア層４
００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚は０．８ｎｍで
ある。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜より構成され、
膜厚は１．５ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜２０１は、Ｃ
ｏ９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は１．５ｎｍであ
る。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００の膜厚は、２０
ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より構成され、
膜厚は５０ｎｍである。
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜１０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜より構成され、膜厚は５ｎｍである。バリア層４
００は、ＡｌＯｘ膜より構成され、膜厚は０．８ｎｍで
ある。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜より構成され、
膜厚は１．５ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜２０１は、Ｃ
ｏ９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は１．５ｎｍであ
る。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００の膜厚は、２０
ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より構成され、
膜厚は５０ｎｍである。
【００４８】本実施例では、バリア層４００に接してい
る、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ９０Ｆｅ
１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）にＦｅ膜を
採用している。図７、８に示すように、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．３５、０．４
０であり、ＴＭＲ比３３％が得られる。また、図７、８
に示すように、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ
９０Ｆｅ１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に
Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用した場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐは、０．
３５、０．４７であることから、ＴＭＲ比３９％が得ら
れる。このように、バリア層に接している強磁性膜の片
方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも
大きなＴＭＲ比を確保できる。
る、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ９０Ｆｅ
１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）にＦｅ膜を
採用している。図７、８に示すように、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．３５、０．４
０であり、ＴＭＲ比３３％が得られる。また、図７、８
に示すように、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ
９０Ｆｅ１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に
Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用した場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐは、０．
３５、０．４７であることから、ＴＭＲ比３９％が得ら
れる。このように、バリア層に接している強磁性膜の片
方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも
大きなＴＭＲ比を確保できる。
【００４９】自由層はｆｃｃ強磁性膜で構成しているの
で、軟磁気特性に問題はない。次に、固定層の交換結合
磁界について説明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした
場合、従来のＧＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反
強磁性膜をｂｃｃ強磁性膜の上方にダイレクトに形成し
ても、十分な交換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強
磁性膜はｆｃｔの結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁性
膜上にはｆｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャル
成長できないためである。
で、軟磁気特性に問題はない。次に、固定層の交換結合
磁界について説明する。固定層をｂｃｃ強磁性膜とした
場合、従来のＧＭＲヘッドで用いられているＰｔＭｎ反
強磁性膜をｂｃｃ強磁性膜の上方にダイレクトに形成し
ても、十分な交換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ反強
磁性膜はｆｃｔの結晶構造を有しており、ｂｃｃ強磁性
膜上にはｆｃｔのＰｔＭｎ反強磁性膜はエピタキシャル
成長できないためである。
【００５０】これに対し、本実施例では、ｂｃｃ強磁性
膜２００とＰｔＭｎ反強磁性膜３００との中間にｆｃｃ
強磁性膜２０１を介在させている。一般に、強磁性膜ど
うしの磁気的結合は極めて強い。また、図７に示すよう
に、ｆｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合
により発生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約
０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００３２Ｊ／ｍ３）と
大きく、ブロッキング温度ＴＢも３８０℃と高い。たと
えば、ｂｃｃ強磁性膜２００として１．５ｎｍのＦｅ
膜、ｆｃｃ強磁性膜２０１として１．５ｎｍのＣｏ９０
Ｆｅ１０膜を採用した場合、Ｆｅ／Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜
とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合磁界Ｈ ｅｘは、Ｋｅ
＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算すると、約６９５Ｏ
ｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に大きい。よって、
ｂｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との中間にｆｃｃ
強磁性膜を配置することで、十分な交換結合磁界を確保
できる。
膜２００とＰｔＭｎ反強磁性膜３００との中間にｆｃｃ
強磁性膜２０１を介在させている。一般に、強磁性膜ど
うしの磁気的結合は極めて強い。また、図７に示すよう
に、ｆｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合
により発生する一方向異方性エネルギー定数Ｋｅは、約
０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．０００３２Ｊ／ｍ３）と
大きく、ブロッキング温度ＴＢも３８０℃と高い。たと
えば、ｂｃｃ強磁性膜２００として１．５ｎｍのＦｅ
膜、ｆｃｃ強磁性膜２０１として１．５ｎｍのＣｏ９０
Ｆｅ１０膜を採用した場合、Ｆｅ／Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜
とＰｔＭｎ反強磁性膜との交換結合磁界Ｈ ｅｘは、Ｋｅ
＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算すると、約６９５Ｏ
ｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に大きい。よって、
ｂｃｃ強磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との中間にｆｃｃ
強磁性膜を配置することで、十分な交換結合磁界を確保
できる。
【００５１】〔実施例６〕図６は、本発明によるスピン
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、ＰｔＭｎ反強磁性膜３００
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜２０１とｂｃｃ強磁性膜２００より構成される固定
層と、障壁層４００と、外部磁界に応じて磁化方向が自
由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１より構成される自由
層と、上部電極５０１とを含み、順次積層して構成され
る。素子両端部には、バルクハウゼンノイズを抑制する
ための、たとえば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰ
ｔハード膜７００／アルミナ絶縁膜６００を配置した。
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの他の構造例を示す拡大
断面図である。このスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッ
ドは、下部電極５００上に、ＰｔＭｎ反強磁性膜３００
と、反強磁性膜により磁化方向が固定されるｆｃｃ強磁
性膜２０１とｂｃｃ強磁性膜２００より構成される固定
層と、障壁層４００と、外部磁界に応じて磁化方向が自
由に変化するｆｃｃ強磁性膜１０１より構成される自由
層と、上部電極５０１とを含み、順次積層して構成され
る。素子両端部には、バルクハウゼンノイズを抑制する
ための、たとえば、アルミナ絶縁膜６００／ＣｏＣｒＰ
ｔハード膜７００／アルミナ絶縁膜６００を配置した。
【００５２】代表的な材料、膜厚は、以下の通りであ
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００の膜
厚は、２０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜２０１は、Ｃｏ
９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は１．５ｎｍであ
る。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜より構成され、膜
厚は１．５ｎｍである。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜
より構成され、膜厚は０．８ｎｍである。ｆｃｃ強磁性
膜１０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は
５ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より構成さ
れ、膜厚は５０ｎｍである。
る。下部電極５００は、Ｒｕ膜より構成され、膜厚は５
０ｎｍである。Ｐｔ５０Ｍｎ５０反強磁性膜３００の膜
厚は、２０ｎｍである。ｆｃｃ強磁性膜２０１は、Ｃｏ
９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は１．５ｎｍであ
る。ｂｃｃ強磁性膜２００は、Ｆｅ膜より構成され、膜
厚は１．５ｎｍである。バリア層４００は、ＡｌＯｘ膜
より構成され、膜厚は０．８ｎｍである。ｆｃｃ強磁性
膜１０１は、Ｃｏ９０Ｆｅ１０膜より構成され、膜厚は
５ｎｍである。上部電極５０１は、Ｒｕ膜より構成さ
れ、膜厚は５０ｎｍである。
【００５３】本実施例では、バリア層４００に接してい
る、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ９０Ｆｅ
１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に、Ｆｅ膜
を採用している。図７、８に示すように、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．３５、０．４
０であり、ＴＭＲ比３３％が得られる。また、図７、８
に示すように、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ
９０Ｆｅ１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に
Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用した場合には、Ｃｏ９ ０Ｆｅ
１０膜、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐは、０．
３５、０．４７であることから、ＴＭＲ比３９％が得ら
れる。このように、バリア層に接している強磁性膜の片
方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも
大きなＴＭＲ比を確保できる。
る、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ９０Ｆｅ
１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に、Ｆｅ膜
を採用している。図７、８に示すように、Ｃｏ９０Ｆｅ
１０膜、Ｆｅ膜のスピン分極率Ｐは、０．３５、０．４
０であり、ＴＭＲ比３３％が得られる。また、図７、８
に示すように、ｆｃｃ強磁性膜１０１（自由層）にＣｏ
９０Ｆｅ１０膜を、ｂｃｃ強磁性膜２００（固定層）に
Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜を採用した場合には、Ｃｏ９ ０Ｆｅ
１０膜、Ｎｉ２５Ｆｅ７５膜のスピン分極率Ｐは、０．
３５、０．４７であることから、ＴＭＲ比３９％が得ら
れる。このように、バリア層に接している強磁性膜の片
方をｂｃｃ強磁性膜とすることにより、従来技術よりも
大きなＴＭＲ比を確保できる。
【００５４】次に、自由層はｆｃｃ強磁性膜で構成して
いるので、軟磁気特性に問題はない。最後に、固定層の
交換結合磁界について説明する。固定層をｂｃｃ強磁性
膜とした場合、従来のＧＭＲヘッドで用いられているＰ
ｔＭｎ反強磁性膜上にｂｃｃ強磁性膜をダイレクトに形
成しても、十分な交換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ
反強磁性膜はｆｃｔの結晶構造を有しており、ｆｃｔの
ＰｔＭｎ反強磁性膜上にはｂｃｃ強磁性膜はエピタキシ
ャル成長できないためである。これに対し、本実施例で
は、ＰｔＭｎ反強磁性膜３００とｂｃｃ強磁性膜２００
との中間にｆｃｃ強磁性膜２０１を介在させている。一
般に、強磁性膜どうしの磁気的結合は極めて強い。ま
た、図７に示すように、ＰｔＭｎ反強磁性膜とｆｃｃ強
磁性膜との交換結合により発生する一方向異方性エネル
ギー定数Ｋｅは、約０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．００
０３２Ｊ／ｍ３）と大きく、ブロッキング温度ＴＢも３
８０℃と高い。たとえば、ｆｃｃ強磁性膜２０１として
１．５ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１ ０膜、ｂｃｃ強磁性膜２０
０として１．５ｎｍのＦｅ膜を採用した場合、ＰｔＭｎ
反強磁性膜とＣｏ９０Ｆｅ１０／Ｆｅ膜との交換結合磁
界Ｈｅｘは、Ｋｅ＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算す
ると、約６９５Ｏｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に
大きい。よって、ＰｔＭｎ反強磁性膜とｂｃｃ強磁性膜
との中間にｆｃｃ強磁性膜を配置することで、十分な交
換結合磁界を確保できる。
いるので、軟磁気特性に問題はない。最後に、固定層の
交換結合磁界について説明する。固定層をｂｃｃ強磁性
膜とした場合、従来のＧＭＲヘッドで用いられているＰ
ｔＭｎ反強磁性膜上にｂｃｃ強磁性膜をダイレクトに形
成しても、十分な交換結合磁界が得られない。ＰｔＭｎ
反強磁性膜はｆｃｔの結晶構造を有しており、ｆｃｔの
ＰｔＭｎ反強磁性膜上にはｂｃｃ強磁性膜はエピタキシ
ャル成長できないためである。これに対し、本実施例で
は、ＰｔＭｎ反強磁性膜３００とｂｃｃ強磁性膜２００
との中間にｆｃｃ強磁性膜２０１を介在させている。一
般に、強磁性膜どうしの磁気的結合は極めて強い。ま
た、図７に示すように、ＰｔＭｎ反強磁性膜とｆｃｃ強
磁性膜との交換結合により発生する一方向異方性エネル
ギー定数Ｋｅは、約０．３２ｅｒｇ／ｃｍ２（０．００
０３２Ｊ／ｍ３）と大きく、ブロッキング温度ＴＢも３
８０℃と高い。たとえば、ｆｃｃ強磁性膜２０１として
１．５ｎｍのＣｏ９０Ｆｅ１ ０膜、ｂｃｃ強磁性膜２０
０として１．５ｎｍのＦｅ膜を採用した場合、ＰｔＭｎ
反強磁性膜とＣｏ９０Ｆｅ１０／Ｆｅ膜との交換結合磁
界Ｈｅｘは、Ｋｅ＝ｔＭＳＨｅｘなる関係式より換算す
ると、約６９５Ｏｅ（８．７３Ａ／ｍ）であり、十分に
大きい。よって、ＰｔＭｎ反強磁性膜とｂｃｃ強磁性膜
との中間にｆｃｃ強磁性膜を配置することで、十分な交
換結合磁界を確保できる。
【００５５】〔実施例７〕図９は、本発明によるスピン
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドを用いた磁気デイスク装
置の一例を示す概略図である。この例は、磁気記録装置
としての磁気デイスク装置に本発明によるスピントンネ
ル型磁気抵抗効果ヘッドを適用した概要を示すものであ
る。しかしながら、本発明のスピントンネル型磁気抵抗
効果ヘッドは、たとえば、磁気テープ装置などのような
磁気記録装置、あるいは光磁気デイスク装置等にも適用
することが可能である。
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドを用いた磁気デイスク装
置の一例を示す概略図である。この例は、磁気記録装置
としての磁気デイスク装置に本発明によるスピントンネ
ル型磁気抵抗効果ヘッドを適用した概要を示すものであ
る。しかしながら、本発明のスピントンネル型磁気抵抗
効果ヘッドは、たとえば、磁気テープ装置などのような
磁気記録装置、あるいは光磁気デイスク装置等にも適用
することが可能である。
【００５６】図示した磁気デイスク装置は、同心円状の
トラックとよばれる記録領域にデータを記録するため
の、デイスク状に形成された磁気記録媒体としての磁気
デイスク１０と、本発明によるスピントンネル型磁気抵
抗効果ヘッドからなり、上記データの読み取り、書き込
みを実施するための磁気ヘッド１８と、該磁気ヘッド１
８を支え磁気デイスク１０上の所定位置へ移動させるア
クチュエーター手段と、磁気ヘッド１８が読み取り、書
き込みするデータの送受信及びアクチェータ手段の移動
などを制御する制御手段とを含み構成される。
トラックとよばれる記録領域にデータを記録するため
の、デイスク状に形成された磁気記録媒体としての磁気
デイスク１０と、本発明によるスピントンネル型磁気抵
抗効果ヘッドからなり、上記データの読み取り、書き込
みを実施するための磁気ヘッド１８と、該磁気ヘッド１
８を支え磁気デイスク１０上の所定位置へ移動させるア
クチュエーター手段と、磁気ヘッド１８が読み取り、書
き込みするデータの送受信及びアクチェータ手段の移動
などを制御する制御手段とを含み構成される。
【００５７】さらに、構成と動作について以下に説明す
る。少なくとも一枚の回転可能な磁気デイスク１０が回
転軸１２によって支持され、駆動用モーター１４によっ
て回転させられる。少なくとも一個のスライダー１６
が、磁気デイスク１０上に設置され、該スライダー１６
は、一個以上設けられており、読み取り、書き込みする
ための磁気ヘッド１８を支持している。なお、図では、
スライダー１６上に位置する磁気ヘッド１８を取り出し
て拡大して模式的に示している。
る。少なくとも一枚の回転可能な磁気デイスク１０が回
転軸１２によって支持され、駆動用モーター１４によっ
て回転させられる。少なくとも一個のスライダー１６
が、磁気デイスク１０上に設置され、該スライダー１６
は、一個以上設けられており、読み取り、書き込みする
ための磁気ヘッド１８を支持している。なお、図では、
スライダー１６上に位置する磁気ヘッド１８を取り出し
て拡大して模式的に示している。
【００５８】磁気デイスク１０が回転すると同時に、ス
ライダー１６がデイスク表面を移動することによって、
目的とするデータが記録されている所定位置へアクセス
される。スライダ１６は、ジンバル２０によってアーム
２２にとりつけられる。ジンバル２０はわずかな弾力性
を有し、スライダー１６を磁気デイスク１０に密着させ
る。アーム２２はアクチュエーター２４に取り付けられ
る。
ライダー１６がデイスク表面を移動することによって、
目的とするデータが記録されている所定位置へアクセス
される。スライダ１６は、ジンバル２０によってアーム
２２にとりつけられる。ジンバル２０はわずかな弾力性
を有し、スライダー１６を磁気デイスク１０に密着させ
る。アーム２２はアクチュエーター２４に取り付けられ
る。
【００５９】アクチュエーター２４としてはボイスコイ
ルモーター（以下、ＶＣＭと称す）がある。ＶＣＭは固
定された磁界中に置かれた移動可能なコイルからなり、
コイルの移動方向および移動速度等は、制御手段２６か
らライン３０を介して与えられる電気信号によって制御
される。したがって、本実施例によるアクチュエーター
手段は、例えば、スライダ１６とジンバル２０とアーム
２２とアクチュエーター２４とライン３０を含み構成さ
れるものである。
ルモーター（以下、ＶＣＭと称す）がある。ＶＣＭは固
定された磁界中に置かれた移動可能なコイルからなり、
コイルの移動方向および移動速度等は、制御手段２６か
らライン３０を介して与えられる電気信号によって制御
される。したがって、本実施例によるアクチュエーター
手段は、例えば、スライダ１６とジンバル２０とアーム
２２とアクチュエーター２４とライン３０を含み構成さ
れるものである。
【００６０】磁気デイスクの動作中、磁気デイスク１０
の回転によってスライダー１６とデイスク表面の間に空
気流によるエアベアリングが生じ、それがスライダー１
６を磁気デイスク１０の表面から浮上させる。したがっ
て、磁気デイスク装置の動作中、本エアベアリングはジ
ンバル２０のわずかな弾性力とバランスをとり、スライ
ダー１６は磁気デイスク表面にふれずに、かつ磁気デイ
スク１０と一定間隔を保って浮上するように維持され
る。
の回転によってスライダー１６とデイスク表面の間に空
気流によるエアベアリングが生じ、それがスライダー１
６を磁気デイスク１０の表面から浮上させる。したがっ
て、磁気デイスク装置の動作中、本エアベアリングはジ
ンバル２０のわずかな弾性力とバランスをとり、スライ
ダー１６は磁気デイスク表面にふれずに、かつ磁気デイ
スク１０と一定間隔を保って浮上するように維持され
る。
【００６１】通常、制御手段２６はロジック回路、メモ
リ、及びマイクロプロセッサなどから構成される。そし
て、制御手段２６は、各ラインを介して制御信号を送受
信し、かつ磁気デイスク装置の種々の構成手段を制御す
る。例えば、モーター１４はライン２８を介し伝達され
るモーター駆動信号によって制御される。
リ、及びマイクロプロセッサなどから構成される。そし
て、制御手段２６は、各ラインを介して制御信号を送受
信し、かつ磁気デイスク装置の種々の構成手段を制御す
る。例えば、モーター１４はライン２８を介し伝達され
るモーター駆動信号によって制御される。
【００６２】アクチュエーター２４はライン３０を介し
たヘッド位置制御信号及びシーク制御信号等によって、
その関連する磁気デイスク１０上の目的とするデーター
トラックへ選択されたスライダー１６を最適に移動、位
置決めするように制御される。
たヘッド位置制御信号及びシーク制御信号等によって、
その関連する磁気デイスク１０上の目的とするデーター
トラックへ選択されたスライダー１６を最適に移動、位
置決めするように制御される。
【００６３】そして、制御信号２６は、磁気ヘッド１８
が磁気デイスク１０のデータを読み取り変換した電気信
号を、ライン３２を介して受信し解読する。また，磁気
デイスク１０にデータとして書き込むための電気信号
を、ライン３２を介して磁気ヘッド１８に送信する。す
なわち、制御手段２６は、磁気ヘッド１８が読み取りま
たは書き込みする情報の送受信を制御している。
が磁気デイスク１０のデータを読み取り変換した電気信
号を、ライン３２を介して受信し解読する。また，磁気
デイスク１０にデータとして書き込むための電気信号
を、ライン３２を介して磁気ヘッド１８に送信する。す
なわち、制御手段２６は、磁気ヘッド１８が読み取りま
たは書き込みする情報の送受信を制御している。
【００６４】なお、上記の読み取り、書き込み信号は、
磁気ヘッド１８から直接伝達される手段も可能である。
また、制御信号として例えばアクセス制御信号およびク
ロック信号などがある。さらに、磁気デイスク装置は複
数の磁気デイスクやアクチュエーター等を有し、該アク
チュエーターが複数の磁気ヘッドを有してもよい。
磁気ヘッド１８から直接伝達される手段も可能である。
また、制御信号として例えばアクセス制御信号およびク
ロック信号などがある。さらに、磁気デイスク装置は複
数の磁気デイスクやアクチュエーター等を有し、該アク
チュエーターが複数の磁気ヘッドを有してもよい。
【００６５】さらに、以上の実施例において説明したＣ
ｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００は、不規則相を有する他の
ＣｒＭｎ系反強磁性膜、例えばＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎ
Ｐｄ、ＣｒＭｎＡｕ、ＣｒＭｎＡｇ、ＣｒＭｎＣｏ、Ｃ
ｒＭｎＣｕ反強磁性膜で置き換えても同様の効果が得ら
れる。また、以上の実施例において説明したＰｔＭｎ反
強磁性膜３００は、規則相の面心正方晶（ｆｃｔ）構造
を有する他の反強磁性膜、例えばＮｉＭｎ、ＰｄＭｎ、
ＡｕＭｎ、（ＰｄＰｔ）Ｍｎ反強磁性膜で置き換えても
同様の効果が得られる。
ｒＭｎＰｔ反強磁性膜３００は、不規則相を有する他の
ＣｒＭｎ系反強磁性膜、例えばＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎ
Ｐｄ、ＣｒＭｎＡｕ、ＣｒＭｎＡｇ、ＣｒＭｎＣｏ、Ｃ
ｒＭｎＣｕ反強磁性膜で置き換えても同様の効果が得ら
れる。また、以上の実施例において説明したＰｔＭｎ反
強磁性膜３００は、規則相の面心正方晶（ｆｃｔ）構造
を有する他の反強磁性膜、例えばＮｉＭｎ、ＰｄＭｎ、
ＡｕＭｎ、（ＰｄＰｔ）Ｍｎ反強磁性膜で置き換えても
同様の効果が得られる。
【００６６】さらに、上記実施例では、交換結合磁界を
強磁性膜と反強磁性膜とのダイレクトな交換結合により
確保したが、いわゆる強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜／Ｃｒ
ＭｎＰｔ、強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜／ＰｔＭｎ、ある
いはＣｒＭｎＰｔ／強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜、ＰｔＭ
ｎ／強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜などとした積層フェリ構
造で交換結合磁界を確保してもよい。
強磁性膜と反強磁性膜とのダイレクトな交換結合により
確保したが、いわゆる強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜／Ｃｒ
ＭｎＰｔ、強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜／ＰｔＭｎ、ある
いはＣｒＭｎＰｔ／強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜、ＰｔＭ
ｎ／強磁性膜／Ｒｕ／強磁性膜などとした積層フェリ構
造で交換結合磁界を確保してもよい。
【００６７】
【発明の効果】以上詳術したように本発明によると、
（１）障壁層に接している、自由層、固定層のいずれか
一方、あるいは両方をｂｃｃ強磁性膜とした上で、
（２）自由層としてｂｃｃ強磁性膜を選択した場合に
は、自由層の軟磁気特性を改善する手段を設ける、
（３）固定層としてｂｃｃ強磁性膜を採用した場合に
は、ｂｃｃ強磁性膜と十分に大きな交換結合磁界を確保
できる手段を設ける、ことの３点を、同時に満足できる
ｂｃｃ強磁性膜を採用したスピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッド構造が実現できる。これにより、ＴＭＲ比最大
約６０％を実現できた。従って、従来構造より高出力な
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド、さらには高記録
密度磁気記録再生装置を提供することができる。
（１）障壁層に接している、自由層、固定層のいずれか
一方、あるいは両方をｂｃｃ強磁性膜とした上で、
（２）自由層としてｂｃｃ強磁性膜を選択した場合に
は、自由層の軟磁気特性を改善する手段を設ける、
（３）固定層としてｂｃｃ強磁性膜を採用した場合に
は、ｂｃｃ強磁性膜と十分に大きな交換結合磁界を確保
できる手段を設ける、ことの３点を、同時に満足できる
ｂｃｃ強磁性膜を採用したスピントンネル型磁気抵抗効
果ヘッド構造が実現できる。これにより、ＴＭＲ比最大
約６０％を実現できた。従って、従来構造より高出力な
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド、さらには高記録
密度磁気記録再生装置を提供することができる。
【図１】自由層、固定層にｂｃｃ強磁性膜を採用し、反
強磁性膜にＣｒＭｎＰｔ膜を採用したスピントンネル型
磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
強磁性膜にＣｒＭｎＰｔ膜を採用したスピントンネル型
磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
【図２】自由層、固定層にｂｃｃ強磁性膜を採用し、反
強磁性膜にＰｔＭｎ膜（上置きタイプ）を採用したスピ
ントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
強磁性膜にＰｔＭｎ膜（上置きタイプ）を採用したスピ
ントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
【図３】自由層、固定層にｂｃｃ強磁性膜を採用し、反
強磁性膜にＰｔＭｎ膜（下置きタイプ）を採用したスピ
ントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
強磁性膜にＰｔＭｎ膜（下置きタイプ）を採用したスピ
ントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
【図４】自由層にｆｃｃ強磁性膜、固定層にｂｃｃ強磁
性膜を採用し、反強磁性膜にＣｒＭｎＰｔ膜を採用した
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
性膜を採用し、反強磁性膜にＣｒＭｎＰｔ膜を採用した
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの拡大断面図。
【図５】自由層にｆｃｃ強磁性膜、固定層にｂｃｃ強磁
性膜を採用し、反強磁性膜にＰｔＭｎ膜（上置きタイ
プ）を採用したスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの
拡大断面図。
性膜を採用し、反強磁性膜にＰｔＭｎ膜（上置きタイ
プ）を採用したスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの
拡大断面図。
【図６】自由層にｆｃｃ強磁性膜、固定層にｂｃｃ強磁
性膜を採用し、反強磁性膜にＰｔＭｎ膜（下置きタイ
プ）を採用したスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの
拡大断面図。
性膜を採用し、反強磁性膜にＰｔＭｎ膜（下置きタイ
プ）を採用したスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッドの
拡大断面図。
【図７】ｂｃｃ−Ｃｏ９０Ｆｅ１０、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂ
ｃｃ−Ｎｉ２５Ｆｅ７５のスピン分極率Ｐと、ｂｃｃ強
磁性膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との一方向異方性エネ
ルギー定数Ｋｅ及びブロッキング温度ＴＢと、ｆｃｃ強
磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との一方向異方性エネルギ
ー定数Ｋｅ及びブロッキング温度ＴＢの説明図。
ｃｃ−Ｎｉ２５Ｆｅ７５のスピン分極率Ｐと、ｂｃｃ強
磁性膜とＣｒＭｎＰｔ反強磁性膜との一方向異方性エネ
ルギー定数Ｋｅ及びブロッキング温度ＴＢと、ｆｃｃ強
磁性膜とＰｔＭｎ反強磁性膜との一方向異方性エネルギ
ー定数Ｋｅ及びブロッキング温度ＴＢの説明図。
【図８】各種材料のスピン分極率Ｐと、自由層、固定層
の組み合わせの結果得られるＴＭＲ比の説明図。
の組み合わせの結果得られるＴＭＲ比の説明図。
【図９】本発明による磁気デイスク装置の概略説明図。
１０…磁気デイスク、１２…回転軸、１４…モーター、
１６…スライダー、１８…磁気ヘッド、２０…ジンバ
ル、２２…アーム、２４…アクチュエーター、２６…制
御手段、２８，３０，３２…ライン、５００…基板、１
００…ｂｃｃ強磁性膜（自由層）、１０１…ｆｃｃ強磁
性膜（自由層）、２００…ｂｃｃ強磁性膜（固定層）、
２０１…ｆｃｃ強磁性膜（固定層）、３００…ＣｒＭｎ
Ｐｔ反強磁性膜、ＰｔＭｎ反強磁性膜、４００…バリア
層、５００…下部電極、５０１…上部電極、６００…絶
縁膜、７００…ハード膜
１６…スライダー、１８…磁気ヘッド、２０…ジンバ
ル、２２…アーム、２４…アクチュエーター、２６…制
御手段、２８，３０，３２…ライン、５００…基板、１
００…ｂｃｃ強磁性膜（自由層）、１０１…ｆｃｃ強磁
性膜（自由層）、２００…ｂｃｃ強磁性膜（固定層）、
２０１…ｆｃｃ強磁性膜（固定層）、３００…ＣｒＭｎ
Ｐｔ反強磁性膜、ＰｔＭｎ反強磁性膜、４００…バリア
層、５００…下部電極、５０１…上部電極、６００…絶
縁膜、７００…ハード膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 純 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB07 AD54 5D034 BA02 BA03 BA04 BA05 CA06 CA08 5E049 AA01 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 CB01
Claims (6)
- 【請求項１】 トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、前記トンネル障
壁層の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性
膜からなる固定層と、前記固定層に交換結合磁界を及ぼ
す反強磁性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一
対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
において、 前記固定層はｂｃｃ強磁性膜であり、前記反強磁性膜は
不規則相を有するＣｒＭｎ系反強磁性膜であることを特
徴とするスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項２】 トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、前記トンネル障
壁層の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性
膜からなる固定層と、前記固定層に交換結合磁界を及ぼ
す反強磁性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一
対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
において、 前記固定層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜と前記トンネル障壁層から遠い側に配置された
ｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有し、前記反強磁性膜は
規則相の面心正方晶構造を有する反強磁性膜であること
を特徴とするスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項３】 トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、前記トンネル障
壁層の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性
膜からなる固定層と、前記固定層に交換結合磁界を及ぼ
す反強磁性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一
対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
において、 前記自由層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜と前記トンネル障壁層から遠い側に配置された
ｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有することを特徴とする
スピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項４】 トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、前記トンネル障
壁層の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性
膜からなる固定層と、前記固定層に交換結合磁界を及ぼ
す反強磁性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一
対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
において、 前記自由層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜と前記トンネル障壁層から遠い側に配置された
ｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有し、前記固定層はｂｃ
ｃ強磁性膜であり、前記反強磁性膜は不規則相を有する
ＣｒＭｎ系反強磁性膜であることを特徴とするスピント
ンネル型磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項５】 トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層
の一方の側に配置され外部磁界に応じて磁化方向が自由
に変化する強磁性膜からなる自由層と、前記トンネル障
壁層の他方の側に配置され磁化方向が固定された強磁性
膜からなる固定層と、前記固定層に交換結合磁界を及ぼ
す反強磁性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を挟む一
対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果ヘッド
において、 前記自由層は前記トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ
強磁性膜と前記トンネル障壁層から遠い側に配置された
ｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有し、前記固定層は前記
トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜と前記ト
ンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性膜と
の積層構造を有し、前記反強磁性膜は規則相の面心正方
晶構造を有する反強磁性膜であることを特徴とするスピ
ントンネル型磁気抵抗効果ヘッド。 - 【請求項６】 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に対
して情報の書き込み又は読み出しを行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定の位置へ移
動させる磁気ヘッド駆動手段とを含む磁気記録再生装置
において、 前記磁気ヘッドは、トンネル障壁層と、前記トンネル障
壁層の一方の側に配置され前記トンネル障壁層側に配置
されたｂｃｃ強磁性膜と前記トンネル障壁層から遠い側
に配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有し外部磁
界に応じて磁化方向が自由に変化する強磁性膜からなる
自由層と、前記トンネル障壁層の他方の側に配置され磁
化方向が固定されたｂｃｃ強磁性膜からなる固定層と、
前記固定層に交換結合磁界を及ぼす不規則相を有するＣ
ｒＭｎ系反強磁性膜とを備える積層膜と、前記積層膜を
挟む一対の電極とを含むスピントンネル型磁気抵抗効果
ヘッド、あるいはトンネル障壁層と、前記トンネル障壁
層の一方の側に配置され前記トンネル障壁層側に配置さ
れたｂｃｃ強磁性膜と前記トンネル障壁層から遠い側に
配置されたｆｃｃ強磁性膜との積層構造を有し外部磁界
に応じて磁化方向が自由に変化する強磁性膜からなる自
由層と、前記トンネル障壁層の他方の側に配置され前記
トンネル障壁層側に配置されたｂｃｃ強磁性膜と前記ト
ンネル障壁層から遠い側に配置されたｆｃｃ強磁性膜と
の積層構造を有し磁化方向が固定された強磁性膜からな
る固定層と、前記固定層に交換結合磁界を及ぼす規則相
の面心正方晶構造を有する反強磁性膜とを備える積層膜
と、前記積層膜を挟む一対の電極とを含むスピントンネ
ル型磁気抵抗効果ヘッドを備えることを特徴とする磁気
記録再生装置。
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