JP2003008103A - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＴＭＲ素子と異なりショットノイズや高周波
応答に優れる金属中間層を用いたＣＰＰ素子において、
抵抗変化率の増大、素子抵抗増大およびピンホールに依
存せずばらつきも解消された磁気抵抗効果素子、および
それを用いた磁気デバイス、特に磁気ヘッド、それを搭
載した磁気再生装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 強磁性、フェリ磁性または反強磁性磁性
の磁性を有し、電子のスピン方向に応じて伝導現象が大
幅に異なる特性を有するハーフメタルを主成分とする磁
性層を磁気抵抗効果膜に挿入する。
応答に優れる金属中間層を用いたＣＰＰ素子において、
抵抗変化率の増大、素子抵抗増大およびピンホールに依
存せずばらつきも解消された磁気抵抗効果素子、および
それを用いた磁気デバイス、特に磁気ヘッド、それを搭
載した磁気再生装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 強磁性、フェリ磁性または反強磁性磁性
の磁性を有し、電子のスピン方向に応じて伝導現象が大
幅に異なる特性を有するハーフメタルを主成分とする磁
性層を磁気抵抗効果膜に挿入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド及び磁気再生装置に関し、より詳細に
は、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電
流を流す構造の磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘ
ッド及び磁気再生装置に関する。
子、磁気ヘッド及び磁気再生装置に関し、より詳細に
は、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電
流を流す構造の磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘ
ッド及び磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁性体層の積層構造体における巨大磁気
抵抗効果（Giant MagnetoResistive effect：ＧＭＲ）
の発見により、磁気デバイス、特に磁気ヘッドの性能が
飛躍的に向上している。特に、「スピンバルブ（Spin-V
alve：ＳＶ）膜」による巨大磁気抵抗効果の発見は、磁
気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。
抵抗効果（Giant MagnetoResistive effect：ＧＭＲ）
の発見により、磁気デバイス、特に磁気ヘッドの性能が
飛躍的に向上している。特に、「スピンバルブ（Spin-V
alve：ＳＶ）膜」による巨大磁気抵抗効果の発見は、磁
気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。
【０００３】スピンバルブ膜とは、２つの金属強磁性膜
の間に非磁性層を挟み、一方の強磁性層（「ピン層」あ
るいは「磁化固着層」などと称される）の磁化のみを反
強磁性層あるいは硬質磁性層からのバイアス磁界により
一方向に固着し、もう一方の強磁性層（「フリー層」あ
るいは「磁化自由層」などと称される）の磁化方向が外
部磁界に応答してピン層に対して相対的角度を有するこ
とにより、巨大な磁気抵抗変化が得られるものである。
の間に非磁性層を挟み、一方の強磁性層（「ピン層」あ
るいは「磁化固着層」などと称される）の磁化のみを反
強磁性層あるいは硬質磁性層からのバイアス磁界により
一方向に固着し、もう一方の強磁性層（「フリー層」あ
るいは「磁化自由層」などと称される）の磁化方向が外
部磁界に応答してピン層に対して相対的角度を有するこ
とにより、巨大な磁気抵抗変化が得られるものである。
【０００４】このようなスピンバルブ膜において、膜面
に対して略垂直方向にセンス電流を通電する「ＣＰＰ
（Current Perpendicular to plane）型」の磁気抵抗効
果素子は、膜面に対して平行方向にセンス電流を通電す
る「ＣＩＰ（Current In Plane）型」の磁気抵抗効果素
子に比べてさらに大きな巨大磁気抵抗効果を発現する。
に対して略垂直方向にセンス電流を通電する「ＣＰＰ
（Current Perpendicular to plane）型」の磁気抵抗効
果素子は、膜面に対して平行方向にセンス電流を通電す
る「ＣＩＰ（Current In Plane）型」の磁気抵抗効果素
子に比べてさらに大きな巨大磁気抵抗効果を発現する。
【０００５】一方、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子として
は、「トンネル磁気抵抗効果効果（Tunneling MagnetoR
esistive effect：ＴＭＲ）」を利用したＴＭＲ素子も
開発されている。但し、ＴＭＲ素子においては、中間非
磁性層としてアルミナなどの絶縁層を用いる点が特徴的
であり、これに伴い、素子の動作メカニズムにも相違点
がある。
は、「トンネル磁気抵抗効果効果（Tunneling MagnetoR
esistive effect：ＴＭＲ）」を利用したＴＭＲ素子も
開発されている。但し、ＴＭＲ素子においては、中間非
磁性層としてアルミナなどの絶縁層を用いる点が特徴的
であり、これに伴い、素子の動作メカニズムにも相違点
がある。
【０００６】ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子は、ＣＩＰ型
の磁気抵抗効果素子に比べて磁気抵抗変化率が大きいだ
けでなく、素子の抵抗が素子面積に依存するために素子
を微細化した場合に抵抗変化量が増大するという利点も
有する。この利点は、磁気デバイスの微細化が進む現在
においては大きなメリットとなる。従って、ＣＰＰ磁気
抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ヘッドは、１平方
インチ当り１００ギガビット（１００Ｇｂｐｓｉ）以上
の記録密度を実現するための有力候補と考えられる。
の磁気抵抗効果素子に比べて磁気抵抗変化率が大きいだ
けでなく、素子の抵抗が素子面積に依存するために素子
を微細化した場合に抵抗変化量が増大するという利点も
有する。この利点は、磁気デバイスの微細化が進む現在
においては大きなメリットとなる。従って、ＣＰＰ磁気
抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ヘッドは、１平方
インチ当り１００ギガビット（１００Ｇｂｐｓｉ）以上
の記録密度を実現するための有力候補と考えられる。
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＴＭＲ素子
の場合、中間層に絶縁体を用いるために素子抵抗が高く
なりすぎ、素子面積が微細化すると大きな抵抗に起因し
てトンネル現象特有のショットノイズ発生や高周波応答
劣化を引き起こすことが問題となる。
の場合、中間層に絶縁体を用いるために素子抵抗が高く
なりすぎ、素子面積が微細化すると大きな抵抗に起因し
てトンネル現象特有のショットノイズ発生や高周波応答
劣化を引き起こすことが問題となる。
【０００７】一方、金属非磁性中間層を用いたＣＰＰ素
子の場合、膜面に対して垂直方向にセンス電流を流す
と、ＴＭＲ素子と異なり素子抵抗が大幅に小さいため
に、抵抗変化率が巨大でも得られる抵抗変化量自体はか
なり小さい。その結果として、大きな再生出力信号を得
ることが困難である。
子の場合、膜面に対して垂直方向にセンス電流を流す
と、ＴＭＲ素子と異なり素子抵抗が大幅に小さいため
に、抵抗変化率が巨大でも得られる抵抗変化量自体はか
なり小さい。その結果として、大きな再生出力信号を得
ることが困難である。
【０００８】この問題点を解決するために、金属非磁性
中間層を用いたＣＰＰ素子に極薄の酸化層を積層するこ
とにより、抵抗を増大させ大きな抵抗変化を得る方法が
報告されている（K.Nagasaka et al; The 8th Joint MM
M-Intermag Conference, DD-10）。この方法の場合、酸
化層の一部にピンホール的に金属状の低抵抗領域を設け
て、電流を絞り込むことにより高い抵抗を得ようとして
いる。しかしピンホールを均一に設けることは難しく、
特に素子サイズが０．１μｍ程度になる１００Ｇｂｐｓ
ｉ以上の記録密度では、抵抗が大きくばらついて安定し
たＣＰＰ素子の作製が困難であることが実用化を阻む。
中間層を用いたＣＰＰ素子に極薄の酸化層を積層するこ
とにより、抵抗を増大させ大きな抵抗変化を得る方法が
報告されている（K.Nagasaka et al; The 8th Joint MM
M-Intermag Conference, DD-10）。この方法の場合、酸
化層の一部にピンホール的に金属状の低抵抗領域を設け
て、電流を絞り込むことにより高い抵抗を得ようとして
いる。しかしピンホールを均一に設けることは難しく、
特に素子サイズが０．１μｍ程度になる１００Ｇｂｐｓ
ｉ以上の記録密度では、抵抗が大きくばらついて安定し
たＣＰＰ素子の作製が困難であることが実用化を阻む。
【０００９】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたのである。すなわち、その目的は、ＴＭＲ素子と
異なりショットノイズや高周波応答に優れる金属中間層
を用いたＣＰＰ素子において、抵抗変化率の増大、素子
抵抗増大およびピンホールに依存せずばらつきも解消さ
れた磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気デバイ
ス、特に磁気ヘッド、それを搭載した磁気再生装置を提
供することにある。
されたのである。すなわち、その目的は、ＴＭＲ素子と
異なりショットノイズや高周波応答に優れる金属中間層
を用いたＣＰＰ素子において、抵抗変化率の増大、素子
抵抗増大およびピンホールに依存せずばらつきも解消さ
れた磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気デバイ
ス、特に磁気ヘッド、それを搭載した磁気再生装置を提
供することにある。
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に
一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁
化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する
磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間
に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効
果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方
向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的
に接続された一対の電極と、を備え、前記磁気抵抗効果
膜は、ハーフメタルを主成分とした磁性層を含むことを
特徴とする。
め、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に
一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁
化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する
磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間
に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効
果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方
向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的
に接続された一対の電極と、を備え、前記磁気抵抗効果
膜は、ハーフメタルを主成分とした磁性層を含むことを
特徴とする。
【００１０】ここで、ハーフメタルを主成分とした磁性
層は、それ自体が磁化固着層や磁化自由層であってもよ
く、磁化自由層や磁化固着層とは別にハーフメタルを主
成分とした磁性層を設けてもよい。
層は、それ自体が磁化固着層や磁化自由層であってもよ
く、磁化自由層や磁化固着層とは別にハーフメタルを主
成分とした磁性層を設けてもよい。
【００１１】本願明細書において、「ハーフメタル」と
は、強磁性、フェリ磁性または反強磁性磁性の磁性を有
し、電子のスピン方向に応じて伝導現象が大幅に異なる
特性を有する材料を意味する。
は、強磁性、フェリ磁性または反強磁性磁性の磁性を有
し、電子のスピン方向に応じて伝導現象が大幅に異なる
特性を有する材料を意味する。
【００１２】具体的には、ハーフメタルの磁化（スピ
ン）と同方向スピンを有する電子（「アップスピン電
子」と称する）の抵抗は、それと反対方向のスピンを有
する電子（「ダウンスピン電子」と称する）の抵抗に比
べて著しく小さい性質を、あるいはアップスピン電子の
数はダウンスピン電子の数に比べて著しく多い性質を有
するものである。
ン）と同方向スピンを有する電子（「アップスピン電
子」と称する）の抵抗は、それと反対方向のスピンを有
する電子（「ダウンスピン電子」と称する）の抵抗に比
べて著しく小さい性質を、あるいはアップスピン電子の
数はダウンスピン電子の数に比べて著しく多い性質を有
するものである。
【００１３】ハーフメタルの材料としては、Ｆｅ３Ｏ４
などの鉄酸化物、ＣｒＯ２などのクロム酸化物、ベロブ
スカイト型の結晶構造を有するマンガン系酸化物（いわ
ゆるマンガナイト）が挙げられる。
などの鉄酸化物、ＣｒＯ２などのクロム酸化物、ベロブ
スカイト型の結晶構造を有するマンガン系酸化物（いわ
ゆるマンガナイト）が挙げられる。
【００１４】本発明者は、この性質をＣＰＰ型ＳＶ膜に
適応すると、主にアップスピン電子のみがハーフメタル
中を通過でき、非磁性中間層を介して第２磁性層にアッ
プスピン電子を注入できるため大きな抵抗変化量の増大
を生じる新しい現象を見出した。この現象は、従来の膜
面内に電流を流すＣＩＰ型磁気抵抗効果素子では発現し
ない現象である。非磁性中間層に絶縁体を用いるＴＭＲ
素子に比べると、トンネル電流では不可能なハーフメタ
ルと金属層との界面での電子反射効果も期待でき大きな
抵抗変化が実現できる。
適応すると、主にアップスピン電子のみがハーフメタル
中を通過でき、非磁性中間層を介して第２磁性層にアッ
プスピン電子を注入できるため大きな抵抗変化量の増大
を生じる新しい現象を見出した。この現象は、従来の膜
面内に電流を流すＣＩＰ型磁気抵抗効果素子では発現し
ない現象である。非磁性中間層に絶縁体を用いるＴＭＲ
素子に比べると、トンネル電流では不可能なハーフメタ
ルと金属層との界面での電子反射効果も期待でき大きな
抵抗変化が実現できる。
【００１５】具体的には、磁化固着層（ピン層）の一部
あるいはすべてにハーフメタルを用いる構成が挙げられ
る。この場合には、ハーフメタルから注入されたアップ
スピン電子は、磁化自由層（フリー層）の磁化がアップ
スピン電子と同方向に向いている場合にはフリー層中で
アップスピン電子は散乱されないので低い抵抗を示す。
あるいはすべてにハーフメタルを用いる構成が挙げられ
る。この場合には、ハーフメタルから注入されたアップ
スピン電子は、磁化自由層（フリー層）の磁化がアップ
スピン電子と同方向に向いている場合にはフリー層中で
アップスピン電子は散乱されないので低い抵抗を示す。
【００１６】一方、アップスピン電子と逆方向に向けて
フリー層の磁化が回転すると、アップスピン電子はフリ
ー層を通過する時に散乱されるので高い抵抗を示す。ダ
ンウスピン電子も伝導現象に寄与する通常の磁性膜に比
べて純粋にアップスピン電子のみの伝導現象が利用でき
るために、従来ＣＰＰ型ＳＶでは得られない大きな抵抗
変化率が得られる。
フリー層の磁化が回転すると、アップスピン電子はフリ
ー層を通過する時に散乱されるので高い抵抗を示す。ダ
ンウスピン電子も伝導現象に寄与する通常の磁性膜に比
べて純粋にアップスピン電子のみの伝導現象が利用でき
るために、従来ＣＰＰ型ＳＶでは得られない大きな抵抗
変化率が得られる。
【００１７】ピン層の磁化を固着するためには反強磁性
膜（ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなど）をピン層に積層して、そ
の界面にて発生する交換結合バイアス磁界を用いる事が
望ましい。通常、ハーフメタルを構成する酸化物と金属
系の反強磁性膜を直接積層すると交換結合磁界が弱まる
ので、その界面にはＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどからなる金属
強磁性膜を挿入することが望ましい。
膜（ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなど）をピン層に積層して、そ
の界面にて発生する交換結合バイアス磁界を用いる事が
望ましい。通常、ハーフメタルを構成する酸化物と金属
系の反強磁性膜を直接積層すると交換結合磁界が弱まる
ので、その界面にはＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどからなる金属
強磁性膜を挿入することが望ましい。
【００１８】一方、ハーフメタルをフリー層の一部ある
いはすべてに用いた場合にも同様な効果が得られる。ハ
ーフメタルは通常フリー層に必要な低磁界応答特性（軟
磁気特性）を示さないので、フリー層をハーフメタルと
する場合にはハーフメタルに軟磁気特性の良好なＮｉＦ
ｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ合金などを積層してハーフ
メタルの磁化応答をアシストすることが望ましい。ピン
層とフリー層の両者にハーフメタルを用いてもよい。
いはすべてに用いた場合にも同様な効果が得られる。ハ
ーフメタルは通常フリー層に必要な低磁界応答特性（軟
磁気特性）を示さないので、フリー層をハーフメタルと
する場合にはハーフメタルに軟磁気特性の良好なＮｉＦ
ｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ合金などを積層してハーフ
メタルの磁化応答をアシストすることが望ましい。ピン
層とフリー層の両者にハーフメタルを用いてもよい。
【００１９】ピン層やフリー層以外にハーフメタル層を
用いてもよい。中間金属非磁性層の一部にハーフメタル
層を挿入する構成、フリー層、非磁性金属中間層、ピン
層からなる積層ユニットの外側にハーフメタル層を挿入
する構成、フリー層と非磁性金属中間層の中間にハーフ
メタル層を挿入する構成、ピン層と非磁性金属中間層の
中間にハーフメタル層を挿入する構成が挙げられる。ピ
ン層、非磁性金属中間層、フリー層に、さらに第２に非
磁性金属中間層、第２のピン層を積層したいわゆるデュ
アルタイプのＣＰＰ構造に本発明を適用してもよい。デ
ュアルタイプのＣＰＰ構造では２つのピン層の一部ある
いはすべてがハーフメタルからなることが望ましい。
用いてもよい。中間金属非磁性層の一部にハーフメタル
層を挿入する構成、フリー層、非磁性金属中間層、ピン
層からなる積層ユニットの外側にハーフメタル層を挿入
する構成、フリー層と非磁性金属中間層の中間にハーフ
メタル層を挿入する構成、ピン層と非磁性金属中間層の
中間にハーフメタル層を挿入する構成が挙げられる。ピ
ン層、非磁性金属中間層、フリー層に、さらに第２に非
磁性金属中間層、第２のピン層を積層したいわゆるデュ
アルタイプのＣＰＰ構造に本発明を適用してもよい。デ
ュアルタイプのＣＰＰ構造では２つのピン層の一部ある
いはすべてがハーフメタルからなることが望ましい。
【００２０】本発明のハーフメタル磁性層は、ピンホー
ル領域が１５％以下の連続層であることがハーフメタル
で得られる効果を有効に引き出すために望ましい。
ル領域が１５％以下の連続層であることがハーフメタル
で得られる効果を有効に引き出すために望ましい。
【００２１】本発明によると、ハーフメタル磁性膜は金
属磁性膜に比べて比較的大きな抵抗を有するので（絶縁
体よりははるかに金属的だが）、適度な抵抗値のＣＰＰ
素子が実現できる。その結果、大きな抵抗変化率と適度
な素子抵抗の両立が可能になり、大きな再生信号、低ノ
イズ、および高周波特性に優れた再生出力特性が得られ
る。ハーフメタルを用いたスピンバルブＣＰＰ素子で
は、従来の極薄酸化層を挿入したスピンバルブＣＰＰ素
子と異なりピンホールを利用するものではなく、その結
果ピン固着と大きな抵抗変化率が両立でき、量産制御性
に優れ実用化に適する。
属磁性膜に比べて比較的大きな抵抗を有するので（絶縁
体よりははるかに金属的だが）、適度な抵抗値のＣＰＰ
素子が実現できる。その結果、大きな抵抗変化率と適度
な素子抵抗の両立が可能になり、大きな再生信号、低ノ
イズ、および高周波特性に優れた再生出力特性が得られ
る。ハーフメタルを用いたスピンバルブＣＰＰ素子で
は、従来の極薄酸化層を挿入したスピンバルブＣＰＰ素
子と異なりピンホールを利用するものではなく、その結
果ピン固着と大きな抵抗変化率が両立でき、量産制御性
に優れ実用化に適する。
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００２２】図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気
抵抗効果素子の主要部断面構造を表す模式図である。す
なわち、同図は、磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして
用いる場合の媒体対向面に対して平行な方向の断面図で
ある。
抵抗効果素子の主要部断面構造を表す模式図である。す
なわち、同図は、磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして
用いる場合の媒体対向面に対して平行な方向の断面図で
ある。
【００２３】同図に表したように、本発明の磁気抵抗効
果素子は、下部電極１１１の上に、下地層１２、外部信
号磁界による磁化が応答するフリー層１３、非磁性中間
層１４、外部信号磁界に対して実質上磁化が動かないピ
ン層１５、磁気結合中間層１６、反強磁性層１７、保護
膜１８が順次積層された磁気抵抗効果膜を有する。保護
膜１８は、上部電極１１２の形成などに際して反強磁性
層１７の特性劣化などの問題がなければ、特に必要な
い。
果素子は、下部電極１１１の上に、下地層１２、外部信
号磁界による磁化が応答するフリー層１３、非磁性中間
層１４、外部信号磁界に対して実質上磁化が動かないピ
ン層１５、磁気結合中間層１６、反強磁性層１７、保護
膜１８が順次積層された磁気抵抗効果膜を有する。保護
膜１８は、上部電極１１２の形成などに際して反強磁性
層１７の特性劣化などの問題がなければ、特に必要な
い。
【００２４】この磁気抵抗効果膜の上には、上部電極１
１２が形成される。そして、電極１１１および１１２を
通じてセンス電流Ｉがこの積層体の膜面に対して垂直方
向に通電される。
１２が形成される。そして、電極１１１および１１２を
通じてセンス電流Ｉがこの積層体の膜面に対して垂直方
向に通電される。
【００２５】本具体例においては、ピン層１５は、ハー
フメタルからなることを特徴とする。本願明細書におい
て、「ハーフメタル」とは、そこを通過できる電子は一
方のスピンを有するものに限定され、他方のスピンを有
する電子は殆ど通過できない性質を有するものを意味す
る。
フメタルからなることを特徴とする。本願明細書におい
て、「ハーフメタル」とは、そこを通過できる電子は一
方のスピンを有するものに限定され、他方のスピンを有
する電子は殆ど通過できない性質を有するものを意味す
る。
【００２６】本具体例の場合は、ピン層１５を構成する
「ハーフメタル」は、概ねアップスピンを有する電子の
みを通過させ、ダウンスピンを有する電子は殆ど通過で
きない性質を有する磁性体を意味する。その材料として
は、具体的には、Ｆｅ３Ｏ４のような鉄酸化物、ＣｒＯ
２のようなＣｒ酸化物、ＬｒＳｒＭｎＯのようなマンガ
ナイトを挙げることができる。
「ハーフメタル」は、概ねアップスピンを有する電子の
みを通過させ、ダウンスピンを有する電子は殆ど通過で
きない性質を有する磁性体を意味する。その材料として
は、具体的には、Ｆｅ３Ｏ４のような鉄酸化物、ＣｒＯ
２のようなＣｒ酸化物、ＬｒＳｒＭｎＯのようなマンガ
ナイトを挙げることができる。
【００２７】ハーフメタルを成膜する方法としては、例
えばＦｅ３Ｏ４酸化物を例にとると、Ｆｅ３Ｏ４を主成
分とするターゲットを用いてスパッタする方法や、Ｆｅ
やＦｅ基合金を酸素雰囲気中で反応性スパッタする方法
を挙げることができる。また、ＦｅあるいはＦｅにＣｏ
などを加えたＦｅ基合金を成膜した後に、原子状酸素、
ラジカル酸素あるいは酸素イオンビーム照射を用いて酸
化する方法も挙げることができる。
えばＦｅ３Ｏ４酸化物を例にとると、Ｆｅ３Ｏ４を主成
分とするターゲットを用いてスパッタする方法や、Ｆｅ
やＦｅ基合金を酸素雰囲気中で反応性スパッタする方法
を挙げることができる。また、ＦｅあるいはＦｅにＣｏ
などを加えたＦｅ基合金を成膜した後に、原子状酸素、
ラジカル酸素あるいは酸素イオンビーム照射を用いて酸
化する方法も挙げることができる。
【００２８】ハーフメタルからなるピン層１５の膜厚
は、０．５〜５ｎｍが望ましく、できる限り連続な酸化
膜を形成することが望ましい。メタル状のピンホール領
域を１５％を超えて含むと、ピンホールを通過する電子
の伝導現象が支配的となり、本発明による抵抗変化増大
効果が損なわれるからである。
は、０．５〜５ｎｍが望ましく、できる限り連続な酸化
膜を形成することが望ましい。メタル状のピンホール領
域を１５％を超えて含むと、ピンホールを通過する電子
の伝導現象が支配的となり、本発明による抵抗変化増大
効果が損なわれるからである。
【００２９】ピン層１５の磁化は、通常のスピンバルブ
ＧＭＲと同様に、その上の反強磁性層１７（例えば、Ｐ
ｔＭｎ、ＩｒＭ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎなどにより構
成される）によって一方向に固着される。ピン層１５の
磁化固着効果を上げるためには、反強磁性層１７とピン
層１５との間に、磁気結合中間層１６を挿入することが
望ましい。磁気結合中間層１６の材料としては、例え
ば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを主成分とする強磁性合金を
用いることができる。また、その層厚は、０．１〜３ｎ
ｍ程度と極力薄いことがピン層１５の磁化を抑制するた
めに必要とされる。
ＧＭＲと同様に、その上の反強磁性層１７（例えば、Ｐ
ｔＭｎ、ＩｒＭ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎなどにより構
成される）によって一方向に固着される。ピン層１５の
磁化固着効果を上げるためには、反強磁性層１７とピン
層１５との間に、磁気結合中間層１６を挿入することが
望ましい。磁気結合中間層１６の材料としては、例え
ば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを主成分とする強磁性合金を
用いることができる。また、その層厚は、０．１〜３ｎ
ｍ程度と極力薄いことがピン層１５の磁化を抑制するた
めに必要とされる。
【００３０】また、磁気結合中間層１６としては、スピ
ンバルブＧＭＲに採用される積層フェリ型の強磁性体層
／Ｒｕ（ルテニウム）層／強磁性体層からなる積層構成
もピン磁化を抑制するために好ましい。この積層構成に
おいては、Ｒｕ層を介して上下の強磁性体層は反強磁性
結合する。ここで、ピン層１５と接する側の強磁性体層
は、Ｒｕ層の反強磁性結合が十分発揮できれば必要な
い。
ンバルブＧＭＲに採用される積層フェリ型の強磁性体層
／Ｒｕ（ルテニウム）層／強磁性体層からなる積層構成
もピン磁化を抑制するために好ましい。この積層構成に
おいては、Ｒｕ層を介して上下の強磁性体層は反強磁性
結合する。ここで、ピン層１５と接する側の強磁性体層
は、Ｒｕ層の反強磁性結合が十分発揮できれば必要な
い。
【００３１】また、ピン層１５と非磁性金属中間層１４
の間に、非磁性金属中間層１４よりもハーフメタルピン
層１５との界面でアップスピン電子が散乱され難い磁性
層を挿入すると、抵抗変化量の増大がより顕著になる。
例えば、ピン層１５の材料としてＦｅ３Ｏ４ハーフメタ
ルを用いる場合には、Ｆｅを含む磁性層をピン層１５と
中間層１４との間に挿入するとよい。
の間に、非磁性金属中間層１４よりもハーフメタルピン
層１５との界面でアップスピン電子が散乱され難い磁性
層を挿入すると、抵抗変化量の増大がより顕著になる。
例えば、ピン層１５の材料としてＦｅ３Ｏ４ハーフメタ
ルを用いる場合には、Ｆｅを含む磁性層をピン層１５と
中間層１４との間に挿入するとよい。
【００３２】フリー層１３の材料としては、例えば、Ｃ
ｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ合金を用いることがで
きる。また、これらの合金層の積層体を用いることもで
きるる。その積層構造としては、例えば、ＮｉＦｅ／Ｃ
ｏＦｅ、 ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ、 ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ
／ＮｉＦｅ、 ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどを挙
げることができる。
ｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ合金を用いることがで
きる。また、これらの合金層の積層体を用いることもで
きるる。その積層構造としては、例えば、ＮｉＦｅ／Ｃ
ｏＦｅ、 ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ、 ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ
／ＮｉＦｅ、 ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどを挙
げることができる。
【００３３】また、フリー層１３として、これらの合金
と非磁性層との積層体を用いることもできる。その積層
構造としては、例えば、ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ、
ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅなどを
挙げることができる。この場合、非磁性層との界面散乱
が大きいＣｏ系合金では、Ｎｉ系合金に比べて非磁性層
との積層効果がより期待できる。
と非磁性層との積層体を用いることもできる。その積層
構造としては、例えば、ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ、
ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅなどを
挙げることができる。この場合、非磁性層との界面散乱
が大きいＣｏ系合金では、Ｎｉ系合金に比べて非磁性層
との積層効果がより期待できる。
【００３４】フリー層１３の全膜厚は、０．５〜７ｎｍ
の範囲にあることが望ましい。
の範囲にあることが望ましい。
【００３５】下地層１２は、その上のフリー層１３やピ
ン層１５の結晶性を改善する機能や、さらに界面の平滑
性を高める機能などを有する材料により形成することが
望ましい。このような材料としては、例えば、ＮｉＦｅ
Ｃｒ合金を挙げることがてきる。図示は省略したが、下
地層１２とフリー層１３との間に低抵抗の非磁性層（例
えば、Ｃｕ層など）を挿入してもよい。
ン層１５の結晶性を改善する機能や、さらに界面の平滑
性を高める機能などを有する材料により形成することが
望ましい。このような材料としては、例えば、ＮｉＦｅ
Ｃｒ合金を挙げることがてきる。図示は省略したが、下
地層１２とフリー層１３との間に低抵抗の非磁性層（例
えば、Ｃｕ層など）を挿入してもよい。
【００３６】非磁性中間層１４は、ピン層１５とフリー
層１３との磁気結合を遮断する役割を有し、さらにピン
層１５からフリー層１３へ流れるアップスピン電子が散
乱されないような非磁性中間層１４／ピン層１５の界面
を形成する役割を有することが必要である。非磁性中間
層１４の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒ
ｅ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｒ
ｈ、Ｐｔなどを用いることができる。その膜厚は、フリ
ー層１３とピン層１５との間の磁気結合が十分に遮断で
きる程度に厚く、ピン層１５からのアップスピン電子が
散乱されない程度に薄いことが必要であり、材料に異な
るが概ね０．５〜５ｎｍの範囲にあることが望ましい。
層１３との磁気結合を遮断する役割を有し、さらにピン
層１５からフリー層１３へ流れるアップスピン電子が散
乱されないような非磁性中間層１４／ピン層１５の界面
を形成する役割を有することが必要である。非磁性中間
層１４の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒ
ｅ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｒ
ｈ、Ｐｔなどを用いることができる。その膜厚は、フリ
ー層１３とピン層１５との間の磁気結合が十分に遮断で
きる程度に厚く、ピン層１５からのアップスピン電子が
散乱されない程度に薄いことが必要であり、材料に異な
るが概ね０．５〜５ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００３７】以上詳述したような各要素により磁気抵抗
効果素子を形成し、ハーフメタルからなるピン層１５を
介して、主にアップスピン電子をフリー層１３へ注入す
るように上下電極１１１、１１２間に電圧を印加する。
すると、そのアップスピン電子は、フリー層１３の磁化
がピン層１５と同方向の場合には散乱されず低抵抗とな
るのに対して、フリー層１３の磁化がピン層１５と反平
行向きになると磁気的散乱を受けて抵抗が高くなる。
効果素子を形成し、ハーフメタルからなるピン層１５を
介して、主にアップスピン電子をフリー層１３へ注入す
るように上下電極１１１、１１２間に電圧を印加する。
すると、そのアップスピン電子は、フリー層１３の磁化
がピン層１５と同方向の場合には散乱されず低抵抗とな
るのに対して、フリー層１３の磁化がピン層１５と反平
行向きになると磁気的散乱を受けて抵抗が高くなる。
【００３８】その結果として、通常のメタル系のＣＰＰ
−ＧＭＲに比べて、抵抗変化率の大幅な増大が実現でき
る。さらに、通常のメタル系のＣＰＰ−ＧＭＲに比べて
伝導を担う電子の数が少ないので抵抗を増大することが
可能となる。つまり、大きな抵抗変化が実現でき、大き
な再生出力が得られる磁気ヘッドが実現できる。
−ＧＭＲに比べて、抵抗変化率の大幅な増大が実現でき
る。さらに、通常のメタル系のＣＰＰ−ＧＭＲに比べて
伝導を担う電子の数が少ないので抵抗を増大することが
可能となる。つまり、大きな抵抗変化が実現でき、大き
な再生出力が得られる磁気ヘッドが実現できる。
【００３９】一方、本発明の磁気抵抗効果素子は、ＴＭ
Ｒ素子と異なり、トンネル現象特有のショットノイズを
生じない。したがって、大きな再生出力に加えて高Ｓ／
Ｎ比での再生が可能となる。
Ｒ素子と異なり、トンネル現象特有のショットノイズを
生じない。したがって、大きな再生出力に加えて高Ｓ／
Ｎ比での再生が可能となる。
【００４０】ここで、本発明において大きな抵抗変化を
得るためには、アップスピン電子は散乱されず、ダウン
スピン電子のみがフリー層１３の磁化方向に応じて散乱
されることが望ましく、そのためには、フリー層１３の
周辺は良好な結晶欠陥の少ない良好な結晶性（例えば、
結晶配向性が良好であることなど）を実現することが必
要である。図１に例示したいわゆる「トップタイプ」
は、酸化物ピン層１５を成膜する前にフリー層１３の周
辺の薄膜を成膜形成できるので、フリー層１３の周辺の
結晶成長制御が容易であるというメリットを有する。
得るためには、アップスピン電子は散乱されず、ダウン
スピン電子のみがフリー層１３の磁化方向に応じて散乱
されることが望ましく、そのためには、フリー層１３の
周辺は良好な結晶欠陥の少ない良好な結晶性（例えば、
結晶配向性が良好であることなど）を実現することが必
要である。図１に例示したいわゆる「トップタイプ」
は、酸化物ピン層１５を成膜する前にフリー層１３の周
辺の薄膜を成膜形成できるので、フリー層１３の周辺の
結晶成長制御が容易であるというメリットを有する。
【００４１】さらに、本発明によれば以下の効果も期待
できる。すなわち、通常のメタル系ＣＰＰ−ＧＭＲで
は、スピン依存散乱を十分に大きくするためには、ピン
層やフリー層が厚くなってしまうが、本発明では、スピ
ン分極に優れたハーフメタルを用いるので物理的膜厚を
薄くでき、狭いギャップに適する。さらに、ハーフメタ
ルでは飽和磁化が小さいので、ピン層１５の磁気膜厚を
小さくすることができる。その結果として、十分なピン
固着が可能になり、記録密度の向上、すなわち素子の微
細化により必要となる高いピン固着の要求に応えること
が可能となる。
できる。すなわち、通常のメタル系ＣＰＰ−ＧＭＲで
は、スピン依存散乱を十分に大きくするためには、ピン
層やフリー層が厚くなってしまうが、本発明では、スピ
ン分極に優れたハーフメタルを用いるので物理的膜厚を
薄くでき、狭いギャップに適する。さらに、ハーフメタ
ルでは飽和磁化が小さいので、ピン層１５の磁気膜厚を
小さくすることができる。その結果として、十分なピン
固着が可能になり、記録密度の向上、すなわち素子の微
細化により必要となる高いピン固着の要求に応えること
が可能となる。
【００４２】次に、本発明の磁気抵抗効果素子の他の具
体例について説明する。
体例について説明する。
【００４３】図２は、本発明の磁気抵抗効果素子の第２
の具体例の要部断面構造を表す模式図である。すなわ
ち、同図も、磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用い
る場合の媒体対向面に対して平行な方向の断面図であ
る。図２については、図１に関して前述したものと同様
の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
の具体例の要部断面構造を表す模式図である。すなわ
ち、同図も、磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用い
る場合の媒体対向面に対して平行な方向の断面図であ
る。図２については、図１に関して前述したものと同様
の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４４】本具体例の磁気抵抗効果素子１０Ｂは、図
１に例示したものと積層の順序が逆転している。すなわ
ち、下部電極１１１の上に、下地層１２、反強磁性層１
７、磁気結合中間層１６、ピン層１５、非磁性中間層１
４、フリー層１３、保護膜１８が順次積層された磁気抵
抗効果膜が形成されている。そして、その上に上部電極
１１２が形成されている。このように積層順序を逆にし
ても、図１に関して前述したものと同様な効果が得られ
る。
１に例示したものと積層の順序が逆転している。すなわ
ち、下部電極１１１の上に、下地層１２、反強磁性層１
７、磁気結合中間層１６、ピン層１５、非磁性中間層１
４、フリー層１３、保護膜１８が順次積層された磁気抵
抗効果膜が形成されている。そして、その上に上部電極
１１２が形成されている。このように積層順序を逆にし
ても、図１に関して前述したものと同様な効果が得られ
る。
【００４５】また、本具体例の場合、フリー層１３が上
側に積層されるので、そのパターニングが容易であり、
幅や形状の制御を確実に実施できるというメリットがあ
る。
側に積層されるので、そのパターニングが容易であり、
幅や形状の制御を確実に実施できるというメリットがあ
る。
【００４６】次に、本発明の磁気抵抗効果素子の第３の
具体例について説明する。
具体例について説明する。
【００４７】図３は、本具体例の磁気抵抗効果素子の要
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図である。図３について
は、図１乃至図２に関して前述したものと同様の要素に
は同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図である。図３について
は、図１乃至図２に関して前述したものと同様の要素に
は同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】本具体例の磁気抵抗効果素子１０Ｃは、図
２に表した磁気抵抗効果素子１０Ｂのフリー層１３の上
にさらに、第２の非磁性金属中間層１９、ピン層１５と
同様なハーフメタルからなる第２のピン層２０、磁気結
合中間層１６と同様な第２の磁気結合中間層２１、反強
磁性層１７と同様な第２の反強磁性層２１、保護膜１８
が順次積層された構造を有する。
２に表した磁気抵抗効果素子１０Ｂのフリー層１３の上
にさらに、第２の非磁性金属中間層１９、ピン層１５と
同様なハーフメタルからなる第２のピン層２０、磁気結
合中間層１６と同様な第２の磁気結合中間層２１、反強
磁性層１７と同様な第２の反強磁性層２１、保護膜１８
が順次積層された構造を有する。
【００４９】本具体例の磁気抵抗効果素子１０Ｃは、２
つのハーフメタルピン層１５、２０を備えることにより
電子のスピンによる選択性がさらに高くなり、抵抗変化
量の増大はより顕著になる。その結果として、さらに高
感度の磁気検出が可能となる。
つのハーフメタルピン層１５、２０を備えることにより
電子のスピンによる選択性がさらに高くなり、抵抗変化
量の増大はより顕著になる。その結果として、さらに高
感度の磁気検出が可能となる。
【００５０】次に、本発明の磁気抵抗効果素子の第４の
具体例について説明する。
具体例について説明する。
【００５１】図４は、本具体例の磁気抵抗効果素子の要
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図３
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図３
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
【００５２】本具体例の磁気抵抗効果素子１０Ｄにおい
ては、フリー層１３にハーフメタルが用いられている。
すなわち、下部電極１１１の上に、下地層１２、反強磁
性層１７、磁気結合中間層１６、ピン層１５、非磁性中
間層１４、アシストフリー層１３１、ハーフメタルから
なるフリー層１３、保護膜１８が順次積層された磁気抵
抗効果膜が形成されている。そして、その上に上部電極
１１２が形成されている。
ては、フリー層１３にハーフメタルが用いられている。
すなわち、下部電極１１１の上に、下地層１２、反強磁
性層１７、磁気結合中間層１６、ピン層１５、非磁性中
間層１４、アシストフリー層１３１、ハーフメタルから
なるフリー層１３、保護膜１８が順次積層された磁気抵
抗効果膜が形成されている。そして、その上に上部電極
１１２が形成されている。
【００５３】本具体例においては、フリー層１３の材料
としてハーフメタルを用いることにより、アップスピン
電子のみを選択的に通過させ、前述したものと同様に磁
気抵抗変化を増大できる。
としてハーフメタルを用いることにより、アップスピン
電子のみを選択的に通過させ、前述したものと同様に磁
気抵抗変化を増大できる。
【００５４】また、ハーフメタルとして用いる材料は、
軟磁気特性（磁界応答性）が十分に高くない場合もあ
る。そこで、本具体例においては、外部信号磁界による
磁化応答をアシストするためのアシストフリー層１３１
を積層し、磁界応答性を改善している。アシストフリー
層１３１の材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃ
ｏＦｅなどの軟磁性合金を用いることができる。
軟磁気特性（磁界応答性）が十分に高くない場合もあ
る。そこで、本具体例においては、外部信号磁界による
磁化応答をアシストするためのアシストフリー層１３１
を積層し、磁界応答性を改善している。アシストフリー
層１３１の材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃ
ｏＦｅなどの軟磁性合金を用いることができる。
【００５５】また、本具体例において、フリー層１３と
ともにピン層１５にもハーフメタルを採用しても良い。
ともにピン層１５にもハーフメタルを採用しても良い。
【００５６】次に、本発明の磁気抵抗効果素子の第５の
具体例について説明する。
具体例について説明する。
【００５７】図５は、本具体例の磁気抵抗効果素子の要
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図４
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図４
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
【００５８】本具体例の磁気抵抗効果素子１０Ｅにおい
ても、フリー層１３にハーフメタルが用いられている。
但し、本具体例の場合は、図４に表した素子１０Ｄとは
アシストフリー層１３１の位置が異なり、保護膜１８と
ハーフメタルからなるフリー層１３との間に挿入されて
いる。このようにアシストフリー層１３１を配置しても
前述したものと同様の効果が得られる。
ても、フリー層１３にハーフメタルが用いられている。
但し、本具体例の場合は、図４に表した素子１０Ｄとは
アシストフリー層１３１の位置が異なり、保護膜１８と
ハーフメタルからなるフリー層１３との間に挿入されて
いる。このようにアシストフリー層１３１を配置しても
前述したものと同様の効果が得られる。
【００５９】また、本具体例においても、フリー層１３
とともにピン層１５にもハーフメタルを採用しても良
い。
とともにピン層１５にもハーフメタルを採用しても良
い。
【００６０】次に、本発明の磁気抵抗効果素子の第６の
具体例について説明する。
具体例について説明する。
【００６１】図６は、本具体例の磁気抵抗効果素子の要
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図５
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図５
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
【００６２】本具体例の磁気抵抗効果素子１０Ｆにおい
ては、金属中間層にハーフメタルが挿入されている。す
なわち、磁気抵抗効果素子１０Ｆは、下部電極１１１の
上に、下地層１２、反強磁性層１７、ピン層１５、第１
非磁性金属中間層１４１、ハーフメタル層１４２、第２
非磁性金属中間層１４３、フリー層１３、保護膜１８が
順次積層された磁気抵抗効果膜が形成されている。そし
て、その上に上部電極１１２が形成されている。
ては、金属中間層にハーフメタルが挿入されている。す
なわち、磁気抵抗効果素子１０Ｆは、下部電極１１１の
上に、下地層１２、反強磁性層１７、ピン層１５、第１
非磁性金属中間層１４１、ハーフメタル層１４２、第２
非磁性金属中間層１４３、フリー層１３、保護膜１８が
順次積層された磁気抵抗効果膜が形成されている。そし
て、その上に上部電極１１２が形成されている。
【００６３】このように、非磁性金属中間層の間にハー
フメタルからなる層を設けることによっても、アップス
ピン電子のみを選択的に通過させ、前述したものと同様
に磁気抵抗変化を増大できる。
フメタルからなる層を設けることによっても、アップス
ピン電子のみを選択的に通過させ、前述したものと同様
に磁気抵抗変化を増大できる。
【００６４】また、図示した具体例の他にも、例えば、
図７に例示したように、フリー層１３と中間層１４との
間にハーフメタルからなる層３００を設けても良い。ま
た、図８に例示したように、中間層１４とピン層１５と
の間にハーフメタルからなる層３００を設けても良い。
図７に例示したように、フリー層１３と中間層１４との
間にハーフメタルからなる層３００を設けても良い。ま
た、図８に例示したように、中間層１４とピン層１５と
の間にハーフメタルからなる層３００を設けても良い。
【００６５】さらに、これら図６乃至図８に例示した構
造を組み合わせても良い。つまり、ハーフメタルからな
る層をスピンバルブ構造の磁気抵抗効果膜の各層の間に
適宜挿入しても良い。
造を組み合わせても良い。つまり、ハーフメタルからな
る層をスピンバルブ構造の磁気抵抗効果膜の各層の間に
適宜挿入しても良い。
【００６６】またさらに、これら具体例において、フリ
ー層１３やピン層１５にもハーフメタルを採用しても良
い。
ー層１３やピン層１５にもハーフメタルを採用しても良
い。
【００６７】次に、本発明の磁気抵抗効果素子の第９の
具体例について説明する。
具体例について説明する。
【００６８】図９は、本具体例の磁気抵抗効果素子の要
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図６
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
部断面構造を表す模式図である。すなわち、同図も、磁
気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いる場合の媒体対
向面に対して平行な方向の断面図であり、図１乃至図６
に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
【００６９】本具体例においては、ハーフメタルとハー
フメタル的性質を有しない高抵抗層の両者が設けられて
いる。
フメタル的性質を有しない高抵抗層の両者が設けられて
いる。
【００７０】すなわち、磁気抵抗効果素子１０Ｇは、下
部電極１１１の上に、下地層１２、反強磁性層１７、磁
気結合中間層１６、ハーフメタルからなるピン層１５、
非磁性金属中間層１４、フリー層１３、中間層２５、信
号磁界による磁化が応答するフリー層１３、高抵抗層２
６、保護膜１８が順次積層された磁気抵抗効果膜が形成
されている。そして、その上に上部電極１１２が形成さ
れた構造を有する。
部電極１１１の上に、下地層１２、反強磁性層１７、磁
気結合中間層１６、ハーフメタルからなるピン層１５、
非磁性金属中間層１４、フリー層１３、中間層２５、信
号磁界による磁化が応答するフリー層１３、高抵抗層２
６、保護膜１８が順次積層された磁気抵抗効果膜が形成
されている。そして、その上に上部電極１１２が形成さ
れた構造を有する。
【００７１】電極１１１および１１２を通じてセンス電
流がこの積層体の膜面に対して垂直方向に通電される。
本具体例においては、ハーフメタルからなるピン層１５
と非磁性金属中間層１４との界面、および中間層２５と
高抵抗層２６との界面での電子反射効果のために、電子
がハーフメタルピン層１５と高抵抗層２６との間に閉じ
込められ易くなり、大きな抵抗変化が得られる。
流がこの積層体の膜面に対して垂直方向に通電される。
本具体例においては、ハーフメタルからなるピン層１５
と非磁性金属中間層１４との界面、および中間層２５と
高抵抗層２６との界面での電子反射効果のために、電子
がハーフメタルピン層１５と高抵抗層２６との間に閉じ
込められ易くなり、大きな抵抗変化が得られる。
【００７２】高抵抗層２６は、酸化物、窒化物、炭化
物、あるいは弗化物などにより形成することができ、よ
り具体的には、Ｔａ（タンタル）酸化物やＣｒ（クロ
ム）酸化物、あるいはアルミナなどを用いることが望ま
しい。
物、あるいは弗化物などにより形成することができ、よ
り具体的には、Ｔａ（タンタル）酸化物やＣｒ（クロ
ム）酸化物、あるいはアルミナなどを用いることが望ま
しい。
【００７３】また、本具体例において、高抵抗層２６を
電子反射効果の高い層に置き換えても良い。電子反射効
果の高い層の材料としては、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ
（銀）などを挙げることができ、より詳しくは、本発明
者らによる特許出願（特願２００１−３２１１７１号）
において詳細に開示されている。
電子反射効果の高い層に置き換えても良い。電子反射効
果の高い層の材料としては、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ
（銀）などを挙げることができ、より詳しくは、本発明
者らによる特許出願（特願２００１−３２１１７１号）
において詳細に開示されている。
【００７４】次に、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載し
た磁気再生装置について説明する。すなわち、図１乃至
図９に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるい
は磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッド
アセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載する
ことができる。
た磁気再生装置について説明する。すなわち、図１乃至
図９に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるい
は磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッド
アセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載する
ことができる。
【００７５】図１０は、このような磁気記録再生装置の
概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発
明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエ
ータを用いた形式の装置である。同図において、磁気記
録用媒体ディスク２００は、スピンドル１５２に装着さ
れ、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答す
る図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本
発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク
２００を備えたものとしてもよい。
概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発
明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエ
ータを用いた形式の装置である。同図において、磁気記
録用媒体ディスク２００は、スピンドル１５２に装着さ
れ、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答す
る図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本
発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク
２００を備えたものとしてもよい。
【００７６】また、媒体ディスク２００は、記録ビット
の磁化方向がディスク面と略平行ないわゆる「面内記録
方式」のものでも良く、あるいは、記録ビットの磁化方
向がディスク面に対して略垂直な「垂直記録方式」のも
のでも良い。
の磁化方向がディスク面と略平行ないわゆる「面内記録
方式」のものでも良く、あるいは、記録ビットの磁化方
向がディスク面に対して略垂直な「垂直記録方式」のも
のでも良い。
【００７７】媒体ディスク２００に格納する情報の記録
再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペン
ション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘ
ッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実
施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッド
をその先端付近に搭載している。
再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペン
ション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘ
ッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実
施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッド
をその先端付近に搭載している。
【００７８】媒体ディスク２００が回転すると、ヘッド
スライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク
２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あ
るいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆ
る「接触走行型」であってもよい。
スライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク
２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あ
るいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆ
る「接触走行型」であってもよい。
【００７９】サスペンション１５４は、図示しない駆動
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイ
ルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビ
ン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコ
イルを挟み込むように対向して配置された永久磁石およ
び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイ
ルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビ
ン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコ
イルを挟み込むように対向して配置された永久磁石およ
び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００８０】アクチュエータアーム１５５は、スピンド
ル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベ
アリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６
により回転摺動が自在にできるようになっている。
ル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベ
アリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６
により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００８１】図１１は、アクチュエータアーム１５５か
ら先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡
大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１
６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有
するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエー
タアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続
されている。サスペンション１５４の先端には、図１乃
至図９に関して前述したような本発明の磁気抵抗効果素
子あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３
が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の
書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、こ
のリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれ
た磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図
中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッド
である。
ら先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡
大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１
６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有
するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエー
タアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続
されている。サスペンション１５４の先端には、図１乃
至図９に関して前述したような本発明の磁気抵抗効果素
子あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３
が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の
書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、こ
のリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれ
た磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図
中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッド
である。
【００８２】本発明によれば、図１乃至図７に関して前
述したような磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具
備することにより、従来よりも大幅に高い記録密度で磁
気記録媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を
確実に読みとることが可能となる。
述したような磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具
備することにより、従来よりも大幅に高い記録密度で磁
気記録媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を
確実に読みとることが可能となる。
【００８３】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効
果膜を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その
他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状や材質に
関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することに
より本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることがで
きる限り、本発明の範囲に包含される。
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効
果膜を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その
他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状や材質に
関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することに
より本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることがで
きる限り、本発明の範囲に包含される。
【００８４】また、磁気抵抗効果素子における反強磁性
層、ピン層、スペーサ層、フリー層などの構成要素は、
それぞれ単層として形成してもよく、あるいは２以上の
層を積層した構造としてもよい。
層、ピン層、スペーサ層、フリー層などの構成要素は、
それぞれ単層として形成してもよく、あるいは２以上の
層を積層した構造としてもよい。
【００８５】また、本発明の磁気抵抗効果素子を再生用
磁気ヘッドに適用する際に、これと隣接して書き込み用
の磁気ヘッドを設けることにより、記録再生一体型の磁
気ヘッドが得られる。
磁気ヘッドに適用する際に、これと隣接して書き込み用
の磁気ヘッドを設けることにより、記録再生一体型の磁
気ヘッドが得られる。
【００８６】さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の
磁気記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のもので
も良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リ
ムーバブル」方式のものでも良い。
磁気記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のもので
も良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リ
ムーバブル」方式のものでも良い。
【００８７】さらに、本発明による磁気抵抗効果素子
は、トランジスタ／ダイオード等と組み合わせて、ある
いは単独で、磁気情報を記憶する「磁気メモリセル」を
構成することができる。つまり、本発明は、磁気メモリ
セルを集積化した「磁気メモリ装置（ＭＲＡＭ）」にも
適用可能である。
は、トランジスタ／ダイオード等と組み合わせて、ある
いは単独で、磁気情報を記憶する「磁気メモリセル」を
構成することができる。つまり、本発明は、磁気メモリ
セルを集積化した「磁気メモリ装置（ＭＲＡＭ）」にも
適用可能である。
【００８８】その他、本発明の実施の形態として上述し
た磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者
が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の
範囲に属する。
た磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者
が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の
範囲に属する。
【００８９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明よれば、ス
ピンバルブ構造を有する垂直通電型の磁気抵抗効果素子
の磁気抵抗効果膜にハーフメタルからなる磁性層を挿入
することにより、大きな抵抗変化量、低ノイズ、優れた
高周波応答性など、従来のＴＭＲや金属系スピンバルブ
構造の垂直通電型磁気抵抗効果素子では実現できなった
特性が併せて実現できる。
ピンバルブ構造を有する垂直通電型の磁気抵抗効果素子
の磁気抵抗効果膜にハーフメタルからなる磁性層を挿入
することにより、大きな抵抗変化量、低ノイズ、優れた
高周波応答性など、従来のＴＭＲや金属系スピンバルブ
構造の垂直通電型磁気抵抗効果素子では実現できなった
特性が併せて実現できる。
【００９０】その結果として、高周波応答性に優れ、高
出力で高いＳ／Ｎを有する磁気ヘッド、およびそれを搭
載した磁気再生装置を提供することが可能となり産業上
のメリットは多大である。
出力で高いＳ／Ｎを有する磁気ヘッド、およびそれを搭
載した磁気再生装置を提供することが可能となり産業上
のメリットは多大である。
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子
の要部断面構造を表す模式図である。
の要部断面構造を表す模式図である。
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子の第２の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の第３の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の第４の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図５】本発明の磁気抵抗効果素子の第５の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子の第６の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図７】本発明の磁気抵抗効果素子の第７の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子の第８の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図９】本発明の磁気抵抗効果素子の第９の具体例の要
部断面構造を表す模式図である。
部断面構造を表す模式図である。
【図１０】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示
する要部斜視図である。
する要部斜視図である。
【図１１】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘ
ッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。
ッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。
１０Ａ〜１０Ｇ 磁気抵抗効果素子
１２ 下地層
１３ フリー層
１４ 非磁性金属中間層
１５ ピン層
１６ 磁気結合中間層
１７ 反強磁性層
１８ 保護膜
１９ 非磁性金属中間層
２０ ピン層
２１ 反強磁性層
２１ 磁気結合中間層
２５ 中間層
２６ 高抵抗層
１１１ 下部電極
１１２ 上部電極
１３１ アシストフリー層
１４１ 非磁性金属中間層
１４２ ハーフメタル層
１４３ 非磁性金属中間層
１５０ 磁気記録再生装置
１５２ スピンドル
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ スピンドル
１６０ 磁気ヘッドアッセンブリ
１６４ リード線
２００ 磁気記録媒体ディスク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉川 将寿
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 湯浅 裕美
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究発センター内
(72)発明者 福澤 英明
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究発センター内
(72)発明者 佐橋 政司
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65
5D034 BA02 BA03 CA04
5E049 BA12 CB02 DB14
Claims (9)
- 【請求項１】磁化方向が実質的に一方向に固着された磁
性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対
応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁
化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金
属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流
を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続さ
れた一対の電極と、 を備え、 前記磁気抵抗効果膜は、ハーフメタルを主成分とした磁
性層を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】前記ハーフメタルは、自発磁化を有する鉄
酸化物、自発磁化を有するクロム酸化物、及び自発磁化
を有するマンガン酸化物の少なくともいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】前記ハーフメタルは、Ｆｅ３Ｏ４酸化物、
ＣｒＯ２酸化物、及びマンガナイトの少なくともいずれ
かであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項４】前記ハーフメタルを主成分とした磁性層
は、ピンホールの面積比が１５％以下の連続層であるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁
気抵抗効果素子。 - 【請求項５】前記ハーフメタルを主成分とした磁性層
は、前記磁化自由層と前記磁化固着層の少なくともいず
れかに含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１つに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】前記磁化自由層は、前記ハーフメタルを主
成分とした磁性層と、前記磁性層よりも外部磁界に対し
て磁化方向が敏感に変化する強磁性層と、を含むことを
特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項７】前記ハーフメタルを主成分とした磁性層
は、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられ
たことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気
抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項９】請求項８記載の磁気ヘッドを備え、磁気記
録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能とし
たことを特徴とする磁気再生装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001190512A JP3590006B2 (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置 |
| US10/178,023 US7190558B2 (en) | 2001-06-22 | 2002-06-24 | Magnetoresistive effect element, magnetic head and magnetic reproducing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001190512A JP3590006B2 (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003008103A true JP2003008103A (ja) | 2003-01-10 |
| JP3590006B2 JP3590006B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=19029273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001190512A Expired - Fee Related JP3590006B2 (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7190558B2 (ja) |
| JP (1) | JP3590006B2 (ja) |
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| JP2003324225A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Nec Corp | 積層フェリ型磁性薄膜並びにそれを使用した磁気抵抗効果素子及び強磁性トンネル素子 |
| KR100548997B1 (ko) * | 2003-08-12 | 2006-02-02 | 삼성전자주식회사 | 다층박막구조의 자유층을 갖는 자기터널 접합 구조체들 및이를 채택하는 자기 램 셀들 |
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