JP2002118306A - 磁気抵抗素子および多素子型磁気抵抗素子 - Google Patents
磁気抵抗素子および多素子型磁気抵抗素子Info
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Abstract
る。 【解決手段】 多素子型磁気抵抗素子100は、特定の
外部磁界に対して応答する第1および第2垂直電流型磁
気抵抗素子101を備える多素子型磁気抵抗素子であっ
て、前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子101
は、前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子に流れ
る垂直電流106に基づいて第1および第2磁界104
を発生し、前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子
は、前記第1および第2磁界104が前記多素子型磁気
抵抗素子100のバイアス磁界として作用するように配
置される。
Description
磁気ディスク、テ−プ等の磁気メディアの再生ヘッド、
また、自動車等で用いられる磁気センサ−、磁気ランダ
ム・アクセス・メモリ(MRAM)等に広く使用される
磁気抵抗素子に関するものである。
ンバルブ型のGMR(巨大磁気抵抗効果)素子が実用化
され始めている。スピンバルブ型GMR素子の原理は、
自由層と固定層の磁化相対角度に応じて膜面内を流れる
電子の平均自由工程が変化することとして説明されてい
る。このスピンバルブ型GMR素子は、従来の異方性M
R素子に比べ数倍高い10%程度のMR比(磁気抵抗
比)を実現した。
して、TMR(トンネル磁気抵抗)効果を用いた磁気抵
抗効果素子、あるいは磁性金属/遷移金属人工格子のC
PP(カレント・パ−ペンディキュラ−・トゥ−・ザ・
プレイン)方向のGMRが研究されている。CPP・G
MRは先のスピンバルブ型GMRと基本原理は同様であ
るが、面に垂直方向に電流が流れる点で異なる。
た2つの強磁性層の磁化相対角に応じて変化するトンネ
ル確率を利用した新しい磁気抵抗効果素子であり、やは
り膜面に垂直方向に電流を流す。本特許では、これらを
垂直電流型磁気抵抗素子と称することにする。このよう
な垂直電流型磁気抵抗素子を磁気ヘッドとして使用する
ヘッド構成としては、従来GMRヘッドで用いられてき
たシ−ルド型のMRヘッドのMR素子部をTMR素子で
置き換え、フラックスガイドを備えた構成を持つ磁気ヘ
ッド(特開閉11−213349)あるいは、基板面に
垂直方向に形成されたヨ−ク内にTMR素子を配置した
構成をもつ磁気ヘッド(特開平11−25425)が考
案されている。
磁気ヘッドとしてTMR素子を応用するときTMRが持
つ本質的に高い接合インピ−ダンスにより、熱雑音や、
電気回路部とのマッチングが課題となる。素子面積を大
きく取ることで、素子抵抗を小さくすることは可能であ
るが、媒体面からの漏れ磁束は、記録密度の上昇ととも
に小さくなるために、単に素子面積を大きくすることは
ヘッドの高感度化、またヘッドの小型化が困難になると
いう別の課題を生じる。
ネル絶縁層を薄くしていくと、トンネル絶縁層を挟んだ
磁性層同士の磁気的結合が強くなり、理想的な磁化回転
角を実現しにくくなり高いMRが得られない。さらに高
感度化のために媒体と素子のスペ−スを減少させると、
ヘッドと媒体の接触による熱スパイクなどが重要な課題
となると考えられる。また、従来の提案されたヘッド構
成では、パルス振幅による非対称性や、サイドリ−ディ
ングの非対称性等が生じる可能性がある。
Mの共通課題として、高出力を得るために素子に流す電
流量を増していくと、発生する電流磁界のために、自由
磁性層(または磁気感知部)の磁化方向が影響を受ける
という課題がある。さらにTMR素子自身の課題として
素子にかかるバイアスが大きくなるとMR値が低下する
というバイアス依存性の課題等もある。
向の電流を流すTMR素子あるいはCPP・GMR素子
に使用する新しい素子構成を提供することを目的とす
る。
子は、垂直電流型磁気抵抗素子と、前記垂直電流型磁気
抵抗素子に電流を流入する第1導体と、前記垂直電流型
磁気抵抗素子から電流を流出する第2導体とを備え、前
記第1導体は、前記電流に基づいて第1磁界を発生し、
前記第2導体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生
し、前記第1および第2導体は、前記第1磁界と前記第
2磁界とが前記垂直電流型磁気抵抗素子のバイアス磁界
として作用するように配置され、そのことにより上記目
的が達成される。
行な位置に配置されてもよい。
てもよい。
じれの位置に配置されてもよい。
流型磁気抵抗素子と、前記垂直電流型磁気抵抗素子に電
流を流入する第1導体と、前記垂直電流型磁気抵抗素子
から電流を流出する第2導体とをさらに備え、前記第1
導体は、前記電流に基づいて第1磁界を発生し、前記第
2導体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生し、前記
第1および第2導体は、前記第1磁界と前記第2磁界と
が互いにキャンセルするように配置され、そのことによ
り上記目的が達成される。
行な位置に配置されてもよい。
定の外部磁界に対して応答する第1および第2垂直電流
型磁気抵抗素子を備える多素子型磁気抵抗素子であっ
て、前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子は、前
記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子に流れる垂直
電流に基づいて第1および第2磁界を発生し、前記第1
および第2垂直電流型磁気抵抗素子は、前記第1および
第2磁界が前記多素子型磁気抵抗素子のバイアス磁界と
して作用するように配置され、そのことにより上記目的
が達成される。
子は、電気的に直列に接続されてもよい。
流入する第1導体と、前記第1垂直電流型磁気抵抗素子
から流出した前記電流を前記第2垂直電流型磁気抵抗素
子へ流入する第2導体と、前記第2垂直電流型磁気抵抗
素子から前記電流を流出する第3導体とをさらに備えて
もよい。
第2導体に対して前記第2垂直電流型磁気抵抗素子と同
じ側に配置されてもよい。
第2導体に対して前記第2垂直電流型磁気抵抗素子と反
対側に配置されてもよい。
子は、電気的に並列に接続されてもよい。
子に電流を流入する第1導体と、前記第1および第2垂
直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第2導体とを
さらに備えてもよい。
流入する第1導体と、前記第1垂直電流型磁気抵抗素子
から電流を流出する第2導体とを備え、前記第1導体
は、前記電流に基づいて第1磁界を発生し、前記第2導
体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生し、前記第1
および第2導体は、前記第1磁界と前記第2磁界とが前
記第1垂直電流型磁気抵抗素子のバイアス磁界として作
用するように配置され、前記第2垂直電流型磁気抵抗素
子に電流を流入する第3導体と、前記第2垂直電流型磁
気抵抗素子から電流を流出する第4導体とを備え、前記
第3導体は、前記電流に基づいて第3磁界を発生し、前
記第4導体は、前記電流に基づいて第4磁界を発生し、
前記第3および第4導体は、前記第3磁界と前記第4磁
界とが前記第2垂直電流型磁気抵抗素子のバイアス磁界
として作用するように配置されてもよい。
流入する第1導体と、前記第1垂直電流型磁気抵抗素子
から電流を流出する第2導体とを備え、前記第1導体
は、前記電流に基づいて第1磁界を発生し、前記第2導
体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生し、前記第1
および第2導体は、前記第1磁界と前記第2磁界とが互
いにキャンセルするように配置され、前記第2垂直電流
型磁気抵抗素子に電流を流入する第3導体と、前記第2
垂直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第4導体と
を備え、前記第3導体は、前記電流に基づいて第3磁界
を発生し、前記第4導体は、前記電流に基づいて第4磁
界を発生し、前記第3および第4導体は、前記第3磁界
と前記第4磁界とが互いにキャンセルするように配置さ
れてもよい。
子が配置されるヨークをさらに備えてもよい。
直電流型磁気抵抗素子と反対側に設けられる基板をさら
に含んでもよい。
子に対して前記ヨークと反対側に設けられる基板をさら
に含んでもよい。
い。
い。
子は、反強磁性層と、固定層と、前記固定層に対して前
記反磁性層と反対側に形成されるトンネル層とを含んで
もよい。
子の出力を加算して前記特定の外部磁界を検知する加算
器をさらに備えてもよい。
子の極性が互いに異なってもよい。
子の出力を減算して前記特定の外部磁界を検知する減算
器をさらに備えてもよい。
子の極性が互いに異なってもよい。
子が、少なくとも2種の磁性体間の磁化相対角の変化を
トンネル電子の遷移確率の変化として検知してもよい。
子が、少なくとも2種の磁性体間の磁化相対角の変化を
電子の平均自由工程の変化として検知してもよい。
モリは、特定の外部磁界に対して応答する第1および第
2垂直電流型磁気抵抗素子を備える多素子型磁気抵抗素
子であって、前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素
子は、前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子に流
れる垂直電流に基づいて第1および第2磁界を発生し、
前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子は、前記第
1および第2磁界が前記多素子型磁気抵抗素子のバイア
ス磁界として作用するように配置される多素子型磁気抵
抗素子を用い、そのことにより上記目的が達成される。
子は、電気的に直列に接続されてもよい。
流入する第1導体と、前記第1垂直電流型磁気抵抗素子
から流出した前記電流を前記第2垂直電流型磁気抵抗素
子へ流入する第2導体と、前記第2垂直電流型磁気抵抗
素子から前記電流を流出する第3導体とをさらに備えて
もよい。
第2導体に対して前記第2垂直電流型磁気抵抗素子と反
対側に配置されてもよい。
形態1に係る磁気抵抗素子100の断面図である。磁気
抵抗素子100は、垂直電流型磁気抵抗素子101と垂
直電流型磁気抵抗素子101に電流を流入する導体10
2と垂直電流型磁気抵抗素子101から電流を流出する
導体103とを備える。導体102と導体103とは同
じ向きに配置される。導体102から導体103の方向
に(図1に示す矢印106の方向)に電流を流すと、導
体102および導体103は図1に示すように紙面の手
前から奥に向かって合成磁界104を発生する。図1に
示すように導体102および導体103は、合成磁界1
04と磁気抵抗素子100が検知すべき外部磁界108
とが略90度の角度を成すように配置される。発生した
合成磁界104は、垂直電流型磁気抵抗素子101のバ
イアス磁界として有効に作用する。
08よりも大きくなりすぎると外部磁界108による磁
気抵抗素子100のMR変化が小さくなるという課題が
ある。また発生する磁界104の方向が外部磁界108
の方向と平行となるように導体102および導体103
が配置されると、外部磁界108の磁界変化がシフトす
る等の課題を生じる。
素子200の断面図である。磁気抵抗素子200は、垂
直電流型磁気抵抗素子101と垂直電流型磁気抵抗素子
101に電流を流入する導体102Aと垂直電流型磁気
抵抗素子101から電流を流出する導体103Aとを備
える。導体102Aと導体103Aとは図2に示すよう
に互いにねじれの位置関係となる向きに配置される。導
体102Aから導体103Aの方向に(図2に示す矢印
106Aの方向)に電流を流すと、図2に示すように導
体102Aおよび導体103Aはそれぞれの導体に対し
て略45度の方向に合成磁界104Aを生じる。図2に
示すように導体102Aおよび導体103Aは、合成磁
界104Aと磁気抵抗素子200が検知すべき外部磁界
108Aとが略90度の角度を成すように配置される。
発生した合成磁界104Aは、垂直電流型磁気抵抗素子
101のバイアス磁界として有効に作用する。
100と同様に、発生する合成磁界104Aが外部磁界
108Aよりも大きくなりすぎると外部磁界108Aに
よる磁気抵抗素子200のMR変化が小さくなるという
課題がある。また発生する合成磁界104Aの方向が外
部磁界108Aの方向と平行となるように導体102A
および導体103Aが配置されると、外部磁界108A
の磁界変化がシフトする等の課題を生じる。
気抵抗素子300の断面図である。磁気抵抗素子300
は、垂直電流型磁気抵抗素子101と垂直電流型磁気抵
抗素子101に電流を流入する導体102Bと垂直電流
型磁気抵抗素子101から電流を流出する導体103B
とを備える。導体102Aと導体103Aとは図3に示
すように互いに平行に配置される。導体102Bから導
体103Bの方向に(図3に示す矢印106Bの方向)
に電流を流すと、導体102Aが生成する磁界と導体1
03Bが生成する磁界とは、互いにキャンセルする。
磁界を垂直電流型磁気抵抗素子101に流れる電流とは
独立した電流により発生させると、垂直電流型磁気抵抗
素子101に流れる電流の大きさに関わらず安定したバ
イアス磁界を得ることができる。垂直電流型磁気抵抗素
子101の磁性体に磁場中での熱処理などにより異方性
を付与することによっても、あるいは垂直電流型磁気抵
抗素子101の磁性体に反強磁性体等を用いてバイアス
磁界を発生させることによっても垂直電流型磁気抵抗素
子101に流れる電流の大きさに関わらず安定したバイ
アス磁界を得ることができる。
抵抗素子101に流す電流の大きさと外部磁界に基づい
て選択することが好ましい。
抵抗素子400の断面図である。図5は、実施の形態1
に係る他の多素子型磁気抵抗素子500の断面図であ
る。図6は、多素子型磁気抵抗素子に発生するバイアス
磁界の説明図である。多素子型磁気抵抗素子400は、
基板401と基板401上に配置された2個の磁気抵抗
素子300とを備える。磁気抵抗素子300は、図3で
前述した磁気抵抗素子300である。磁気抵抗素子30
0は、図3に示す矢印301の方向から図示されてい
る。垂直電流型磁気抵抗素子101に電流を導入する導
体102Bと導体103Bとは、独立して形成される。
図4に示す2個の垂直電流型磁気抵抗素子101に垂直
な向きに電流106Bが流れると、垂直電流型磁気抵抗
素子101に図6に示すような2つのバイアス磁界60
4A、604Bがそれぞれ発生する。バイアス磁界が2
つになるので、1つのバイアス磁界の場合に比べて外部
磁界に対する磁化応答の線形性が向上する。
00は、基板401と基板401上に配置された導体1
02Cと導体102C上に配置された2個の垂直電流型
磁気抵抗素子101と2個の垂直電流型磁気抵抗素子1
01に対して共通に接続される導体103Cとを備え
る。このように2個の垂直電流型磁気抵抗素子101
は、導体102Cおよび導体103Cを介して並列に接
続される。導体102Cおよび導体103Cは、磁性導
電層または非磁性導電層で形成される。図5に示すよう
に2個の垂直電流型磁気抵抗素子101に垂直な向き1
06Cに電流が流れると、図4を参照して前述した多素
子型磁気抵抗素子400と同様に、垂直電流型磁気抵抗
素子101に図6に示すような2つのバイアス磁界60
4A、604Bがそれぞれ発生する。バイアス磁界が2
つになるので、1つのバイアス磁界の場合に比べて外部
磁界に対する磁化応答の線形性が向上する。
気抵抗素子が直列に接続された多素子型磁気抵抗素子7
00の断面図である。図8は、図7に示す素子型磁気抵
抗素子700の平面図である。図7を参照して、多素子
型磁気抵抗素子700は、基板401と基板401上に
配置された導体102Dと導体102D上に配置された
2個の垂直電流型磁気抵抗素子101と2個の垂直電流
型磁気抵抗素子101のそれぞれに対して接続される2
個の導体103Dとを備える。このように2個の垂直電
流型磁気抵抗素子101は、導体102Dおよび導体1
03Dを介して直列に接続される。導体102Dおよび
導体103Dは、磁性導電層または非磁性導電層で形成
される。図7に示すように2個の垂直電流型磁気抵抗素
子101に垂直な向き106Dに電流が流れると、図4
を参照して前述した多素子型磁気抵抗素子400と同様
に、垂直電流型磁気抵抗素子101に図8に示すような
2つのバイアス磁界804A、804Bがそれぞれ発生
する。バイアス磁界が2つになるので、1つのバイアス
磁界の場合に比べて外部磁界に対する磁化応答の線形性
が向上する。
素子型磁気抵抗素子900の断面図である。多素子型磁
気抵抗素子900は、基板401と基板401上に配置
された2個の磁気抵抗素子300とを備える。磁気抵抗
素子300は、図3で前述した磁気抵抗素子300であ
る。磁気抵抗素子300は、図3に示す矢印301の方
向から図示されている。右側の磁気抵抗素子300は、
電流が上から下へ流れるように上下をひっくり返して配
置されている。垂直電流型磁気抵抗素子101に電流を
導入する導体102Eと導体103Eとは、独立して形
成される。図8に示す2個の垂直電流型磁気抵抗素子1
01に垂直な向きに電流106Eが流れると、図7に示
す多素子型磁気抵抗素子700と同様に垂直電流型磁気
抵抗素子101に図8に示すような2つのバイアス磁界
804A、804Bがそれぞれ発生する。バイアス磁界
が2つになるので、1つのバイアス磁界の場合に比べて
外部磁界に対する磁化応答の線形性が向上する。
磁気抵抗素子が直列に接続されたさらに他の多素子型磁
気抵抗素子1000の断面図である。多素子型磁気抵抗
素子1000は、基板401と基板401上に配置され
た導体102Fと導体102F上に配置された垂直電流
型磁気抵抗素子101と垂直電流型磁気抵抗素子101
上に配置された導体103Fと導体103F上に配置さ
れた垂直電流型磁気抵抗素子101と垂直電流型磁気抵
抗素子101上に配置された導体109Fとを備える。
このように2個の垂直電流型磁気抵抗素子101は、導
体102F。導体103Fおよび導体109Fを介して
直列に接続される。導体102F、導体103Fおよび
導体109Fは、磁性導電層または非磁性導電層で形成
される。
磁気抵抗素子が直列に接続されたさらに他の多素子型磁
気抵抗素子1100の断面図である。図10に示す多素
子型磁気抵抗素子1000の構成要素と同一の構成要素
には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の
詳細な説明は省略する。図11に示すように2個の垂直
電流型磁気抵抗素子101は互いにずれて配置されてい
てもよい。
した、少なくとも2つの垂直電流型磁気抵抗素子が電気
的に直列に接続された多素子型磁気抵抗素子700、1
000および1100では、例えば垂直電流型磁気抵抗
素子101にTMRを用いた場合には、1素子当たりに
かかるバイアス磁界が多数の素子によって分担されるた
めに、バイアス依存性の課題が緩和される。また素子そ
のものが低抵抗であるCPP・GMRを用いた場合にお
いては素子が電気的に直列に接続されているので高抵抗
化ができ、低電流で高出力を得ることができる。
の多素子型磁気抵抗素子の製造方法を示す断面図であ
る。特にCPP・GMRにおいては断面積を小さくし、
さらに電流方向の高さを高くすれば高抵抗化は可能であ
るが、リソ加工技術の限界として、十分な高抵抗となる
微細素子加工が困難である。このために図12〜図16
に示すようなプロセス工程を用い、段階的に素子抵抗を
向上させることが重要である。
子を用いたMRAMのメモリセルの断面図である。メモ
リセル1700は、多素子型磁気抵抗素子1710と書
き込み線1704とビット線1705とを備える。多素
子型磁気抵抗素子1710は、2個の垂直電流型磁気抵
抗素子101(TMR素子)と非磁性導電層1702、
1703および1709とを含む。2個の垂直電流型磁
気抵抗素子101は、図17に示すように非磁性導電層
1702、1703および1709により直列に接続さ
れる。書き込み線1704とビット線1705とは、多
素子型磁気抵抗素子1710を挟み込むように設けられ
る。実施の形態に係る多素子型磁気抵抗素子を用いたM
RAMのメモリセルでは、バイアス依存性の課題、ある
いは高抵抗化の課題が改善される。
に係るヨークに対して基板と反対側に垂直電流型磁気抵
抗素子が設けられる多素子型磁気抵抗素子1800の斜
視図である。図19は、図18に示される多素子型磁気
抵抗素子1800の説明図である。図20は、図19に
示す多素子型磁気抵抗素子1800の垂直電流型磁気抵
抗素子101の接続方法を説明する断面図である。
多素子型磁気抵抗素子1800は、基板401と電極1
902とヨーク1801と2個の垂直電流型磁気抵抗素
子101と電極1903とを備える。ヨーク1801
は、磁気ギャップ1801Aを有する。図18〜図20
に示す多素子型磁気抵抗素子1800では、同一ヨ−ク
180上に2個の垂直電流型磁気抵抗素子101が配置
される。ヨ−ク180上の2個の垂直電流型磁気抵抗素
子101は、極性が同じである。すなわち、非磁性層を
挟んで隣り合う磁化状態と、磁気抵抗の増減の振る舞い
が同じ、例えば、何れの素子も磁化が平行の時に抵抗が
最低値をとる。図4または図5に示すように電極を配置
して電流を流すと図6に示すようなバイアス磁界を得る
事ができる。図7または図9に示すように電極を配置し
て電流を流すと図8に示すようなバイアス磁界を得る事
ができる。垂直電流型磁気抵抗素子101のそれぞれの
出力を加算すると、図23に示す1個の垂直電流型磁気
抵抗素子101を設けた従来の磁気抵抗素子2300に
比較して、出力の非対称性を改善することができる。
素子1800の要部の構成を示す断面図である。図22
は、図19に示す多素子型磁気抵抗素子1800の要部
の他の構成を示す断面図である。図18および図19に
示すヨ−ク1801上に形成された垂直電流型磁気抵抗
素子101がTMRである場合には、図21に示すよう
に、基板401上に電極1902を形成し、ヨ−ク18
01とする単層、あるいは多層の軟磁性膜を形成し、ト
ンネル層2203を形成した後、固定層2202(ピン
層)を形成し、反強磁性層2201を形成後、電極19
03を形成する。図22に示すように、電極1902を
形成した後、リソ加工により硬質磁性膜2301、ある
いは反強磁性膜を埋め込み、表面を平坦化後、ヨ−ク1
801を形成しても良い。
して基板と反対側に垂直電流型磁気抵抗素子が設けられ
る他の多素子型磁気抵抗素子2400の斜視図である。
図25は、図24に示す他の多素子型磁気抵抗素子24
00の説明図である。図26は、図25に示す多素子型
磁気抵抗素子2400の垂直電流型磁気抵抗素子の接続
方法を説明する断面図である。図18〜図20を参照し
て前述した多素子型磁気抵抗素子1800の構成要素と
同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これ
らの構成要素についての詳細な説明は省略する。
型磁気抵抗素子101Aとは極性が異なる。極性が異な
る垂直電流型磁気抵抗素子101、101Aで構成され
ている多素子型磁気抵抗素子2400において、垂直電
流型磁気抵抗素子101、101Aの2つの出力を加算
すると、出力の非対称性が改善される。
を有する2つの垂直電流型磁気抵抗素子の減算動作の説
明図である。図28は、実施の形態2に係る同じ極性を
有する2つの垂直電流型磁気抵抗素子の減算動作の説明
図である。特定の外部磁界に対して応答する少なくとも
2つの垂直電流型磁気抵抗素子の出力を減算して外部磁
界を検知する多素子型磁気抵抗素子では、例えば極性が
同じ磁気抵抗素子のみで構成されている場合には、例え
ば図18および図19に示すような同一ヨ−ク上にある
極性が同じ2つの磁気抵抗素子101の出力を減算した
場合、2つの磁気抵抗素子101で素子電流を流し始め
たときに2つの磁気抵抗素子101でほぼ同時に生じる
熱揺らぎ、狭フライングハイトにより接触時に発生する
熱スパイクが相殺される。このため熱揺らぎ、狭フライ
ングハイトの影響を改善することができる。極性が同じ
2つの磁気抵抗素子101の出力の減算に差動増幅器を
用いた場合には、2つの磁気抵抗素子101の基本出力
が同じ場合であれば、静磁界状態では図28に示すよう
な出力を得ることになる。
成されている場合、例えば図24および図25に示され
る同一ヨ−ク上の2つの磁気抵抗素子101および10
1Aの出力を減算した場合、やはり熱揺らぎなどの影響
が改善される。特に、この減算に差動増幅器を用いた場
合、2つの磁気抵抗素子101および101Aの基本出
力が同じ場合であれば、静磁界状態では図27に示すよ
うな出力を得ることになる。
は、以下に示すように定義される。TMR素子の場合、
少なくとも非磁性層を介在させた2つの磁性層間にトン
ネル電流が流れる時にトンネルする伝導スピンが、何れ
もマジョリティスピン同士、あるいはマイノリティスピ
ン同士の場合には極性は正を示し、マジョリティスピン
とマイノリティスピン間でのスピン伝導である場合には
極性は負を示すと定義する。また加算、減算は通常半導
体で用いられる加算回路、加算素子、減算回路、減算素
子を用いる。
に係るヨークと基板との間に垂直電流型磁気抵抗素子が
設けられる多素子型磁気抵抗素子2900の斜視図であ
る。図30は、図29に示す多素子型磁気抵抗素子29
00の断面図である。図31は、図29に示す多素子型
磁気抵抗素子2900の他の断面図である。図32は、
図29に示す多素子型磁気抵抗素子2900の垂直電流
型磁気抵抗素子の接続方法を説明する断面図である。図
24〜図26を参照して前述した多素子型磁気抵抗素子
2400の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符
号を付している。これらの構成要素についての詳細な説
明は省略する。
1Aは、ヨーク1801と基板401との間に設けられ
る。図24〜図26を参照して前述した多素子型磁気抵
抗素子2400と同様に、垂直電流型磁気抵抗素子10
1と垂直電流型磁気抵抗素子101Aとは極性が異な
る。
素子2900の要部の構成を示す断面図である。図34
は、図30に示す多素子型磁気抵抗素子2900の要部
の構成を示す断面図である。図33に示すように、基板
401上に電極1902を形成し、反強磁性層2201
を形成後、固定層2202(ピン層)を形成し、トンネ
ル層2203を形成した後、ヨ−ク1801とする単
層、あるいは多層の軟磁性膜を形成し、電極1903を
形成する。図34に示すように、電極1903を形成す
る後、リソ加工により硬質磁性膜3401、あるいは反
強磁性膜を形成しても良い。
板との間に垂直電流型磁気抵抗素子が設けられるさらに
他の多素子型磁気抵抗素子3500の断面図である。図
29〜図32を参照して前述した多素子型磁気抵抗素子
2900の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符
号を付している。これらの構成要素についての詳細な説
明は省略する。
1Aは、ヨーク1801と基板401との間に設けられ
る。図29〜図32を参照して前述した多素子型磁気抵
抗素子2900と同様に、垂直電流型磁気抵抗素子10
1と垂直電流型磁気抵抗素子101Aとは極性が異な
る。
板との間に垂直電流型磁気抵抗素子が設けられるさらに
他の多素子型磁気抵抗素子3600の斜視図である。図
37は、図36に示すさらに他の多素子型磁気抵抗素子
3600の説明図である。図29〜図32を参照して前
述した多素子型磁気抵抗素子2900の構成要素と同一
の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの
構成要素についての詳細な説明は省略する。
抗素子は、横型のヨーク1801を備えていたが、図3
6および図37に示すように縦型のヨーク3601を備
える多素子型磁気抵抗素子3600に対しても本発明を
適用し得る。縦型のヨーク3601は、ギャップ360
1Aを有する。垂直電流型磁気抵抗素子101および1
01Aは、ヨーク3601と基板401との間に設けら
れる。図24〜図26を参照して前述した多素子型磁気
抵抗素子2400と同様に、垂直電流型磁気抵抗素子1
01と垂直電流型磁気抵抗素子101Aとは極性が異な
る。
板との間に垂直電流型磁気抵抗素子が設けられるさらに
他の多素子型磁気抵抗素子3800の斜視図である。図
29〜図32を参照して前述した多素子型磁気抵抗素子
2900の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符
号を付している。これらの構成要素についての詳細な説
明は省略する。
3801を備える。ヨーク3801は、ギャップ380
1Aを有する。図38に示すようにギャップ3801A
は、基板401に対して平行な方向に形成される。垂直
電流型磁気抵抗素子101および101Aは、ヨーク3
801と基板401との間に設けられる。図24〜図2
6を参照して前述した多素子型磁気抵抗素子2400と
同様に、垂直電流型磁気抵抗素子101と垂直電流型磁
気抵抗素子101Aとは極性が異なる。
−ク構造を持つ磁気ヘッドでは熱スパイクの削減、出力
の非対称性等の課題が改善される。
が、少なくとも2種の磁性体間の磁化相対角の変化を電
子の平均自由工程の変化として検知する多素子型磁気抵
抗素子では、直列化による高抵抗化や、あるいはこれを
実施の形態に係るヘッドとして用いた場合、熱スパイ
ク、熱揺らぎの削減、出力の非対称性等の課題が改善さ
れる。
電極はIBD(イオンビ−ムデポジション)、スパッタ
リング、MBE、イオンプレ−ティング法を始めとする
真空蒸着法で容易に作成できる。また非磁性層が化合物
である場合、化合物そのものをタ−ゲットにして成膜を
行う、あるいは反応性蒸着法、反応性スパッタリング
法、イオンアシスト、CVD、あるいは適当な分圧の反
応ガス雰囲気に反応すべき元素を適当な温度と時間放置
するなど、通常の化合物作製法で容易に作成できる。
は、通常の半導体プロセスで用いられるイオンミリン
グ、RIE、EB、FIB、I/M等の物理的あるいは
化学的エッチング法や、微細プロセス中に平坦化が必要
であれば、CMP法、または必要な微細加工の応じた線
幅を用いたフォトリソグラフィ−法を用いて作製するこ
とができる。また特に素子成膜時に、成膜した膜表面を
平坦にするために真空中でクラスタ−イオンビ−ムエッ
チングを用い、引き続いて成膜を行うこともMR向上に
効果的である。
素子の微細化した導体(電極)の形状と垂直電流型磁気
抵抗素子の磁気特性とを調べるため、図1〜図3に示す
ように導体が配置されるTMR素子(磁気抵抗素子10
0、200および300)を作製した。素子加工には通
常のフォトリソグラフィ技術を用い、素子面積を3×3
μm2とした。
Ta3/Cu500(電極)/Ta3/PtMn30/
CoFe3/Ru0.7/CoFe3/Al 0.4
(200Torr 純酸素1min酸化)/Al0.3
(200Torr純酸素1min酸化)/CoFe2/
NiFe5/Ta3/Cu500(電極)とし、MRは
25%、RAは25Ωμm2 である。PtMnの一軸
異方性付与のために280℃3時間で真空中熱処理を行
った。PtMnのピン磁界方向(図1で紙面の左右方
向)に±1000(Oe)の磁場を印加し、素子電流を
60mA流したとき、図1の磁気抵抗素子100及び図
2の磁気抵抗素子200においてMR変化の磁場に対す
る傾きが大きくなる現象が観察された。一方図3の磁気
抵抗素子300では低電流の時とほとんど同じであっ
た。
100および図2の磁気抵抗素子200においては、電
流により発生する磁界が、TMR膜の内、特に自由層で
あるCoFe1/NiFe5の積層膜にバイアスをかけ
ているものと考えられる。このように配線の仕方によ
り、電流バイアス磁界による素子の磁場感度の線形性の
制御、あるいはバイアス磁界を考慮せずに大電流を流す
等の素子特性の制御ができることがわかる。
図4及び図5及び図7に示す構成の多素子型磁気抵抗素
子400,500および700を作製した。垂直電流型
磁気抵抗素子101の接合面積は何れも3×3μm2
で、垂直電流型磁気抵抗素子101間の互いの距離は2
μmとした。MRは25%、RAは25Ωμm2 であ
る。但し図4に示す各素子を紙面に平行な方向からみた
構成は図3と同じである。図4に示す多素子型磁気抵抗
素子400では電流と電圧はそれぞれ垂直電流型磁気抵
抗素子101個別に測定し、図5に示す多素子型磁気抵
抗素子500では2つの垂直電流型磁気抵抗素子101
を並列に測定し、また図7に示す多素子型磁気抵抗素子
700では2つの垂直電流型磁気抵抗素子101を直列
に測定した。
で紙面に平行な方向)に±1000(Oe)の外部磁場
を印加し、まず図4に示す構成を有する多素子型磁気抵
抗素子400の1対の垂直電流型磁気抵抗素子101の
うち片方の素子のみに電流を60mA流し、電圧の変化
を調べたところ、(実施例1)の図3に示す構成を有す
る多素子型磁気抵抗素子300のMR曲線とほぼ同じM
R曲線を得た。このときのMRは19%であった。次に
両方の垂直電流型磁気抵抗素子101にそれぞれ60m
Aの電流を膜面垂直方向(矢印106の方向)に流した
ところ、MRの磁場に対する傾きが片方の素子のみに電
流を流した時よりも大きくなった。
において120mAの電流を流したとき、先と同じよう
なMRの磁場に対する傾きが観察された。この素子50
0の電流を60mAに落としたとき、MR曲線の磁場に
対する傾きは小さくなった。さらに図7の多素子型磁気
抵抗素子700において電流を60mA流したとき、や
はりMR曲線の磁場に対する傾きが観察され、同時に、
1素子あたりに流れる電流が同じ60mAの時では、バ
イアス磁界によるMRの低下が少ないMR値(23)%
を得た。
素子間に、素子電流によってバイアス磁界を発生させる
ことができる。特に配線(導体)からの磁界の影響、電
流方向、電流量、互いの素子間の距離を考慮すること
で、外部磁場方向に対して好ましい角度(例えば90
度)に適度なバイアス磁界をかけることができ、多素子
型磁気抵抗素子の外部磁界に対する磁化応答の線形性を
向上することができる。さらに2つの垂直電流型磁気抵
抗素子を直列に接続することでMRのバイアス磁界依存
を抑制できる。
のさらなる例として、膜厚200nmのFe/Cr人工
格子をステッパを用いて、直径0.3μmの円柱状に微
細加工し図14に示すような形状の垂直電流型磁気抵抗
素子101(GMR素子)を作製した。この垂直電流型
磁気抵抗素子101(GMR素子)の膜面垂直方向のM
Rを最大印可磁界を±1000(Oe)として調べたと
ころ58%のMRを得た。この垂直電流型磁気抵抗素子
101と導体102F、103F、104F(電極層)
としての膜厚200nmを有するCuとをCMPプロセ
スを用いて平坦化しながら積層するという、図12〜図
16に示すプロセスを繰り返し、20個の垂直電流型磁
気抵抗素子101を直列に接続し、直列に接続された垂
直電流型磁気抵抗素子101の抵抗を測定したところ垂
直電流型磁気抵抗素子101全体の抵抗として5Ωを
得、さらにMR47%を得た。MRの減少の原因は、C
uと垂直電流型磁気抵抗素子101とを積層したことに
よる垂直電流型磁気抵抗素子101全体の抵抗の増大と
考えられる。
の直列配線に加え、図7に示すような面内直列配線を組
み合わせて用いることで、素子抵抗が本質的に低いGM
R膜を高抵抗化し、同一電流に対する電圧出力を増大さ
せることができる。また図17に示すように、例えば2
つの垂直電流型磁気抵抗素子101(TMR素子)を非
磁性導電層1702、1703および1705で直列に
接続し、この素子の上下に書き込み線1701とビット
線1705を設けたMRAMのメモリセル1700に用
いた場合、バイアス磁界の依存性が小さいメモリセル
(記録セル)ができる。
にヨ−クが構成された、図18および図19に示すよう
な2つの垂直電流型磁気抵抗素子101を用いた多素子
型磁気抵抗素子1800を作製した。2つの垂直電流型
磁気抵抗素子101の接続方法として、図7と同じ構成
を有する図20に示す接続方法を用いた。垂直電流型磁
気抵抗素子101のそれぞれの素子サイズは1×2μm
2とし、図18および図19い示すようにヨ−ク180
1の磁路方向と垂直電流型磁気抵抗素子101の長手方
向とが垂直になるようにヨ−ク1801と垂直電流型磁
気抵抗素子101とを形成した。垂直電流型磁気抵抗素
子101の基本構成としては、図21に示す構成を用い
た。具体的にはAlTiC(基板)/Ta3/Cu50
0(電極)/Ta3/NiFe30/CoFe2/Al
0.4(200Torr 純酸素1min酸化)/A
l0.3(200Torr純酸素1min酸化)/Co
Fe3/Ru0.7/CoFe3/NiFe3/PtM
n(30)/Ta3/Cu500(電極)とした。ここ
で、PtMnには図19における紙面右方向にピン磁界
を付与した。2つの垂直電流型磁気抵抗素子101を直
列に接続したときの素子抵抗は20Ωで、電流を10m
A流したとき約10(Oe)の異方性磁界がそれぞれの
垂直電流型磁気抵抗素子101に付与された。
ように垂直電流型磁気抵抗素子101が1つで素子断面
積を1×1μm2 とし、素子抵抗を20Ωとした磁気
抵抗素子2300を作製した。多素子型磁気抵抗素子1
800と従来例の磁気抵抗素子2300とのそれぞれに
対して、トラック密度が90kTPI(tracksp
er inch),線記録密度は550kBPI(bi
ts per inch)で記録されたHDD記録媒体
をデータ転送速度211Mビット/秒で再生する再生実
験を行った。記録媒体に対するヘッドの浮上量は20n
mとした。多素子型磁気抵抗素子1800のビット誤り
率は1×10−7。また、従来例の磁気抵抗素子230
0のビット誤り率は1×10−5であった。このビット
誤り率の差は、本実施例の多素子型磁気抵抗素子180
0の垂直電流型磁気抵抗素子101(TMR素子)が、
直列に接続されることでバイアス磁界依存性を有するM
Rの低下が軽減されたこと、素子電流によるバイアス磁
界のために本実施例の多素子型磁気抵抗素子1800の
応答波形が線形になったことなどによると思われる。
子1800の構成は、2つの垂直電流型磁気抵抗素子1
01(TMR素子)に流れ込む外部磁束が同相であると
いう特徴を持つ。図30、図35、図37および図38
に示すヨ−クと基板との間に垂直電流型磁気抵抗素子が
あるような構成を有する多素子型磁気抵抗素子290
0、3500、3600および3800の基本動作も図
19に示した多素子型磁気抵抗素子1800の基本的動
作は同じである。また本実施例の多素子型磁気抵抗素子
1800と同様優れたビット誤り率を得た。尚このよう
なヨ−クと基板との間に垂直電流型磁気抵抗素子がある
多素子型磁気抵抗素子の基本構成は、図33に示す構成
を用いた。
にヨ−クが構成された、図24および図25に示す2つ
の垂直電流型磁気抵抗素子101および101Aを用い
た多素子型磁気抵抗素子2400を作製した。2つの垂
直電流型磁気抵抗素子101および101Aの接続方法
として、図4と同じ構成である図26に示す接続方法を
用いた。2つの垂直電流型磁気抵抗素子101および1
01Aのそれぞれの素子サイズは0.5×1μm2と
し、図24に示すようにヨ−ク1802の磁路方向と垂
直電流型磁気抵抗素子101および101Aの長手方向
とが垂直になるように垂直電流型磁気抵抗素子101お
よび101Aを配置した。1素子の基本構成としては、
図22に示す構成を用いた。
902を形成後、電極1902上にレジストを形成し、
硬質磁性膜、あるいは反強磁性膜2301を成膜後、素
子部をリフトオフし、サイド電極を成膜した後、CMP
により電極1902および反強磁性膜2301の表面を
平滑化する。次に真空中でクラスタイオンビ−ムエッチ
ングにより表面をさらに平滑化、清浄化し作製してい
る。具体的にはTMR膜にはAlTiC(基板)/Ta
3/Cu500(電極)/Ta3/NiFe30/Co
Fe2/Al 0.4(200Torr 純酸素1mi
n酸化)/Al0.25(200Torr純酸素1mi
n酸化)/CoFe3/Ru0.7/CoFe3/Ni
Fe3/PtMn(30)/Ta3/Cu500(電
極)とした。PtMnは磁路方向にピン磁界を付与し
た。また硬質磁性層としてCoPtを用い、PtMnの
異方性に対して直交バイアス磁界がかかるように異方性
を付与した。それぞれの素子抵抗は20Ωである。
び101Aから得られる出力は、図28に示すように、
同じ外部磁束に対して、反対の値を示す。この2つの垂
直電流型磁気抵抗素子101および101Aから得られ
た出力e1およびe2を差動増幅器を用い、出力の差分
を増幅する。このような多素子型磁気抵抗素子2400
を用いて、トラック密度が90kTPI(tracks
per inch),線記録密度は550kBPI
(bits per inch)で記録されたHDD記
録媒体からデータ転送速度211Mビット/秒で再生す
る再生実験を行った。ヘッドの浮上量は20nmとし
た。多素子型磁気抵抗素子のビット誤り率は1×10−
8。(実施例3)に対して誤り率はさらに向上している
理由は、差動出力を用いることで熱揺らぎ、狭フライン
グハイトにより接触時に発生する熱スパイクが相殺され
たことにより優れた再生出力が得られたものと思われ
る。
うな、垂直電流型磁気抵抗素子101および101Aが
ヨ−ク1801と基板401とに挟まれた構成を持つ2
つの垂直電流型磁気抵抗素子101および101Aを用
いた多素子型磁気抵抗素子2900を作製した。2つの
垂直電流型磁気抵抗素子101および101Aの接続方
法は図4と同じ構成である図32に示す接続方法を用い
た。垂直電流型磁気抵抗素子101および101Aのそ
れぞれの素子サイズは0.5×1μm2とし、ヨ−ク1
801の磁路方向と垂直電流型磁気抵抗素子101およ
び101Aの長手方向とが垂直になるように垂直電流型
磁気抵抗素子101および101Aを配置した。1素子
の基本構成としては、図34に示す構成を用いた。
3/Cu500(電極)/Ta3/PtMn30/Co
Fe3/Ru0.7/CoFe3/Al 0.4(20
0Torr 純酸素1min酸化)/Al0.25(2
00Torr純酸素1min酸化)/CoFe2/Ni
Fe30/Ta3/Cu500(電極)とした。PtM
nは磁路方向にピン磁界を付与した。また硬質磁性層と
してCoPtを用い、PtMnの異方性に対して直交バ
イアス磁界がかかるように異方性を付与した。それぞれ
の素子抵抗は20Ωである。2つの垂直電流型磁気抵抗
素子101および101Aから得られる出力は、図27
に示すように、同じ外部磁束に対して、反対の値を示
す。この2つの素子から得られた出力e1およびe2を
差動増幅器を用い、出力の差分を増幅する。このような
多素子型磁気抵抗素子2900を用いて、トラック密度
が90kTPI(tracks per inch),
線記録密度は550kBPI(bits per in
ch)で記録されたHDD記録媒体からデータ転送速度
211Mビット/秒で再生する再生実験を行った。ヘッ
ドの浮上量は20nmとした。多素子型磁気抵抗素子の
ビット誤り率は1×10−8であった。これは(実施例
4)とほぼ同じ結果で、差動出力を用いることで熱揺ら
ぎ、狭フライングハイトにより接触時に発生する熱スパ
イクが相殺されるたことにより優れた再生出力が得られ
たものと思われる。
へ電流を供給する配線方法を考慮し、さらに少なくとも
2つ以上の垂直電流型磁気抵抗素子を用いた多素子型磁
気抵抗素子であることにより磁気再生ヘッド、MRAM
セルを初めとするマイクロ磁気センサ−、メモリの特性
を飛躍的に高めることが可能となった。
断面図
面図
の断面図
の説明図
直列に接続された多素子型磁気抵抗素子の断面図
抗素子の断面図
が直列に接続されたさらに他の多素子型磁気抵抗素子の
断面図
が直列に接続されたさらに他の多素子型磁気抵抗素子の
断面図
子の製造方法を示す断面図
子の製造方法を示す断面図
子の製造方法を示す断面図
子の製造方法を示す断面図
子の製造方法を示す断面図
RAMのメモリセルの断面図
対側に垂直電流型磁気抵抗素子が設けられる多素子型磁
気抵抗素子の斜視図
対側に垂直電流型磁気抵抗素子が設けられる多素子型磁
気抵抗素子の説明図
流型磁気抵抗素子の接続方法を説明する断面図
構成を示す断面図
他の構成を示す断面図
対側に垂直電流型磁気抵抗素子が設けられる他の多素子
型磁気抵抗素子の斜視図
明図
流型磁気抵抗素子の接続方法を説明する断面図
の垂直電流型磁気抵抗素子の減算動作の説明図
垂直電流型磁気抵抗素子の減算動作の説明図
直電流型磁気抵抗素子が設けられる多素子型磁気抵抗素
子の斜視図
面図
直電流型磁気抵抗素子の接続方法を説明する断面図
構成を示す断面図
構成を示す断面図
直電流型磁気抵抗素子が設けられるさらに他の多素子型
磁気抵抗素子の断面図
直電流型磁気抵抗素子が設けられるさらに他の多素子型
磁気抵抗素子の斜視図
子の説明図
直電流型磁気抵抗素子が設けられるさらに他の多素子型
磁気抵抗素子の斜視図
Claims (31)
- 【請求項1】 垂直電流型磁気抵抗素子と、 前記垂直電流型磁気抵抗素子に電流を流入する第1導体
と、 前記垂直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第2導
体とを備え、 前記第1導体は、前記電流に基づいて第1磁界を発生
し、 前記第2導体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生
し、 前記第1および第2導体は、前記第1磁界と前記第2磁
界とが前記垂直電流型磁気抵抗素子のバイアス磁界とし
て作用するように配置される磁気抵抗素子。 - 【請求項2】 前記第1および前記第2導体は、互いに
平行な位置に配置される、請求項1記載の磁気抵抗素
子。 - 【請求項3】 前記磁気抵抗素子は、コの字型形状を有
する、請求項1記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項4】 前記第1および前記第2導体は、互いに
ねじれの位置に配置される、請求項1記載の磁気抵抗素
子。 - 【請求項5】 垂直電流型磁気抵抗素子と、 前記垂直電流型磁気抵抗素子に電流を流入する第1導体
と、 前記垂直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第2導
体とをさらに備え、 前記第1導体は、前記電流に基づいて第1磁界を発生
し、 前記第2導体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生
し、 前記第1および第2導体は、前記第1磁界と前記第2磁
界とが互いにキャンセルするように配置される磁気抵抗
素子。 - 【請求項6】 前記第1および前記第2導体は、互いに
平行な位置に配置される、請求項5記載の磁気抵抗素
子。 - 【請求項7】 特定の外部磁界に対して応答する第1お
よび第2垂直電流型磁気抵抗素子を備える多素子型磁気
抵抗素子であって、 前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子は、前記第
1および第2垂直電流型磁気抵抗素子に流れる垂直電流
に基づいて第1および第2磁界を発生し、 前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子は、前記第
1および第2磁界が前記多素子型磁気抵抗素子のバイア
ス磁界として作用するように配置される多素子型磁気抵
抗素子。 - 【請求項8】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗
素子は、電気的に直列に接続される、請求項7記載の多
素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項9】 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子に電流
を流入する第1導体と、 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子から流出した前記電流
を前記第2垂直電流型磁気抵抗素子へ流入する第2導体
と、 前記第2垂直電流型磁気抵抗素子から前記電流を流出す
る第3導体とをさらに備える、請求項7記載の多素子型
磁気抵抗素子。 - 【請求項10】 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子は、
前記第2導体に対して前記第2垂直電流型磁気抵抗素子
と同じ側に配置される、請求項9記載の多素子型磁気抵
抗素子。 - 【請求項11】 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子は、
前記第2導体に対して前記第2垂直電流型磁気抵抗素子
と反対側に配置される、請求項9記載の多素子型磁気抵
抗素子。 - 【請求項12】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子は、電気的に並列に接続される、請求項7記載の
多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項13】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子に電流を流入する第1導体と、 前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子から電流を
流出する第2導体とをさらに備える、請求項7記載の多
素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項14】 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子に電
流を流入する第1導体と、 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第
2導体とを備え、 前記第1導体は、前記電流に基づいて第1磁界を発生
し、 前記第2導体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生
し、 前記第1および第2導体は、前記第1磁界と前記第2磁
界とが前記第1垂直電流型磁気抵抗素子のバイアス磁界
として作用するように配置され、 前記第2垂直電流型磁気抵抗素子に電流を流入する第3
導体と、 前記第2垂直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第
4導体とを備え、 前記第3導体は、前記電流に基づいて第3磁界を発生
し、 前記第4導体は、前記電流に基づいて第4磁界を発生
し、 前記第3および第4導体は、前記第3磁界と前記第4磁
界とが前記第2垂直電流型磁気抵抗素子のバイアス磁界
として作用するように配置される、請求項7記載の多素
子型磁気抵抗素子。 - 【請求項15】 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子に電
流を流入する第1導体と、 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第
2導体とを備え、 前記第1導体は、前記電流に基づいて第1磁界を発生
し、 前記第2導体は、前記電流に基づいて第2磁界を発生
し、 前記第1および第2導体は、前記第1磁界と前記第2磁
界とが互いにキャンセルするように配置され、 前記第2垂直電流型磁気抵抗素子に電流を流入する第3
導体と、 前記第2垂直電流型磁気抵抗素子から電流を流出する第
4導体とを備え、 前記第3導体は、前記電流に基づいて第3磁界を発生
し、 前記第4導体は、前記電流に基づいて第4磁界を発生
し、 前記第3および第4導体は、前記第3磁界と前記第4磁
界とが互いにキャンセルするように配置される、請求項
7記載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項16】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子が配置されるヨークをさらに備える、請求項7記
載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項17】 前記ヨークに対して前記第1および第
2垂直電流型磁気抵抗素子と反対側に設けられる基板を
さらに含む、請求項16記載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項18】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子に対して前記ヨークと反対側に設けられる基板を
さらに含む、請求項16記載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項19】 前記ヨークは、横型ヨークである、請
求項16記載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項20】 前記ヨークは、縦型ヨークである、請
求項16記載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項21】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子は、反強磁性層と、 固定層と、 前記固定層に対して前記反磁性層と反対側に形成される
トンネル層とを含む、請求項7記載の多素子型磁気抵抗
素子。 - 【請求項22】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子の出力を加算して前記特定の外部磁界を検知する
加算器をさらに備える、請求項7記載の多素子型磁気抵
抗素子。 - 【請求項23】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子の極性が互いに異なる、請求項22記載の多素子
型磁気抵抗素子。 - 【請求項24】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子の出力を減算して前記特定の外部磁界を検知する
減算器をさらに備える、請求項7記載の多素子型磁気抵
抗素子。 - 【請求項25】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子の極性が互いに異なる、請求項24記載の多素子
型磁気抵抗素子。 - 【請求項26】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子が、少なくとも2種の磁性体間の磁化相対角の変
化をトンネル電子の遷移確率の変化として検知する、請
求項7記載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項27】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子が、少なくとも2種の磁性体間の磁化相対角の変
化を電子の平均自由工程の変化として検知する、請求項
7記載の多素子型磁気抵抗素子。 - 【請求項28】 特定の外部磁界に対して応答する第1
および第2垂直電流型磁気抵抗素子を備える多素子型磁
気抵抗素子であって、 前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子は、前記第
1および第2垂直電流型磁気抵抗素子に流れる垂直電流
に基づいて第1および第2磁界を発生し、 前記第1および第2垂直電流型磁気抵抗素子は、前記第
1および第2磁界が前記多素子型磁気抵抗素子のバイア
ス磁界として作用するように配置される多素子型磁気抵
抗素子を用いた磁気ランダム・アクセス・メモリ。 - 【請求項29】 前記第1および第2垂直電流型磁気抵
抗素子は、電気的に直列に接続される、請求項28記載
の磁気ランダム・アクセス・メモリ。 - 【請求項30】 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子に電
流を流入する第1導体と、 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子から流出した前記電流
を前記第2垂直電流型磁気抵抗素子へ流入する第2導体
と、 前記第2垂直電流型磁気抵抗素子から前記電流を流出す
る第3導体とをさらに備える、請求項28記載の磁気ラ
ンダム・アクセス・メモリ。 - 【請求項31】 前記第1垂直電流型磁気抵抗素子は、
前記第2導体に対して前記第2垂直電流型磁気抵抗素子
と反対側に配置される、請求項30記載の多素子型磁気
抵抗素子。
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