JP2002111095A - 磁気抵抗効果型素子 - Google Patents

磁気抵抗効果型素子

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JP2002111095A JP2000297076A JP2000297076A JP2002111095A JP 2002111095 A JP2002111095 A JP 2002111095A JP 2000297076 A JP2000297076 A JP 2000297076A JP 2000297076 A JP2000297076 A JP 2000297076A JP 2002111095 A JP2002111095 A JP 2002111095A
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antiferromagnetic
bias
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Eiji Umetsu
英治 梅津
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 充分なバイアス磁界を発生することの可能な
バイアス層を備えた外部磁界検出特性の良好な磁気抵抗
効果型素子を提供する。 【解決手段】 非磁性導電層４と、非磁性導電層４を挟
んで配置された第１，第２の強磁性層３，５と、第１の
強磁性層３の非磁性導電層４と接する面と反対側の面に
形成され、第１の強磁性層３の磁化方向を固定する第１
の反強磁性層２とを有する積層体１１と、積層体１１の
両端部にそれぞれ配置され、第２の強磁性層５の磁化方
向を第１の強磁性層３の磁化方向と交叉する方向へ揃え
るバイアス磁界を第２の強磁性層５に加えるバイアス層
１３とを備え、バイアス層１３は、互いに対向して配置
された第２，第３の反強磁性層６，７と、第２，第３の
反強磁性層６，７間に配設され、第２，第３の反強磁性
層６，７と磁気的に結合してバイアス磁界を発生する第
３の強磁性層８とを備えてなり、第２の強磁性層５の両
端面に第３の強磁性層８を接触させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッド等に用
いられる磁気抵抗効果型素子に関し、特にスピンバルブ
効果を利用した磁気抵抗効果型素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、この種の磁気抵抗効果型素子の
従来技術を説明するためのものであり、この磁気抵抗効
果型素子２１は、タンタル等の非磁性材料からなる下地
層２９上に、ＰｔＭｎ合金等からなる反強磁性層２２、
ＣｏＦｅ合金等からなる第１の強磁性層２３、Ｃｕ等か
らなる非磁性導電層２４、ＦｅＮｉ合金等からなる第２
の強磁性層２５を順次積層した構造を有する積層体３０
が形成され、積層体３０上にタンタル等の非磁性材料か
らなる保護層３１が積層されており、積層体３０及び保
護層３１の両端部には、ＦｅＮｉ合金等からなる第３の
強磁性層２６とＰｔＭｎ合金等からなる反強磁性層２７
とをこの順番に積層した構造を有するバイアス層３２が
それぞれ配設され、各バイアス層３２上にＡｕ等からな
る電極層２８が形成されている。
【０００３】そして、第１の強磁性層２３は、反強磁性
層２２との界面にて発生する交換結合により第１の強磁
性層２３の磁化方向が、図示Ｙ方向（図３の紙面に向か
う）に固定されている。
【０００４】また、第３の強磁性層２６は、反強磁性層
２７との界面にて発生する交換結合により第３の強磁性
層２６の磁化方向が図示Ｘ方向に固定されており、第３
の強磁性層２６と第２の強磁性層２５の強磁性結合（又
は磁気的な結合）によって第２の強磁性層２５の磁化方
向が第１の強磁性層２３の磁化方向と交叉する方向（図
示Ｘ方向）に揃えられた状態となっている。すなわち、
バイアス層３２の第３の強磁性層２６より、第２の強磁
性層２５へバイアス磁界を与えている。
【０００５】このように構成された磁気抵抗効果型素子
２１は、例えば磁気ヘッドに適用されて磁気ディスク装
置に組み込まれ、電極層２８からバイアス層３２を介し
て第１の強磁性層２３、非磁性導電層２４及び第２の強
磁性層２５に検出電流が与えられた状態で、トラック幅
Ｔｗで示される領域をＺ方向に回転走行する磁気ディス
クの所望のトラックに位置決めし、外部磁界としてこの
所望トラックからの漏れ磁界が図示Ｙ方向に沿って与え
られると、第２の強磁性層２５の磁化が図示Ｘ方向から
図示Ｙ方向に向けて変動する。
【０００６】このとき、第２の強磁性層２５内での磁化
の変動と第１の強磁性層２３の磁化方向との関係で磁気
抵抗効果型素子２１の電気抵抗が変化し、この抵抗変化
に基づく電圧変化により上記所望トラックからの漏れ磁
界が検出される。これによって、磁気抵抗効果型素子２
１は、上記所望トラックに記録された記録情報を読み出
すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の磁気抵抗効果型素子２１にあっては、磁気ディ
スク上の上記所望トラックに隣接するトラックからの漏
れ磁界を受けて、反強磁性層２７との磁気的な結合によ
って図示Ｘ方向に固定された第３の強磁性層２６の磁化
が変動し、この変動が上記所望トラックからの漏れ磁界
の検出特性に悪影響を与え、上記所望トラックに記録さ
れた記録情報を正確に読み出すことができないという問
題があった。
【０００８】この問題は、第３の強磁性層２６の膜厚寸
法を小さくし、これにより第３の強磁性層２６と反強磁
性層２７との磁気的な結合を大きくすることで解決でき
るが、そのために第３の強磁性層２６の発する漏れ磁界
が減少し第２の強磁性層２５に充分なバイアス磁界を付
与することできなくなり、第２の強磁性層２５の磁化方
向を図示Ｘ方向に揃えることができなくなる。
【０００９】また、従来からあるように、バイアス層３
２を図４に示すＣｏＰｔ合金等からなる永久磁石層３３
で置換し、この永久磁石層３からの漏れ磁界をバイアス
磁界として第２の強磁性層２５に印加することで、第２
の強磁性層２５の磁化方向を図示Ｘ方向に揃えることも
考えられるが、このようにすると、永久磁石層３３と第
２の強磁性層２５との接触部分において第２の強磁性層
２５の磁化が変動し難くなり、上記所望トラックからの
漏れ磁界の検出特性を著しく低下させることとなる。
【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的は、充分なバイアス磁界を発生する
ことの可能なバイアス層を備えた外部磁界検出特性の良
好な磁気抵抗効果型素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁気抵抗効果型素子は、非磁性導電層と、
前記非磁性導電層の一面に形成された第１の強磁性層
と、前記非磁性導電層の他面に形成された第２の強磁性
層と、前記第１の強磁性層の前記非磁性導電層と接する
面と反対側の面に形成され、前記第１の強磁性層の磁化
方向を固定する第１の反強磁性層とを有する積層体と、
前記積層体の両端部にそれぞれ配置され、前記第２の強
磁性層の磁化方向を前記第１の強磁性層の磁化方向と交
叉する方向へ揃えるバイアス磁界を前記第２の強磁性層
に加えるバイアス層とを備え、前記バイアス層は、互い
に対向して配置された第２，第３の反強磁性層と、前記
第２，第３の反強磁性層間に配設され、前記第２，第３
の反強磁性層と磁気的に結合して前記バイアス磁界を発
生する第３の強磁性層とを備えてなり、前記第２の強磁
性層の両端面に前記第３の強磁性層が接触していること
を特徴としている。
【００１２】また、上記構成において、前記積層体は、
第１の反強磁性層、第１の強磁性層、非磁性導電層及び
第２の強磁性層がこの順番に積層され、前記バイアス層
は、第２の反強磁性層、第３の強磁性層及び第３の反強
磁性層がこの順番に積層されており、前記第１の反強磁
性層の両端面及び前記第１の強磁性層の両端面には前記
第２の反強磁性層のみが接触している構成とした。
【００１３】また、上記構成において、前記第２の反強
磁性層は、Ｘ−Ｍｎ合金（但しＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，
Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓのうちから選択される少なくとも１
種）またはα−Ｆｅ2Ｏ3あるいはＮｉＯからなり、前記
第３の反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ合金（但しＸはＰｔ，Ｐ
ｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓのうちから選択される少な
くとも１種）からなる構成とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気抵抗効果型素
子の一実施形態を図１に基づいて説明する。
【００１５】この磁気抵抗効果型素子１は、タンタル等
の非磁性材料からなる下地層１０上に、非磁性導電層４
と、非磁性導電層４の一面に形成された第１の強磁性層
３と、非磁性導電層４の他面に形成された第２の強磁性
層５と、第１の強磁性層３の非磁性導電層４と接する面
と反対側の面に形成された第１の反強磁性層２との４層
からなり、第１の反強磁性層２、第１の強磁性層３、非
磁性導電層４、第２の強磁性層５をこの順番に積層した
構造を有する積層体１１が形成され、積層体１１上にタ
ンタル等の非磁性材料からなる保護層１２が積層されて
おり、積層体１１の両端部には、第２の反強磁性層６、
第３の強磁性層８、第３の反強磁性層７をこの順番に積
層した構造を有するバイアス層１３が第２の強磁性層５
の両端面に第３の強磁性層８を接触させた状態でそれぞ
れ配設され、各バイアス層１３上に電極層９が形成され
ている。
【００１６】第１の反強磁性層２は、第１の強磁性層３
の磁化方向を固定する磁化方向固定膜であって、ＰｔＭ
ｎ合金等で形成されており、その膜厚は１４ｎｍ程度で
ある。
【００１７】第１の強磁性層３は、ＣｏＦｅ合金等の導
電軟磁性材料で形成されてなるもので、３ｎｍ程度の膜
厚を有し、第１の反強磁性層２との界面にて発生する交
換結合によって第１の強磁性層３の磁化方向が図示Ｙ方
向（図１の紙面に向かう）に固定されている。
【００１８】非磁性導電層４は、Ｃｕ等の非磁性導電材
料で形成されており、その膜厚は２．２ｎｍ程度であ
る。
【００１９】第２の強磁性層５は、ＣｏＦｅ合金やＮｉ
Ｆｅ合金等の導電軟磁性材料で形成されてなるもので、
３ｎｍ程度の膜厚を有し、バイアス層１３の第３の強磁
性層８から与えられるバイアス磁界の影響を受けて全体
として単磁区化されており、第２の強磁性層５の磁化が
第１の強磁性層３の磁化方向と交叉する図示Ｘ方向に揃
えられ外部磁界に依存して自由に回転できるようにされ
ている。
【００２０】第２，第３の反強磁性層６，７は、第３の
強磁性層８の磁化方向を固定する磁化方向固定膜であっ
て、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓのうち少なく
とも１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金から
なり、各々１０〜３０ｎｍ程度の膜厚を有している。そ
して、これら両層６，７は互いに対向して配置され、第
１の反強磁性層２の両端面及び第１の強磁性層３の両端
面には第２の反強磁性層６のみが接触し、第３の強磁性
層８が第１の強磁性層３に接触するのを阻止しており、
これにより第１の強磁性層３と第３の強磁性層８との接
触により生ずる第１の強磁性層３の磁化方向の揺らぎを
防ぐことができ、この揺らぎに起因する外部磁界検出特
性の低下が防止されている。
【００２１】第３の強磁性層８は、ＮｉＦｅ合金等の導
電軟磁性材料で形成されてなるもので、第２，第３の反
強磁性層６，７間に配設され、第２の反強磁性層６との
界面及び第３の反強磁性層７との界面にて発生する交換
結合により第３の強磁性層８の磁化方向が図示Ｘ方向に
固定されている。そして、第３の強磁性層８と第２の強
磁性層５の強磁性結合（又は磁気的な結合）によって第
２の強磁性層５の磁化方向が第１の強磁性層３の磁化方
向と交叉する方向（図示Ｘ方向）に揃えられた状態とな
っている。すなわち、バイアス層１３の第３の強磁性層
８より、第２の強磁性層５へバイアス磁界を与えてい
る。
【００２２】電極層９は、第１，第２の強磁性層３，５
及び非磁性導電層４に検出電流を流すためのものであ
り、Ａｕ，Ｗ，Ｃｒ，Ｔａ等の電気抵抗の小さい非磁性
導電材料によって形成されている。
【００２３】このように構成された磁気抵抗効果型素子
１は、例えば磁気ヘッドに適用されて磁気ディスク装置
に組み込まれ、電極層９からバイアス層１３を介して第
１の強磁性層３、非磁性導電層４及び第２の強磁性層５
に検出電流（定常電流）が与えられた状態で、トラック
幅Ｔｗで示される領域をＺ方向に回転走行する磁気ディ
スクの所望のトラックに位置決めし、外部磁界としてこ
の所望トラックからの漏れ磁界が図示Ｙ方向に沿って与
えられると、第２の強磁性層５の磁化が図示Ｘ方向から
図示Ｙ方向に向けて変動する。
【００２４】このとき、第２の強磁性層５内での磁化の
変動と第１の強磁性層３の磁化方向との関係で磁気抵抗
効果型素子１の電気抵抗が変化し、この抵抗変化に基づ
く電圧変化により上記所望トラックからの漏れ磁界が検
出される。これによって、磁気抵抗効果型素子１は、上
記所望トラックに記録された記録情報を読み出すことが
できる。
【００２５】しかして、この磁気抵抗効果型素子１にあ
っては、第３の強磁性層８がその両面で第２，第３の反
強磁性層６，７と磁気的に結合することにより、第３の
強磁性層８の膜厚寸法を小さくすることなく第３の強磁
性層８の磁化が図示Ｘ方向により強固に固定されている
ため、バイアス層１３が充分なバイアス磁界を発生する
ことができるとともに、磁気ディスク上の上記所望トラ
ックに隣接するトラックからの漏れ磁界を受けて第３の
強磁性層８の磁化が変動するのを確実に抑制することが
できるので、上記所望トラックに記録された記録情報を
正確に読み出すことができる。
【００２６】また、第２，第３の反強磁性層６，７は、
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓのうち少なくとも
１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金からなっ
ているので、第３の強磁性層８と第２，第３の反強磁性
層６，７との磁気的な結合を充分大きく得ることがで
き、第３の強磁性層８の磁化を図示Ｘ方向に強固に固定
することができる。
【００２７】尚、この実施形態では、第２，第３の反強
磁性層６，７をＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓの
うち少なくとも１種または２種以上の元素とＭｎとを含
む合金からなるもので説明したが、第２の強磁性層６は
ＮｉＯまたはα−Ｆｅ2Ｏ3等の酸化物絶縁性反強磁性材
料で形成するようにしてもよく、このようにしても第３
の強磁性層８と第２，第３の反強磁性層６，７との磁気
的な結合を充分大きく得ることができる。
【００２８】図２は本発明の他の応用例を示す図であっ
て、この磁気抵抗効果型素子１４が上述した磁気抵抗効
果型素子１と異なる点は、Ｒｕで形成された非磁性層１
５をＣｏあるいはＣｏＦｅ合金で形成された一対の強磁
性層１６で挟んでなる積層体で第１の強磁性層３を構成
した点が異なるのみで、他は磁気抵抗効果型素子１と同
様である。
【００２９】このように構成された磁気抵抗効果型素子
１４にあっては、第１の強磁性層３の磁化方向を図示Ｙ
方向（図２の紙面に向かう）により強固に固定すること
ができ、第１の強磁性層３の磁化と第２の強磁性層５と
の磁化とを確実に交叉させることができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３１】本発明の磁気抵抗効果型素子は、非磁性導
電層と、前記非磁性導電層の一面に形成された第１の強
磁性層と、前記非磁性導電層の他面に形成された第２の
強磁性層と、前記第１の強磁性層の前記非磁性導電層と
接する面と反対側の面に形成され、前記第１の強磁性層
の磁化方向を固定する第１の反強磁性層とを有する積層
体と、前記積層体の両端部にそれぞれ配置され、前記第
２の強磁性層の磁化方向を前記第１の強磁性層の磁化方
向と交叉する方向へ揃えるバイアス磁界を前記第２の強
磁性層に加えるバイアス層とを備え、前記バイアス層
は、互いに対向して配置された第２，第３の反強磁性層
と、前記第２，第３の反強磁性層間に配設され、前記第
２，第３の反強磁性層と磁気的に結合して前記バイアス
磁界を発生する第３の強磁性層とを備えてなり、前記第
２の強磁性層の両端面に前記第３の強磁性層が接触して
いるので、前記第３の強磁性層の膜厚寸法を前記第２の
強磁性層の膜厚寸法よりも小さくすることなく、前記第
３の強磁性層の磁化をより強固に固定することができる
ため、前記バイアス層が充分なバイアス磁界を発生する
ことができ、外部磁界検出特性の良好な磁気抵抗効果型
素子を提供することができる。
【００３２】また、前記積層体は、第１の反強磁性層、
第１の強磁性層、非磁性導電層及び第２の強磁性層がこ
の順番に積層され、前記バイアス層は、第２の反強磁性
層、第３の強磁性層及び第３の反強磁性層がこの順番に
積層されており、前記第１の反強磁性層の両端面及び前
記第１の強磁性層の両端面には前記第２の反強磁性層の
みが接触しているので、前記第１の強磁性層と前記第３
の強磁性層との接触により生ずる前記第１の強磁性層の
磁化方向の揺らぎを防ぐことができ、この揺らぎに起因
する外部磁界検出特性の低下が防止することができる。
【００３３】またさらに、前記第２の反強磁性層は、Ｘ
−Ｍｎ合金（但しＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，
Ｏｓのうちから選択される少なくとも１種）またはα−
Ｆｅ2Ｏ3あるいはＮｉＯからなり、前記第３の反強磁性
層は、Ｘ−Ｍｎ合金（但しＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｉｒ，Ｏｓのうちから選択される少なくとも１種）
からなるので、前記第３の強磁性層と前記第２，第３の
反強磁性層との磁気的な結合を充分大きく得ることがで
き、前記第３の強磁性層の磁化を強固に固定することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気抵抗効果型素子の断面図。
【図２】本発明の磁気抵抗効果型素子の応用例を説明す
るための断面図。
【図３】従来の磁気抵抗効果型素子の断面図。
【図４】従来の他の磁気抵抗効果型素子の断面図。
【符号の説明】
１ 磁気抵抗効果型素子 ２ 第１の反強磁性層 ３ 第１の強磁性層 ４ 非磁性導電層 ５ 第２の強磁性層 ６ 第２の反強磁性層 ７ 第３の反強磁性層 ８ 第３の強磁性層 ９ 電極層 １０ 下地層 １１ 積層体 １２ 保護層 １３ バイアス層 １４ 磁気抵抗効果型素子 １５ 非磁性層 １６ 強磁性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 10/12 Ｈ０１Ｆ 10/32 10/32 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非磁性導電層と、前記非磁性導電層の一
    面に形成された第１の強磁性層と、前記非磁性導電層の
    他面に形成された第２の強磁性層と、前記第１の強磁性
    層の前記非磁性導電層と接する面と反対側の面に形成さ
    れ、前記第１の強磁性層の磁化方向を固定する第１の反
    強磁性層とを有する積層体と、前記積層体の両端部にそ
    れぞれ配置され、前記第２の強磁性層の磁化方向を前記
    第１の強磁性層の磁化方向と交叉する方向へ揃えるバイ
    アス磁界を前記第２の強磁性層に加えるバイアス層とを
    備え、前記バイアス層は、互いに対向して配置された第
    ２，第３の反強磁性層と、前記第２，第３の反強磁性層
    間に配設され、前記第２，第３の反強磁性層と磁気的に
    結合して前記バイアス磁界を発生する第３の強磁性層と
    を備えてなり、前記第２の強磁性層の両端面に前記第３
    の強磁性層が接触していることを特徴とする磁気抵抗効
    果型素子。
  2. 【請求項２】 前記積層体は、第１の反強磁性層、第１
    の強磁性層、非磁性導電層及び第２の強磁性層がこの順
    番に積層され、前記バイアス層は、第２の反強磁性層、
    第３の強磁性層及び第３の反強磁性層がこの順番に積層
    されており、前記第１の反強磁性層の両端面及び前記第
    １の強磁性層の両端面には前記第２の反強磁性層のみが
    接触していることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵
    抗効果型素子。
  3. 【請求項３】 前記第２の反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ合金
    （但しＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓのうち
    から選択される少なくとも１種）またはα−Ｆｅ2Ｏ3あ
    るいはＮｉＯからなり、前記第３の反強磁性層は、Ｘ−
    Ｍｎ合金（但しＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏ
    ｓのうちから選択される少なくとも１種）からなること
    を特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果型素
    子。
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