JP2003023189A - スピンバルブ型薄膜素子およびそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイアス導電層を備え、前記バイアス導電層
に電流を印加することによりフリー磁性層の変動磁化の
方向を制御することができ、耐熱性、信頼性に優れ、ア
シンメトリーの小さいスピンバルブ型薄膜素子を提供す
ること。 【解決手段】 基板上に、反強磁性層２と、固定磁性層
３と、前記固定磁性層３に非磁性導電層４を介して形成
されたフリー磁性層５と、ハードバイアス層と、固定磁
性層３と非磁性導電層４とフリー磁性層５に検出電流ｉ
１を与える導電層８と、前記フリー磁性層５の変動磁化
Ｈｆ１方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ１１と、
前記導電層８および前記バイアス導電層Ｂ１１に電流を
供給する電流供給手段１５とを少なくとも備えたスピン
バルブ型薄膜素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層の固定
磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の変動
磁化方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型
薄膜素子およびそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄
膜磁気ヘッドに関し、とくに、バイアス導電層を備え、
前記バイアス導電層に電流を印加することによりフリー
磁性層の変動磁化方向を制御することができ、耐熱性、
信頼性に優れ、アシンメトリーの小さいスピンバルブ型
薄膜素子およびそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄
膜磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気低
抗効果を示すＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅ
ｓｉｓｔｉｖｅ）素子の一種であり、ハードディスクな
どの記録媒体から記録磁界を検出するものである。前記
スピンバルブ型薄膜素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構
造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高
く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有して
いる。前記スピンバルブ型薄膜素子には、シングルスピ
ンバルブ型薄膜素子と、デュアルスピンバルブ型薄膜素
子とがある。

【０００３】図２１は、従来のスピンバルブ型薄膜素子
の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示
した断面図である。図２１に示すスピンバルブ型薄膜素
子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー
磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシン
グルスピンバルブ型薄膜素子である。このスピンバルブ
型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の
移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩
れ磁界の方向は、Ｙ方向である。

【０００４】図２１において符号１０は、基板上に形成
されたＴａ（タンタル）などからなる下地層を示してい
る。この下地層１０の上には、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合
金、ＮｉＭｎ合金などからなる反強磁性層２０が形成さ
れている。さらに、前記反強磁性層２０の上には、Ｃ
ｏ、ＮｉＦｅ合金などからなる固定磁性層３０が形成さ
れている。前記固定磁性層３０は、前記反強磁性層２０
に接して形成されることにより、前記固定磁性層３０と
反強磁性層２０との界面にて交換結合磁界（交換異方性
磁界）が発生し、前記固定磁性層３０の固定磁化は、例
えば、図示Ｙ方向に固定されている。

【０００５】前記固定磁性層３０の上には、Ｃｕなどで
形成された非磁性導電層４０が形成され、さらに前記非
磁性導電層４０の上には、前記固定磁性層３０と同様の
材質などからなるフリー磁性層５０が形成されている。
図２１に示すように下地層１０から保護層７０までの積
層体の両側には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルトー白
金）合金で形成されたハードバイアス層６０，６０が形
成されている。前記ハードバイアス層６０，６０が図示
Ｘ１方向と反対方向に磁化されていることで、前記フリ
ー磁性層５０の変動磁化が図示Ｘ１方向と反対方向に揃
えられている。これにより、前記フリー磁性層５０の変
動磁化と前記固定磁性層３０の固定磁化とが交差する関
係となっている。なお、符号７０は、Ｔａなどで形成さ
れた保護層を示し、符号８０は、Ｃｕなどで形成され、
固定磁性層３０と非磁性導電層４０とフリー磁性層５０
に検出電流を与える導電層を示している。

【０００６】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ
１方向と反対方向に揃えられた前記フリー磁性層５０の
変動磁化が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁
性層３０の固定磁化との関係で電気抵抗が変化し、この
電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体か
らの洩れ磁界が検出される。

【０００７】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
フリー磁性層５０の変動磁化と固定磁性層３０の固定磁
化との関係は、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリー
の小さいものとするため、９０度に近いほど好ましい。
しかしながら、このスピンバルブ型薄膜素子では、フリ
ー磁性層５０の変動磁化の方向が、固定磁性層３０の静
磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界により傾いて、９
０度になり難いという不都合があった。

【０００８】例えば、図２２に示すように、固定磁性層
３０の静磁結合磁界Ｈｐ４の方向と前記検出電流ｉ４の
電流磁界Ｈｉ４の方向とが同じ方向（アシスト方向）で
ある場合、フリー磁性層５０の変動磁化Ｈｆ１０は、前
記静磁結合磁界Ｈｐ４および前記電流磁界Ｈｉ４の方
向、すなわち前記静磁結合磁界Ｈｐ４と前記電流磁界Ｈ
ｉ４との合成磁化モーメントの方向に傾いて、変動磁化
Ｈｆ１１とされる。

【０００９】また、例えば、図２３に示すように、固定
磁性層３０の静磁結合磁界Ｈｐ５の方向と前記検出電流
ｉ５の電流磁界Ｈｉ５の方向とが異なる方向（アゲイン
スト方向）であり、前記静磁結合磁界Ｈｐ５が前記電流
磁界Ｈｉ５よりも大きい場合、フリー磁性層５０の変動
磁化Ｈｆ２０は、前記静磁結合磁界Ｈｐ５の方向、すな
わち前記静磁結合磁界Ｈｐ５と前記電流磁界Ｈｉ５との
合成磁化モーメントの方向に傾いて、変動磁化Ｈｆ２１
とされる。

【００１０】さらにまた、例えば、図２４に示すよう
に、固定磁性層３０の静磁結合磁界Ｈｐ６の方向と前記
検出電流ｉ６の電流磁界Ｈｉ６の方向とが異なる方向
（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界Ｈｐ６
が前記電流磁界Ｈｉ６よりも小さい場合、フリー磁性層
５０の変動磁化Ｈｆ３０は、前記電流磁界Ｈｉ６の方
向、すなわち前記静磁結合磁界Ｈｐ６と前記電流磁界Ｈ
ｉ６との合成磁化モーメントの方向に傾いて、変動磁化
Ｈｆ３１とされる。

【００１１】図２２〜図２４に示すように、前記フリー
磁性層５０の変動磁化の方向が傾くと、フリー磁性層５
０の変動磁化の方向と固定磁性層３０の固定磁化の方向
とが９０度にならないため、耐熱性や信頼性が十分に得
られないことや、アシンメトリーが大きくなり、記録媒
体からの信号の処理が不正確になることが問題となって
いた。

【００１２】図２５は、従来のスピンバルブ型薄膜素子
の他の例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を
示した断面図である。このスピンバルブ型薄膜素子は、
フリー磁性層を中心として、その上下に非磁性導電層、
固定磁性層、反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆ
るデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。このデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層／非磁性
導電層／固定磁性層の３層の組合わせが２組存在するた
め、図２１に示したシングルスピンバルブ型薄膜素子と
比べて、大きな抵抗変化率を期待でき、高密度記録化に
対応できるものとなっている。このスピンバルブ型薄膜
素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方
向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界
の方向は、Ｙ方向である。

【００１３】図２５に示すスピンバルブ型薄膜素子は、
下から下地層４１、反強磁性層４２、固定磁性層（下）
４３、非磁性導電層４４、フリー磁性層４５、非磁性導
電層４６、固定磁性層４７（上）、反強磁性層４８、保
護層４９の順で積層されている。なお、図２５に示すよ
うに下地層４１から保護層４９までの積層体の両側に
は、ハードバイアス層３２、３２と導電層３３、３３が
形成されている。このスピンバルブ型薄膜素子において
は、下地層４１、反強磁性層４２、４８、固定磁性層４
３、４７、非磁性導電層４４、４６、フリー磁性層４
５、ハードバイアス層３２、導電層３３、保護層４９
は、図２１〜図２４に示すシングルスピンバルブ型薄膜
素子と同様の材質などで形成されている。

【００１４】このスピンバルブ型薄膜素子において、前
記固定磁性層４３、４７は、前記反強磁性層４２、４８
と接して形成されることにより、前記固定磁性層４３、
４７と反強磁性層４２、４８との界面にて交換結合磁界
（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層４３、４
７の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されてい
る。また、前記ハードバイアス層３２、３２が図示Ｘ１
方向と反対方向に磁化されていることで、前記フリー磁
性層４５の変動磁化が図示Ｘ１方向と反対方向に揃えら
れている。これにより、前記フリー磁性層４５の変動磁
化と前記固定磁性層４３、４７の固定磁化とが交差する
関係となっている。

【００１５】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ
１方向と反対方向に揃えられた前記フリー磁性層４５の
変動磁化が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁
性層４３、４７の固定磁化との関係で電気抵抗が変化
し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記
録媒体からの洩れ磁界が検出される。

【００１６】このようなスピンバルブ型薄膜素子におい
ても、フリー磁性層４５の変動磁化と固定磁性層４３、
４７の固定磁化との関係は、耐熱性、信頼性に優れ、ア
シンメトリーの小さいものとするため、９０度に近いほ
ど好ましい。

【００１７】しかしながら、このようなスピンバルブ型
薄膜素子においては、図２６に示すように、フリー磁性
層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向は、固定磁性層４３、
４７の静磁結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０により、前記静
磁結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０の方向に傾いて、変動磁
化Ｈｆ４１とされるという不都合があった。すなわち、
このスピンバルブ型薄膜素子では、検出電流ｉ４０、ｉ
５０の電流磁界Ｈｉ４０、Ｈｉ５０は、図２６に示すよ
うに、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０に対してそ
れぞれ反対の方向に作用し、互いに打ち消し合うため、
フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向に影響を与
えにくいが、固定磁性層４３、４７の静磁結合磁界Ｈｐ
４０、Ｈｐ５０は、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４
０に対して同じ方向に作用し、フリー磁性層４５の変動
磁化Ｈｆ４０の方向に影響を与える。その結果、フリー
磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向は、前記静磁結合
磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０と前記電流磁界Ｈｉ４０、Ｈｉ
５０との合成磁化モーメントの方向、すなわち前記静磁
結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０の方向に傾いて、変動磁化
Ｈｆ４１とされる。

【００１８】図２６に示すように、フリー磁性層４５の
変動磁化Ｈｆ４１の方向が傾くと、フリー磁性層４５の
変動磁化Ｈｆ４１の方向と固定磁性層４３、４７の固定
磁化の方向とが９０度にならないため、シングルスピン
バルブ型薄膜素子の場合と同様に、耐熱性や信頼性が十
分に得られないことや、アシンメトリーが大きくなり、
記録媒体からの信号の処理が不正確になることが問題と
なっていた。

【００１９】前記フリー磁性層の変動磁化の方向の傾き
を制御する方法としては、前記検出電流を調節して電流
磁界の強さを制御し、固定磁性層の前記静磁結合磁界と
前記電流磁界との合成磁化モーメントの方向を変化させ
ることによって行う方法がある。しかしながら、この方
法は、検出電流を調節して電流磁界の強さを制御するた
め、制御できる範囲が狭く、フリー磁性層の変動磁化の
方向の傾きを制御するには不十分であった。

【００２０】また、図２２に示すような、固定磁性層３
０の静磁結合磁界Ｈｐ４の方向と前記検出電流ｉ４の電
流磁界Ｈｉ４の方向とが同じ方向（アシスト方向）であ
るスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層５０の変動磁
化Ｈｆ１０の方向を制御することは困難であった。さら
に、図２３に示すような、固定磁性層３０の静磁結合磁
界Ｈｐ５の方向と前記検出電流ｉ５の電流磁界Ｈｉ５の
方向とが異なる方向（アゲインスト方向）であり、前記
静磁結合磁界Ｈｐ５が前記電流磁界Ｈｉ５よりも大きい
スピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層５０の変動磁化
Ｈｆ２０の方向を制御することも困難であった。さらに
また、図２６に示すような、検出電流ｉ４０、ｉ５０の
電流磁界Ｈｉ４０、Ｈｉ５０がフリー磁性層４５の変動
磁化Ｈｆ４０に対してそれぞれ反対の方向に働き、互い
に打ち消し合うデュアルスピンバルブ型薄膜素子のフリ
ー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向を制御すること
も困難であった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
鑑みてなされたもので、このような問題を解決し、バイ
アス導電層を備え、前記バイアス導電層に電流を印加す
ることによりフリー磁性層の変動磁化の方向を制御する
ことができ、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの
小さいスピンバルブ型薄膜素子を提供することを課題と
している。さらに、このスピンバルブ型薄膜素子を備え
た薄膜磁気ヘッドを提供することを課題としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反
強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反
強磁性層との交換結合磁界により固定磁化方向が固定さ
れる固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介
して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の変
動磁化方向を前記固定磁性層の固定磁化方向と交差する
方向に揃えるためのハードバイアス層と、固定磁性層と
非磁性導電層とフリー磁性層に検出電流を与える導電層
と、前記フリー磁性層の変動磁化方向を制御するための
バイアス導電層と、前記導電層および前記バイアス導電
層に電流を供給する電流供給手段とを少なくとも備え、
前記バイアス導電層と前記非磁性導電層の間に前記フリ
ー磁性層が形成されてなることを特徴とする。

【００２３】このようなスピンバルブ型薄膜素子は、フ
リー磁性層の変動磁化方向を制御するためのバイアス導
電層を備えたものであるので、前記バイアス導電層に電
流を印加することにより、フリー磁性層の変動磁化の方
向を制御することができる。すなわち、フリー磁性層の
変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結合磁
界や前記検出電流の電流磁界を、前記バイアス導電層の
電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の
方向を制御することができるため、耐熱性、信頼性が良
好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄
膜素子とすることができる。ここでのアシンメトリーと
は、再生出力波形の非対称性の度合いを示すものであ
り、図２７に示す再生出力波形が与えられた場合、アシ
ンメトリーをＡｓｙｍ、マイナス出力をＴＡＡ−、プラ
ス出力をＴＡＡ＋としたとき、以下の数式（ｉ）によっ
て定義される。 Ａｓｙｍ（％）＝｛（ＴＡＡ＋）−（ＴＡＡ−）｝／
｛（ＴＡＡ＋）＋（ＴＡＡ−）｝×１００ したがって、アシンメトリーが０に近づくほど再生出力
波形が対称性に優れていることになる。前記アシンメト
リーは、フリー磁性層の変動磁化の方向と固定磁性層の
固定磁化の方向とが直交しているとき０となる。アシン
メトリーが大きくずれるとメディアからの情報の読みと
りが正確にできなくなり、エラーの原因となる。このた
め、前記アシンメトリーが小さいものほど、再生信号処
理の信頼性が向上することとなり、スピンバルブ型薄膜
素子として優れたものとなる。

【００２４】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非磁
性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデュ
アル構造とされてなるものとしてもよい。このようなス
ピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層／非
磁性導電層／固定磁性層の３層の組み合わせを２組有す
るものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と比較
して、大きな△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高密度記
録化に対応できるものとすることができる。

【００２５】また、前記バイアス導電層の非磁性導電層
側に絶縁層が形成されてなることが好ましい。これによ
り、シャントロスの発生を防ぐことができる。

【００２６】さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記バイアス導電層に電流を印加して、フリ
ー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結
合磁界と前記検出電流の電流磁界との合成磁化モーメン
トの方向と、反対方向の電流磁界が形成されてなるもの
とすることが望ましい。このようなスピンバルブ型薄膜
素子とすることで、フリー磁性層の変動磁化の方向に影
響を与える前記静磁結合磁界と前記電流磁界との合成磁
化モーメントを、前記合成磁化モーメントと反対方向と
なるように形成された前記バイアス導電層の電流磁界に
より打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望
の方向に補正することができる。

【００２７】さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素
子においては、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記
固定磁性層の静磁結合磁界の方向と、フリー磁性層の変
動磁化に作用する前記検出電流の電流磁界の方向とが同
じ方向であるとき、前記バイアス導電層に電流を印加し
て、前記検出電流の電流磁界の方向と反対方向の電流磁
界が形成されてなるものとすることが望ましい。このよ
うなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性
層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結
合磁界や前記検出電流の電流磁界を、前記静磁結合磁界
や前記電流磁界と反対方向となるように形成された前記
バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁
性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがで
きる。

【００２８】また、上記のデュアル型構造とされたスピ
ンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層に
電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前
記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁
界が形成されてなるものとすることが望ましい。このよ
うなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性
層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結
合磁界を、前記静磁結合磁界と反対方向となるように形
成された前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消し
て、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正
することができる。

【００２９】さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素
子においては、前記バイアス導電層と前記導電層とが、
直列に接続されていることが望ましい。このようなスピ
ンバルブ型薄膜素子とすることで、導電層に印加される
電流とバイアス導電層に印加される電流とを一つの電流
供給手段から供給することができ、前記電流供給手段を
別に設ける手間が少なく、容易に製造することができる
スピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。

【００３０】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記バイアス導電層と前記導電層とが、別々の
電流供給手段に接続されているものとしてもよい。この
ようなスピンバルブ型薄膜素子とした場合、バイアス導
電層に、前記検出電流と同じ方向の電流を印加する場合
でも反対方向の電流を印加する場合でも、前記バイアス
導電層と前記電流供給手段とを接続する際の手間などに
差が生じない。したがって、前記バイアス導電層に印加
される電流の方向を、前記検出電流の方向に係わらず、
自由に設定することができる。さらに、前記検出電流の
大きさに影響を与えることなく、前記バイアス導電層の
電流の大きさを自由に調節することができるため、固定
磁性層の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界による
フリー磁性層の変動磁化の方向の傾きを、十分に制御す
ることが可能である制御しうる範囲の広いスピンバルブ
型薄膜素子を得ることができる。

【００３１】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記バイアス導電層は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ
のいずれか１種からなることが望ましい。

【００３２】さらにまた、前記課題は、上記のスピンバ
ルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜
磁気ヘッドによって解決できる。このような薄膜磁気へ
ッドとすることで、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメト
リーの小さい薄膜磁気へッドとすることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のスピンバルブ型薄
膜素子の実施形態について、図面を参照して詳しく説明
する。 ［第１の実施形態］図１は、本発明の第１の実施形態の
スピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図であり、図２は、図１に示
したスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電
層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した
模式図である。本発明のスピンバルブ型薄膜素子が従来
のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、フリー磁
性層と保護層との間に、バイアス導電層が設けられてい
るところである。本発明の第１の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電
層、フリー磁性層が一層ずつ形成されたボトム型のシン
グルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。このスピン
バルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録
媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体か
らの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。

【００３４】図１において、符号１は、基板Ｋ上に設け
られ、例えば、Ｔａ（タンタル）などで形成された下地
層を示している。この下地層１の上には、反強磁性層２
が形成され、さらに前記反強磁性層２の上には、固定磁
性層３が形成されている。この固定磁性層３の上には、
非磁性導電層４が形成され、さらに、前記非磁性導電層
４の上には、フリー磁性層５が形成されている。前記フ
リー磁性層５の上には、バイアス導電層Ｂ１１が設けら
れ、前記バイアス導電層Ｂ１１の上には、Ｔａなどで形
成された保護層７が形成されている。また、符号６、６
は、ハードバイアス層を、符号８、８は、導電層を、符
号１５は、電流供給手段を示している。さらに、本発明
の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図２
に示すように、導電層８にバイアス導電層Ｂ１１が直列
に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、
他の層よりも抵抗の低い非磁性導電層４とバイアス導電
層Ｂ１１とに優先的に同じ方向の電流が供給されるよう
になっている。

【００３５】本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子において、前記反強磁性層２は、通常、３００
Å程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが
好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層２とし
て使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比
べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交
換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。また、前記Ｐ
ｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、
Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元
素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐ
ｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、
Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋ
ｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示
す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。

【００３６】また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍ
ｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７
〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好まし
くは、４７〜５７原子％の範囲である。さらにまた、
Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋
Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。
より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さら
に、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金として
は、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ま
しい。ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの
１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲で
あることが望ましい。前記反強磁性層２として、上記し
た適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理
することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層
２を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれ
ば、８００（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、前記
交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極め
て高い優れた反強磁性層２を得ることができる。

【００３７】前記固定磁性層３は、強磁性体の薄膜から
なり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合
金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、４０
Å程度の厚さとされることが好ましい。また、前記非磁
性導電層４は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表され
る非磁性体からなり、通常、２０〜４０Å程度の厚さに
形成されている。

【００３８】前記フリー磁性層５は、通常、８０Å程度
の厚さとされ、前記固定磁性層３と同様の材質などで形
成されることが好ましい。非磁性導電層４を固定磁性層
３とフリー磁性層５とで挟む構造の巨大磁気抵抗効果発
生機構では、固定磁性層３とフリー磁性層５とを同種の
材質で構成する方が、異種の材質で構成するよりも、伝
導電子のスピン依存散乱以外の因子が生じる可能性が低
く、より高い磁気抵抗効果を得ることが可能である。

【００３９】前記ハードバイアス層６、６は、通常、３
００Å程度の厚さとされ、Ｃｏ−Ｐｔ合金などで形成さ
れることが好ましい。また、Ｃｏ−Ｐｔ合金以外に、Ｃ
ｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−ク
ロム−タンタル）合金で形成してもよい。また、導電層
８、８は、例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで
形成されることが好ましい。さらに、前記バイアス導電
層Ｂ１１は、前記導電層８、８と同様の材質などで形成
されることが好ましい。

【００４０】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子におい
ては、前記反強磁性層２が、固定磁性層３に接して形成
され、磁場中でアニール（熱処理）を施すことにより、
反強磁性層２と固定磁性層３との界面にて、交換結合磁
界（交換異方性磁界）が発生し、例えば、図１に示すよ
うに、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１が図示Ｙ方向に固定
されている。

【００４１】また、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ
１は、前記ハードバイアス層６，６が、図示Ｘ１方向と
反対方向に磁化されていることで、図１および図２に示
すように、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられている。
そして、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆと、前記固
定磁性層３の固定磁化Ｐ１とが直交する関係とされてい
る。

【００４２】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
前記導電層８、８からフリー磁性層５、非磁性導電層
４、固定磁性層３に検出電流ｉ１が与えられる。そし
て、図２に示すように、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈ
ｐ１の方向と検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１の方向と
が、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に対して、同じ方
向（アシスト方向）となっている。

【００４３】また、前記バイアス導電層Ｂ１１に与えら
れる前記検出電流ｉ１と同じ方向（図示Ｘ１と反対方
向）の電流Ｂｉ２の電流磁界ＢＨｉ２は、図２に示すよ
うに、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に対して、固定
磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１および検出電流ｉ１の電
流磁界Ｈｉ１の方向と反対方向となっている。フリー磁
性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用するバイアス導電層Ｂ１
１からの電流磁界ＢＨｉ２は、前記変動磁化Ｈｆ１に作
用する前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記電流磁界Ｈｉ１と
の合成磁気モーメントと同等程度の大きさとされること
が好ましい。また、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁
界ＢＨｉ２の大きさは、バイアス導電層Ｂ１１の膜厚を
変化させて抵抗を変えることによって変化する電流Ｂｉ
２の強さによって調節されることが好ましい。

【００４４】また、電流供給手段１５としては、前記検
出電流ｉ１およびバイアス導電層Ｂ１１に与えられる電
流Ｂｉ２として、適した電流を供給することができれば
どのような電流供給手段でもよく、特に限定されない。

【００４５】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
記録媒体から図１および図２に示す図示Ｙ方向に磁界が
与えられると、フリー磁性層５の変動磁化は、図示Ｘ１
方向と反対方向からＹ方向に変動する。このときの非磁
性導電層４とフリー磁性層５との界面、および非磁性導
電層４と固定磁性層３との界面で、スピンに依存した伝
導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、
記録媒体からの洩れ磁界が検出される。

【００４６】このようなスピンバルブ型薄膜素子を製造
するには、まず、下から下地層１、反強磁性層２、固定
磁性層３、非磁性導電層４、フリー磁性層５、バイアス
導電層Ｂ１１、保護層７を成膜し、成膜後の工程におい
て、アニール（熱処理）を施す。ここでのアニールは、
１９０〜２９０℃程度の温度で行うことが好ましい。前
記温度を１９０℃未満とした場合、反強磁性層２を形成
するＸ−Ｍｎの式で示される合金あるいはＸ’ーＰｔ−
Ｍｎの式で示される合金の規則化に支障をきたすため好
ましくない。一方、２９０℃を越える温度とした場合、
反強磁性層２以外の層に悪影響を与える恐れが生じる。
ついで、保護層７上にリフトオフレジストを形成し、前
記リフトオフレジストに覆われていない部分をイオンミ
リングにより除去し、積層体とする。続いて、記録媒体
との対向面側から見た前記積層体の両側に、ハードバイ
アス層６、６、導電層８、８を順次成膜し、前記リフト
オフレジストを除去する。さらに、電流供給手段１５と
導電層８とを電気的に接続するとともに、前記導電層８
とバイアス導電層Ｂ１１とを、前記導電層８からの検出
電流ｉ１の方向と、バイアス導電層Ｂ１１に与えられる
電流Ｂｉ２の方向とが同じ方向となるように接続する方
法によって得られる。

【００４７】このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前
記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御するた
めのバイアス導電層Ｂ１１を備えたものであるので、前
記バイアス導電層Ｂ１１に電流Ｂｉ２を印加することに
より、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御す
ることができる。

【００４８】以下、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１
と、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１、検出電流ｉ１
の電流磁界Ｈｉ１、前記バイアス導電層Ｂ１１からの電
流磁界ＢＨｉ２との関係について詳しく説明する。フリ
ー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向は、記録媒体からの
洩れ磁界の他に、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１
と、検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１と、前記バイアス導
電層Ｂ１１に与えられる電流Ｂｉ２の電流磁界ＢＨｉ２
により変動する。

【００４９】固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出
電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１は、フリー磁性層５の変動磁
化Ｈｆ１を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記電流磁界Ｈ
ｉ１との合成磁気モーメントの方向（図示Ｙ方向と反対
方向）に向けて、図２において符号Ｈｆａで示す方向に
傾けようと作用する。一方、バイアス導電層Ｂ１１から
の電流磁界ＢＨｉ２は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ
１を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１および前記電流磁界Ｈｉ
１の方向と反対方向（図示Ｙ方向）に向けようと作用す
る。このため、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用
する前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記電流磁界Ｈｉ１との
合成磁気モーメントは、バイアス導電層Ｂ１１からの電
流磁界ＢＨｉ２によって打ち消される。したがって、フ
リー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１は、前記静磁結合磁界Ｈ
ｐ１と前記検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合成磁気
モーメントの方向に傾かず、図示Ｘ１方向と反対方向に
揃えられる。

【００５０】このように、前記バイアス導電層Ｂ１１に
電流Ｂｉ２を印加することにより、固定磁性層３の静磁
結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合
成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ２を形成
し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用
する前記合成磁気モーメントを打ち消して、フリー磁性
層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向
を、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向
に揃えることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシン
メトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とする
ことができる。

【００５１】さらに、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１
に作用するバイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ
２を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記検出電流ｉ１の電
流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと同等程度の大き
さとすることで、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作
用する前記合成磁気モーメントを十分に打ち消すことが
できるとともに、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界
ＢＨｉ２が必要以上に大きくなり、変動磁化Ｈｆ１を前
記電流磁界ＢＨｉ２の方向に傾けてしまうことを防止す
ることができる。したがって、フリー磁性層５の変動磁
化Ｈｆ１の方向を、より確実にかつ簡単に固定磁性層３
の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向に揃えることがで
きる。

【００５２】また、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁
界ＢＨｉ２の大きさを、バイアス導電層Ｂ１１に与えら
れる電流Ｂｉ２の強さや、バイアス層Ｂ１１の膜厚を変
えて抵抗を変化させることにより電流Ｂｉ２の大きさを
調節することで、前記電流磁界ＢＨｉ２とフリー磁性層
５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメント
とを、容易に同等程度の大きさとすることができる。こ
のため、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、容易に制
御することができ、前記変動磁化Ｈｆ１の方向と固定磁
性層３の固定磁化Ｐ１の方向とを、簡単に直交する方向
に揃えることができる。

【００５３】さらにまた、このようなスピンバルブ型薄
膜素子では、前記バイアス導電層Ｂ１１と前記導電層８
とが直列に接続されているので、導電層８に印加される
電流、すなわち検出電流ｉ１となる電流と、バイアス導
電層Ｂ１１に印加される電流Ｂｉ２とを、一つの電流供
給手段１５から供給することができ、別々の電流供給手
段１５から供給されるもの比較して、前記電流供給手段
１５を設ける手間が少なく、容易に製造することができ
るとともに、小型のスピンバルブ型薄膜素子を得ること
ができる。

【００５４】また、反強磁性層２に、Ｘ−Ｍｎの式で示
される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金
を用いたスピンバルブ型薄膜素子とすることで、前記反
強磁性層２に従来から使用されているＮｉＯ合金、Ｆｅ
Ｍｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較して、
交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、
さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するス
ピンバルブ型薄膜素子とすることができる。

【００５５】さらに、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金また
はＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金のＸまたはＸ’
＋Ｐｔを３７〜６３原子％の好ましい範囲であるものと
することで、より一層良好な交換結合磁界を得ることが
でき、耐食性に優れたものが得られ、抵抗変化率をより
向上させることができる。

【００５６】本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においては、上述したように、非磁性導電層４
の厚さ方向上下に、固定磁性層３とフリー磁性層５をそ
れぞれ単層構造として設けたが、これらを複数構造とし
てもよい。

【００５７】巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非
磁性導電層４と固定磁性層３とフリー磁性層５との界面
で生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。
Ｃｕなどからなる前記非磁性導電層４に対し、スピン依
存散乱が大きな組み合わせとして、Ｃｏ層が例示でき
る。このため、固定磁性層３をＣｏ以外の材料で形成し
た場合、固定磁性層３の非磁性導電層４側の部分を図１
の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層３ａで形成すること
が好ましい。また、フリー磁性層５をＣｏ以外の材料で
形成した場合も固定磁性層３の場合と同様に、フリー磁
性層５の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示
すように薄いＣｏ層５ａで形成することが好ましい。

【００５８】［第１の参考形態］図３は、本発明の概念
を補足説明するための第１の参考形態のスピンバルブ型
薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を
示した断面図であり、図４は、図３に示したスピンバル
ブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性
層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第１の
実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、
図３および図４に示すように、バイアス導電層Ｂ１２
が、反強磁性層２の固定磁性層３と反対側の面に絶縁層
Ｇ１を介して形成されているところである。前記絶縁層
Ｇ１は、例えば、アルミナ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ
Ｎなどで形成されることが好ましい。

【００５９】本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図４に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ１
２とが導体１２Ｂによって直列に接続され、電流供給手
段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイア
ス導電層Ｂ１２とに１８０度反対方向の電流が供給され
るようになっている。

【００６０】図４に示すスピンバルブ型薄膜素子におい
ても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制
御するためのバイアス導電層Ｂ１２を備えたものである
ので、前記バイアス導電層Ｂ１２に電流Ｂｉ３を印加す
ることにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向
を制御することができる。すなわち、前記バイアス導電
層Ｂ１２に電流Ｂｉ３を印加することにより、図１およ
び図２に示す第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子
と同様に、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出電
流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと反対
方向の電流磁界ＢＨｉ３を形成し、これによりフリー磁
性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメ
ントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ１の方向を制御す
ることができる。したがって、フリー磁性層５の変動磁
化Ｈｆ１を、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交
する方向に揃えることができる。

【００６１】さらに、図４に示すスピンバルブ型薄膜素
子においては、前記反強磁性層２とバイアス導電層Ｂ１
２との間に絶縁層Ｇ１が設けられているので、シャント
ロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバルブ型薄
膜素子とすることができる。

【００６２】［第２の実施形態］図５は、本発明におけ
る第２の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性
層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁
化方向を示した模式図である。本発明の第２の実施形態
のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第１の実施形態の
スピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図５に示す
ように、バイアス導電層Ｂ１３とフリー磁性層５との間
に絶縁層Ｇ２が設けられているところである。

【００６３】本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図５に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ１
２とが導体１２Ｃによって直列に接続され、電流供給手
段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイア
ス導電層Ｂ１２とに同じ方向の電流が供給されるように
なっている。

【００６４】図５に示すスピンバルブ型薄膜素子におい
ても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制
御するためのバイアス導電層Ｂ１３を備えたものである
ので、前記バイアス導電層Ｂ１３に電流Ｂｉ４を印加す
ることにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向
を制御することができる。すなわち、前記バイアス導電
層Ｂ１３に電流Ｂｉ４を印加することにより、図４に示
す第１の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、
固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ１の電
流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと反対方向の電流
磁界ＢＨｉ４を形成し、これによりフリー磁性層５の変
動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメントを打ち
消して、前記変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することがで
きる。したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１
を、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向
に揃えることができる。

【００６５】さらに、図５に示すスピンバルブ型薄膜素
子においては、バイアス導電層Ｂ１３とフリー磁性層５
との間に絶縁層Ｇ２が設けられているので、シャントロ
スが発生しない優れたスピンバルブ型薄膜素子とするこ
とができる。

【００６６】［第２の参考形態］図６は、第２の参考形
態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電
層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した
模式図である。本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
は、図１〜図５に示したスピンバルブ型薄膜素子と、固
定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向を逆にして形成したボ
トム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。本参
考形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、図６に示
すように、反強磁性層２の下に、前記反強磁性層２と接
してバイアス導電層Ｂ２０が設けられている。

【００６７】本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図６に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ２
０とが直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８
を介して、他の層よりも抵抗の低い非磁性導電層４とバ
イアス導電層Ｂ２０とに優先的に同じ方向の電流が供給
されるようになっている。

【００６８】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
図６に示すように、フリー磁性層５に作用する固定磁性
層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２の方向と検出電流ｉ２の電
流磁界Ｈｉ２の方向とが、フリー磁性層５の変動磁化Ｈ
ｆ２に対して、異なる方向（アゲインスト方向）となっ
ている。そして、前記静磁結合磁界Ｈｐ２が、前記電流
磁界Ｈｉ２よりも大きくなっている。

【００６９】また、前記バイアス導電層Ｂ２０に与えら
れる前記検出電流ｉ２と同じ方向（図示Ｘ１方向と反対
方向）の電流Ｂｉ５の電流磁界ＢＨｉ５は、図６に示す
ように、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に対して、固
定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２の方向と反対方向と
なっている。フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に与えら
れるバイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５は、
前記変動磁化Ｈｆ２に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ２
と前記検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モー
メントと同等程度の大きさとされることが好ましい。ま
た、バイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５の大
きさは、バイアス導電層Ｂ２０に与えられる電流Ｂｉ５
の強さや、バイアス導電層Ｂ２０の膜厚を変化させて抵
抗を変えることにより電流Ｂｉ５を調節することによっ
て調節されることが好ましい。

【００７０】このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前
記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御するた
めのバイアス導電層Ｂ２０を備えたものであるので、前
記バイアス導電層Ｂ２０に電流Ｂｉ５を印加することに
より、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御す
ることができる。

【００７１】以下、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２
と、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２、検出電流ｉ
２の電流磁界Ｈｉ２、前記バイアス導電層Ｂ２０からの
電流磁界ＢＨｉ５との関係について詳しく説明する。フ
リー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向は、記録媒体から
の洩れ磁界の他に、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ
２と、検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２と、前記バイアス
導電層Ｂ２０に与えられる電流Ｂｉ５の電流磁界ＢＨｉ
５により変動する。

【００７２】固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２は、
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、前記静磁結合磁界
Ｈｐ２の方向（図示Ｙ方向）に向けて、図６において符
号Ｈｆｂで示す方向に傾けようと作用する。また、検出
電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２は、フリー磁性層５の変動磁
化Ｈｆ２を、前記静磁結合磁界Ｈｐ２と反対の方向（図
示Ｙ方向と反対方向）に傾けようと作用する。図６に示
すスピンバルブ型薄膜素子では、前記静磁結合磁界Ｈｐ
２が、前記電流磁界Ｈｉ２よりも大きくなっている。し
たがって、前記静磁結合磁界Ｈｐ２と前記電流磁界Ｈｉ
２との合成磁気モーメントは、フリー磁性層５の変動磁
化Ｈｆ２を、前記合成磁気モーメントの方向、すなわち
前記静磁結合磁界Ｈｐ２の方向（図示Ｙ方向）に向け
て、符号Ｈｆｂで示す方向に傾けようと作用する。

【００７３】一方、バイアス導電層Ｂ２０からの電流磁
界ＢＨｉ５は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、前
記合成磁気モーメントの方向と反対方向（図示Ｙ方向と
反対方向）に向けようと作用する。このため、フリー磁
性層５の変動磁化Ｈｆ２に作用する前記静磁結合磁界Ｈ
ｐ２と前記電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントは、
バイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５によって
打ち消される。したがって、変動磁化Ｈｆ２は、前記静
磁結合磁界Ｈｐ２と前記検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２
との合成磁気モーメントの方向に傾かず、図示Ｘ１方向
と反対方向に揃えられる。

【００７４】このように、前記バイアス導電層Ｂ２０に
電流Ｂｉ５を印加することにより、固定磁性層１３の静
磁結合磁界Ｈｐ２と検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２との
合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ５を形
成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に作
用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動
磁化Ｈｆ２の方向を制御することができる。したがっ
て、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、固定磁性層１
３の固定磁化Ｐ２の方向と直交する方向に揃えることが
でき、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さ
い優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。

【００７５】また、前記バイアス導電層Ｂ２０が、反強
磁性層２と接して形成されてなるスピンバルブ型薄膜素
子とすることで、バイアス導電層Ｂ２０に電流を供給す
るための専用導電層を設ける必要がないため、容易に製
造することができる。

【００７６】［第３の参考形態］図７は、第３の参考形
態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電
層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した
模式図である。本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子が
上述した第２の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と異
なるところは、図７に示すように、反強磁性層２とバイ
アス導電層Ｂ２２との間に絶縁層Ｇ３が設けられている
ところである。

【００７７】本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図７に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ２
２とが導体１２Ｅによって直列に接続され、電流供給手
段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイア
ス導電層Ｂ２２とに同じ方向の電流が供給されるように
なっている。

【００７８】図７に示すスピンバルブ型薄膜素子におい
ても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制
御するためのバイアス導電層Ｂ２２を備えたものである
ので、前記バイアス導電層Ｂ２２に電流Ｂｉ７を印加す
ることにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向
を制御することができる。すなわち、前記バイアス導電
層Ｂ２２に電流Ｂｉ７を印加することにより、図６に示
す第２の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、
固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２と検出電流ｉ２の
電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントと反対方向の電
流磁界ＢＨｉ７を形成し、これによりフリー磁性層５の
変動磁化Ｈｆ２に作用する前記合成磁気モーメントを打
ち消して、前記変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することが
できる。したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２
を、固定磁性層１３の固定磁化Ｐ２の方向と直交する方
向に揃えることができる。

【００７９】さらに、図７に示すスピンバルブ型薄膜素
子においては、前記反強磁性層２とバイアス導電層Ｂ２
２との間に絶縁層Ｇ３が設けられているので、シャント
ロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバルブ型薄
膜素子とすることができる。

【００８０】［第３の実施形態］図８は、本発明におけ
る第３の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性
層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁
化方向を示した模式図である。本発明の第３の実施形態
のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第２の参考形態の
スピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図８に示す
ように、バイアス導電層Ｂ２３が、フリー磁性層５の非
磁性導電層４と反対側の面に絶縁層Ｇ４を介して接形成
されているところである。

【００８１】本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図８に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ１
２とが導体１２Ｆによって直列に接続され、電流供給手
段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイア
ス導電層Ｂ２３とに１８０度反対方向の電流が供給され
るようになっている。

【００８２】図８に示すスピンバルブ型薄膜素子におい
ても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制
御するためのバイアス導電層Ｂ２３を備えたものである
ので、前記バイアス導電層Ｂ２３に電流Ｂｉ８を印加す
ることにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向
を制御することができる。すなわち、前記バイアス導電
層Ｂ２３に電流Ｂｉ８を印加することにより、図８に示
す本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定
磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２と検出電流ｉ２の電流
磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁
界ＢＨｉ８を形成し、これによりフリー磁性層５の変動
磁化Ｈｆ２に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消
して、前記変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することができ
る。したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、
固定磁性層１３の固定磁化Ｐ２の方向と直交する方向に
揃えることができる。

【００８３】さらに、図８に示すスピンバルブ型薄膜素
子においては、バイアス導電層Ｂ２３とフリー磁性層５
との間に絶縁層Ｇ４が設けられているので、シャントロ
スを防ぐことができる。

【００８４】［第４の実施形態］図９は、本発明におけ
る第４の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性
層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁
化方向を示した模式図である。本発明の第４の実施形態
のスピンバルブ型薄膜素子は、上記の第２、第３の参考
形態及び第３の実施形態と同様に、図１〜図５に示した
スピンバルブ型薄膜素子と、固定磁性層３の固定磁化Ｐ
１の方向を逆にして形成したボトム型のシングルスピン
バルブ型薄膜素子である。本発明の第４の実施形態のス
ピンバルブ型薄膜素子が、上記の第１の参考形態のスピ
ンバルブ型磁気素子と異なるところは、固定磁性層２３
の静磁結合磁界Ｈｐ３が、検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ
３よりも小さいところである。

【００８５】本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図９に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ３
１とが直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８
を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ３１とに
同じ方向の電流が供給されるようになっている。

【００８６】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
図９に示すように、フリー磁性層５に作用する固定磁性
層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３の方向と検出電流ｉ３の電
流磁界Ｈｉ３の方向とが、フリー磁性層５の変動磁化Ｈ
ｆ３に対して、異なる方向（アゲインスト方向）となっ
ている。そして、前記静磁結合磁界Ｈｐ３が、前記電流
磁界Ｈｉ３よりも小さくなっている。

【００８７】また、前記バイアス導電層Ｂ３１に与えら
れる前記検出電流ｉ３と同じ方向（図示Ｘ１方向と反対
方向）の電流Ｂｉ１０の電流磁界ＢＨｉ１０は、図９に
示すように、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に対し
て、検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３と反対方向となって
いる。フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に与えられるバ
イアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０は、前記
変動磁化Ｈｆ３に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ３と前
記検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメン
トと同等程度の大きさとされることが好ましい。また、
バイアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０の大き
さは、バイアス導電層Ｂ３１に与えられる電流Ｂｉ１０
の強さ、または、バイアス導電層Ｂ３１の膜厚を変化さ
せて抵抗を変えることにより変化する電流Ｂｉ１０の強
さによって調節されることが好ましい。

【００８８】このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前
記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御するた
めのバイアス導電層Ｂ３１を備えたものであるので、前
記バイアス導電層Ｂ３１に電流Ｂｉ１０を印加すること
により、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御
することができる。

【００８９】以下、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３
と、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３、検出電流ｉ
３の電流磁界Ｈｉ３、前記バイアス導電層Ｂ３１からの
電流磁界ＢＨｉ１０との関係について詳しく説明する。
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向は、記録媒体か
らの洩れ磁界の他に、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈ
ｐ３と、検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３と、前記バイア
ス導電層Ｂ３１に与えられる電流Ｂｉ１０の電流磁界Ｂ
Ｈｉ１０により変動する。

【００９０】検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３は、フリー
磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、前記電流磁界Ｈｉ３の方
向（図示Ｙ方向と反対方向）に向けて、図９において符
号Ｈｆｃで示す方向に傾けようと作用する。また、固定
磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３は、前記変動磁化Ｈｆ
３を、前記検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３と反対の方向
（図示Ｙ方向）に傾けようと作用する。図９に示すスピ
ンバルブ型薄膜素子では、前記静磁結合磁界Ｈｐ３が、
前記検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３よりも小さくなって
いる。したがって、前記静磁結合磁界Ｈｐ３と前記電流
磁界Ｈｉ３の合成磁気モーメントは、フリー磁性層５の
変動磁化Ｈｆ３を、前記合成磁気モーメントの方向、す
なわち前記電流磁界Ｈｉ３の方向（図示Ｙ方向と反対方
向）に向けて、符号Ｈｆｃで示す方向に傾けようと作用
する。

【００９１】一方、バイアス導電層Ｂ３１からの電流磁
界ＢＨｉ１０は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、
前記静磁結合磁界Ｈｐ３と前記検出電流ｉ３の電流磁界
Ｈｉ３との合成磁気モーメントの方向と反対方向（図示
Ｙ方向）に向けようと作用する。このため、フリー磁性
層５の変動磁化Ｈｆ３に作用する前記合成磁気モーメン
トは、バイアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０
によって打ち消される。したがって、フリー磁性層５の
変動磁化Ｈｆ３は、前記合成磁気モーメントの方向に傾
かず、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。

【００９２】このように、前記バイアス導電層Ｂ３１に
電流Ｂｉ１０を印加することにより、固定磁性層２３の
静磁結合磁界Ｈｐ３と検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３と
の合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１０
を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３
に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記
変動磁化Ｈｆ３の方向を制御することができる。したが
って、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、固定磁性層
２３の固定磁化Ｐ３の方向と直交する方向に揃えること
ができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小
さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができ
る。

【００９３】［第４の参考形態］図１０は、第４の参考
形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導
電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示し
た模式図である。本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
が上述した第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と
異なるところは、図１０に示すように、バイアス導電層
Ｂ３２が、反強磁性層２の固定磁性層２３と反対側の面
に絶縁層Ｇ５を介して形成されているところである。

【００９４】本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図１０に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ
３２とが導体１２Ｈによって直列に接続され、電流供給
手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイ
アス導電層Ｂ３２とに同じ方向の電流が供給されるよう
になっている。

【００９５】図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子にお
いても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を
制御するためのバイアス導電層Ｂ３２を備えたものであ
るので、前記バイアス導電層Ｂ３２に電流Ｂｉ１１を印
加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の
方向を制御することができる。すなわち、前記バイアス
導電層Ｂ３２に電流Ｂｉ１１を印加することにより、図
９に示す第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同
様に、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３と検出電流
ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメントと反対方
向の電流磁界ＢＨｉ１１を形成し、これによりフリー磁
性層５の変動磁化Ｈｆ３に作用する前記合成磁気モーメ
ントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ３の方向を制御す
ることができる。したがって、フリー磁性層５の変動磁
化Ｈｆ３を、固定磁性層２３の固定磁化Ｐ３の方向と直
交する方向に揃えることができる。

【００９６】さらに、図１０に示す第４の参考形態のス
ピンバルブ型薄膜素子においては、前記反強磁性層２と
バイアス導電層Ｂ３２との間に絶縁層Ｇ５が設けられて
いるので、シャントロスの発生を防ぐことができる優れ
たスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。

【００９７】［第５の実施形態］図１１は、本発明にお
ける第５の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁
性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の
磁化方向を示した模式図である。本発明の第５の実施形
態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第４の実施形態
のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図１１に
示すように、バイアス導電層Ｂ３３とフリー磁性層５と
の間に絶縁層Ｇ６が設けられているところである。

【００９８】本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、図１１に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ
３３とが導体１２Ｉによって直列に接続され、電流供給
手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイ
アス導電層Ｂ３３とに同じ方向の電流が供給されるよう
になっている。

【００９９】図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子にお
いても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を
制御するためのバイアス導電層Ｂ３３を備えたものであ
るので、前記バイアス導電層Ｂ３３に電流Ｂｉ１２を印
加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の
方向を制御することができる。すなわち、前記バイアス
導電層Ｂ３３に電流Ｂｉ１２を印加することにより、図
９に示す第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同
様に、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３と検出電流
ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメントと反対方
向の電流磁界ＢＨｉ１２を形成し、これによりフリー磁
性層５の変動磁化Ｈｆ３に作用する前記合成磁気モーメ
ントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ３の方向を制御す
ることができる。したがって、フリー磁性層５の変動磁
化Ｈｆ３を、固定磁性層２３の固定磁化Ｐ３の方向と直
交する方向に揃えることができる。

【０１００】さらに、図１１に示すスピンバルブ型薄膜
素子においては、バイアス導電層Ｂ３３とフリー磁性層
５との間に絶縁層Ｇ６が設けられているので、シャント
ロスを防ぐことができる。

【０１０１】［第５の参考形態］図１７は、第５の参考
形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導
電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示し
た模式図である。本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
が、図４に示す第１の参考形態のスピンバルブ型薄膜素
子と異なるところは、導電層８からの検出電流ｉ４とバ
イアス導電層Ｂ６０に印加される電流Ｂｉ１３とが、別
々の電流供給手段１６、１７から供給されているところ
である。

【０１０２】図１７に示すスピンバルブ型薄膜素子も、
前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御する
ためのバイアス導電層Ｂ６０を備えたものであるので、
前記バイアス導電層Ｂ６０に電流Ｂｉ１３を印加するこ
とにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制
御することができる。すなわち、前記バイアス導電層Ｂ
６０に電流Ｂｉ１３を印加することにより、図４に示す
スピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層３の静磁
結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ４の電流磁界Ｈｉ４との合
成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１３を形
成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作
用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動
磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。したがっ
て、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、固定磁性層３
の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向に揃えることがで
きる。

【０１０３】また、このスピンバルブ型薄膜素子におい
ては、前記バイアス導電層Ｂ６０に印可される電流Ｂｉ
１３と検出電流Ｈｉ４とが、別々の電流供給手段１６、
１７から供給されているので、バイアス導電層Ｂ６０
に、前記検出電流Ｈｉ４と同じ方向の電流を印加する場
合でも反対方向の電流を印加する場合でも、前記バイア
ス導電層Ｂ６０と前記電流供給手段１７とを接続する際
の手間などに差が生じない。したがって、前記バイアス
導電層Ｂ６０に印加される電流の方向を、前記検出電流
Ｈｉ４の方向に係わらず、自由に設定することができ
る。さらに、前記検出電流Ｈｉ４の大きさに影響を与え
ることなく、前記バイアス導電層Ｂ６０の電流Ｂｉ１３
の大きさを自由に調節することができるため、固定磁性
層３の静磁結合磁界Ｈｐ１や前記検出電流ｉ４の電流磁
界Ｈｉ４によるフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向
の傾きを、十分に制御することが可能である制御しうる
範囲の広いスピンバルブ型薄膜素子を得ることができ
る。

【０１０４】［第６の実施形態］図１２は、本発明の第
６の実施形態のトップ型スピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面側から見た場合の構造の例を示した断面
図である。本発明の第６の実施形態のトップ型スピンバ
ルブ型薄膜素子は、図１に示した第１の実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜素子の膜構成を逆にして形成したトップ
型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。た
だし、固定磁性層の磁化方向が図１に示すスピンバルブ
型薄膜素子と逆方向となっている。このスピンバルブ型
薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移
動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ
磁界の方向は、Ｙ方向である。

【０１０５】図１２において、符号１２１は、基板Ｋ上
に設けられている下地層を示している。この下地層１２
１の上には、バイアス導電層Ｂ４０が形成され、前記バ
イアス導電層Ｂ４０の上には、フリー磁性層１２５が形
成され、さらに前記フリー磁性層１２５の上には、非磁
性導電層１２４が形成されている。この非磁性導電層１
２４の上には、固定磁性層１２３が形成され、前記固定
磁性層１２３の上には、反強磁性層１２２が形成されて
いる。さらに、前記反強磁性層１２２の上には、保護層
１２７が形成されている。また、符号１２６、１２６
は、ハードバイアス層を、符号１２８、１２８は、導電
層を、符号１５は、電流供給手段を示している。さら
に、本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子
では、導電層１２８とバイアス導電層Ｂ４０とが導体に
よって電気的に直列に接続されていることが望ましい。
また、固定磁性層１２３の磁化方向は、Ｙ方向と反対方
向に固定されている。

【０１０６】本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子では、下地層１２１、バイアス導電層Ｂ４０、
フリー磁性層１２５、非磁性導電層１２４、固定磁性層
１２３、ハードバイアス層１２６、１２６、保護層１２
７、導電層１２８、１２８の構成材料は、上述した第１
の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同等とされる。
また、反強磁性層１２２の構成材料も、上述した第１の
実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様とされるが、
良好な交換結合磁界が得られる好ましい組成範囲が若干
異なる。

【０１０７】すなわち、反強磁性層１２２を形成するＸ
−Ｍｎの式で示される合金において、Ｍｎは３７〜６３
原子％の範囲とすることが好ましく、５００（Ｏｅ）以
上の交換結合磁界が得られる４２〜４７原子％の範囲と
することがより好ましい。また、Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式
で示される合金においても、Ｍｎは３７〜６３原子％の
範囲とすることが好ましく、５００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界が得られる４２〜４７原子％の範囲とすること
がより好ましい。

【０１０８】本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、第１〜第５の実施形態と同様に、
前記フリー磁性層１２５の変動磁化の方向を制御するた
めのバイアス導電層Ｂ４０を備えたものであるので、前
記バイアス導電層Ｂ４０に電流を印加することにより、
フリー磁性層１２５の変動磁化の方向を制御することが
できる。

【０１０９】図１２に示したスピンバルブ型薄膜素子の
固定磁性層１２３の固定磁化の方向がＹ方向と反対方向
に形成され、固定磁性層１２３の静磁結合磁界の方向と
前記検出電流の電流磁界の方向とが同じ方向（アシスト
方向）となっている場合、前記バイアス導電層Ｂ４０に
前記検出電流と同一方向の電流を印加することにより、
前記静磁結合磁界および前記検出電流の電流磁界の方向
と反対方向の電流磁界を形成する。

【０１１０】すなわち、前記バイアス導電層Ｂ４０に電
流を印加することにより、固定磁性層１２３の静磁結合
磁界と検出電流の電流磁界との合成磁気モーメントと反
対方向の電流磁界を形成し、これによりフリー磁性層１
２５の変動磁化に作用する前記合成磁気モーメントを打
ち消して、前記変動磁化の方向を制御することができ
る。したがって、フリー磁性層１２５の変動磁化を、固
定磁性層１２３の固定磁化の方向と直交する方向に揃え
ることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリ
ーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることが
できる。

【０１１１】また、図１２に示したトップ型のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、第１の実施形態の模式図を矢印Ａ方
向、すなわち背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上
下を逆にした状態に等しくなる。すなわち、基板の上に
フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層
の順に形成したトップ型のスピンバルブ型薄膜素子の模
式図は、基板の上に反強磁性層、固定磁性層、非磁性導
電層、フリー磁性層の順に形成したボトム型のスピンバ
ルブ型薄膜素子の模式図を背面方向から見て、かつＺ方
向に平行な上下を逆にした状態に等しくなるものであ
る。

【０１１２】したがって、図１２では、バイアス導電層
Ｂ４０とフリー磁性層１２５との間に絶縁層は形成され
ていないが、第２の実施形態の図５に示す模式図を矢印
Ａ方向、すなわち背面方向から見て、かつＺ方向に平行
な上下を逆にした状態にして、フリー磁性層とバイアス
導電層との間に絶縁層を形成してもよいし、また、第１
の参考形態の図４に示す模式図を矢印Ａ方向、すなわち
背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした
状態にして、バイアス導電層をフリー磁性層の側ではな
く、反強磁性層の側に形成し、バイアス導電層と反強磁
性層との間に絶縁層を形成してもよい。

【０１１３】また、例えば、トップ型のスピンバルブ型
薄膜素子において、固定磁性層１２３の静磁結合磁界の
方向と前記検出電流の電流磁界の方向とが異なる方向
（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界が前記
電流磁界よりも大きい場合には、前記バイアス導電層Ｂ
４０に前記検出電流と同じ方向の電流を印加することに
より、前記静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁界を
形成する。

【０１１４】このようなトップ型のシングルスピンバル
ブ型薄膜素子の模式図は、ボトム型のシングルスピンバ
ルブ型薄膜素子の第２の参考形態の図６に示す模式図、
第３の参考形態の図７に示す模式図、第３の実施形態の
図８に示す模式図を、矢印Ａ方向、すなわち背面方向か
ら見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態に等し
いものである。

【０１１５】また、例えば、固定磁性層１２３の静磁結
合磁界の方向と前記検出電流の電流磁界の方向とが異な
る方向（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界
が前記電流磁界よりも小さい場合、前記バイアス導電層
Ｂ４０に前記検出電流と１８０度反対方向の電流を印加
することにより、前記電流磁界の方向と反対方向の電流
磁界を形成する。

【０１１６】このようなトップ型のシングルスピンバル
ブ型薄膜素子の模式図は、ボトム型のシングルスピンバ
ルブ型薄膜素子の第４の実施形態の図９に示す模式図、
第４の参考形態の図１０に示す模式図、第５の実施形態
の図１１に示す模式図を、矢印Ａ方向、すなわち背面方
向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態に
等しいものである。

【０１１７】すなわち、前記バイアス導電層Ｂ４０に電
流を印加することにより、固定磁性層１２３の静磁結合
磁界と検出電流の電流磁界との合成磁気モーメントと反
対方向の電流磁界を形成し、これによりフリー磁性層１
２５の変動磁化に作用する前記合成磁気モーメントを打
ち消して、前記変動磁化の方向を制御することができ
る。したがって、フリー磁性層１２５の変動磁化を、固
定磁性層１２３の固定磁化の方向と直交する方向に揃え
ることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリ
ーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることが
できる。

【０１１８】本発明のトップ型のシングルスピンバルブ
型薄膜素子においては、反強磁性層１２２またはフリー
磁性層１２５とバイアス導電層Ｂ４０との間に絶縁層を
設けることにより、シャントロスの発生を防ぐことがで
きる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができ
る。

【０１１９】また、本発明のトップ型のシングルスピン
バルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層Ｂ４
０と前記導電層１２８とが、直列に接続されている場
合、導電層１２８に印加される電流とバイアス導電層Ｂ
４０に印加される電流とを、一つの電流供給手段１５か
ら供給することができ、前記電流供給手段１５を設ける
手間が少なく、容易に製造することができるスピンバル
ブ型薄膜素子を得ることができる。

【０１２０】本発明のトップ型のシングルスピンバルブ
型薄膜素子においては、図１２に示すように、前記バイ
アス導電層Ｂ４０を、反強磁性層１２２の固定磁性層１
２３と反対側の面に形成したが、フリー磁性層１２５の
非磁性導電層１２４と反対側の面に形成してもよい。

【０１２１】また、本発明のトップ型のシングルスピン
バルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層Ｂ４
０に検出電流と同じ方向の電流を印加する場合には、バ
イアス導電層Ｂ４０と反強磁性層２とが接して形成され
てなるスピンバルブ型薄膜素子としてもよい。このよう
なスピンバルブ型薄膜素子とすることで、バイアス導電
層に電流を供給するための専用導電層を形成する必要が
ないため、容易に製造することができる。

【０１２２】さらにまた、本発明の第６の実施形態のト
ップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子では、前記バ
イアス導電層Ｂ４０を、フリー磁性層１２５の非磁性導
電層１２４と反対側の面に形成した場合、バイアス導電
層Ｂ４０とフリー磁性層１２５との間に絶縁層が設けら
れていてもよい。バイアス導電層Ｂ４０とフリー磁性層
１２５との間に絶縁層を設けることで、直列または別回
路とすることができ、シャントロスを防ぐことができ
る。

【０１２３】さらにまた、図１２に示すトップ型のシン
グルスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス
導電層Ｂ４０と前記導電層１２８とが、別々の電流供給
手段に接続されているものとしてもよい。

【０１２４】このようなスピンバルブ型薄膜素子とした
場合、バイアス導電層Ｂ４０に、前記検出電流と同じ方
向の電流を印加する場合でも反対方向の電流を印加する
場合でも、バイアス導電層Ｂ４０と前記電流供給手段と
を接続する際の手間などに差が生じない。したがって、
前記バイアス導電層Ｂ４０に印加される電流の方向を、
前記検出電流の方向に係わらず、自由に設定することが
できる。さらに、前記検出電流の大きさに影響を与える
ことなく、前記バイアス導電層Ｂ４０の電流の大きさを
自由に調節することができるため、固定磁性層１２３の
静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界によるフリー磁
性層１２５の変動磁化の方向の傾きを、十分に制御する
ことが可能である制御しうる範囲の広いスピンバルブ型
薄膜素子を得ることができる。

【０１２５】［第６の参考形態］図１３は、本発明の第
６の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との
対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。本
発明の第６の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子は、フ
リー磁性層を中心として、その上下に非磁性導電層、固
定磁性層、反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆる
デュアルスピンバルブ型薄膜素子である。このスピンバ
ルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒
体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体から
の洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。

【０１２６】図１３に示すスピンバルブ型薄膜素子は、
基板Ｋ上に設けられ、下から下地層１４１、反強磁性層
１４２、固定磁性層（下）１４３、非磁性導電層１４
４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固定磁
性層１４７（上）、反強磁性層１４８、バイアス導電層
Ｂ５０、保護層１４９の順で積層されている。なお、図
１３に示すように下地層１４１から保護層１４９までの
積層体の両側には、ハードバイアス層１３２、１３２と
導電層１３３、１３３が形成されている。また、符号１
５は、電流供給手段を示している。

【０１２７】さらに、本参考形態のスピンバルブ型薄膜
素子では、図１４に示すように、導電層１３３とバイア
ス導電層Ｂ５０とが直列に接続され、電流供給手段１５
から導電層１３３を介して、他の層よりも抵抗の低い非
磁性導電層１４６とバイアス導電層Ｂ５０とに優先的に
同じ方向の電流が供給されるようになっている。

【０１２８】本参考形態のスピンバルブ型薄膜素子で
は、下地層１４１、フリー磁性層１４５、非磁性導電層
１４４、１４６、固定磁性層１４３、１４７、バイアス
導電層Ｂ５０、反強磁性層１４２、１４８、ハードバイ
アス層１３２、保護層１４９、導電層１３３は、上述し
た実施形態のシングルスピンバルブ型薄膜素子と同様の
材質などで形成されている。

【０１２９】このスピンバルブ型薄膜素子において、前
記固定磁性層１４３、１４７は、前記反強磁性層１４
２、１４８と接して形成されることにより、前記固定磁
性層１４３、１４７と反強磁性層１４２、１４８との界
面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記
固定磁性層１４３、１４７の固定磁化は、例えば、図示
Ｙ方向に固定されている。

【０１３０】また、前記ハードバイアス層１３２、１３
２が図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されていることで、
前記フリー磁性層１４５の変動磁化が図示Ｘ１方向と反
対方向に揃えられている。これにより、図１３および図
１４に示すように、前記フリー磁性層１４５の変動磁化
ＨＦ４と前記固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ
４、Ｐ５とが直交する関係となっている。

【０１３１】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
図１４に示すように、固定磁性層１４３の静磁結合磁界
Ｈｐ２０と固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０の
方向とは、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に対し
て、同じ方向（図示Ｙ方向と反対方向）となっている。
また、検出電流ｉ１０、ｉ２０は、図示Ｘ１方向と反対
方向とされている。そして、検出電流ｉ１０の電流磁界
Ｈｉ１０と検出電流ｉ２０の電流磁界Ｈｉ２０の方向と
は、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に対して、異
なる方向となっている。

【０１３２】また、前記バイアス導電層Ｂ５０に与えら
れる図示Ｘ１方向と反対方向の電流Ｂｉ１４の電流磁界
ＢＨｉ１４は、図１４に示すように、フリー磁性層１４
５の変動磁化Ｈｆ４に対して、固定磁性層１４３および
固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０の
方向と反対方向（図示Ｙ方向）となっている。前記フリ
ー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用するバイアス導
電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４は、前記変動磁化
Ｈｆ４に作用する固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ
２０と固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０との合
成磁気モーメントと同等程度の大きさとされることが好
ましい。また、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界Ｂ
Ｈｉ１４の大きさは、バイアス導電層Ｂ５０に与えられ
る電流Ｂｉ１４の強さによって調節されることが好まし
い。

【０１３３】前記導電層１３３からの検出電流ｉ１０と
前記バイアス導電層Ｂ５０に与えられる電流Ｂｉ１４と
は、図１４に示すように、直列に接続され、１つの電流
供給手段１５から供給されている。本参考形態のスピン
バルブ型薄膜素子では、導体１２Ｊおよび電流供給手段
１５は、上述した実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と
同様の導体および電流供給手段などが好ましく使用され
る。

【０１３４】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、
図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられた前記フリー磁性層
４５の変動磁化Ｈｆ４が変動すると、図示Ｙ方向に固定
された固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５
との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に
基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出
される。

【０１３５】このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前
記フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向を制御す
るためのバイアス導電層Ｂ５０を備えたものであるの
で、前記バイアス導電層Ｂ５０に電流Ｂｉ１４を印加す
ることにより、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の
方向を制御することができる。

【０１３６】以下、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ
４と、固定磁性層１４３、１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１
０、Ｈｐ２０、検出電流ｉ１０、ｉ２０の電流磁界Ｈｉ
１０、Ｈｉ２０、前記バイアス導電層Ｂ５０からの電流
磁界ＢＨｉ１４との関係について詳しく説明する。フリ
ー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向は、記録媒体か
らの洩れ磁界の他に、固定磁性層１４３、１４７の静磁
結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０と、検出電流ｉ１０、ｉ２
０の電流磁界Ｈｉ１０、Ｈｉ２０と、前記バイアス導電
層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４により変動する。

【０１３７】固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０
および固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０は、フ
リー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、前記静磁結合磁
界Ｈｐ１０および前記静磁結合磁界Ｈｐ２０の方向（図
示Ｙ方向と反対方向）に向けて、図１４において符号Ｈ
ｆｄで示す方向に傾けようと作用する。また、検出電流
ｉ１０の電流磁界Ｈｉ１０と検出電流ｉ２０の電流磁界
Ｈｉ２０は、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に対
して、それぞれ反対の方向に作用し、互いに打ち消し合
う。このため、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の
方向に影響を与えないとみなされる。

【０１３８】また、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁
界ＢＨｉ１４は、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４
を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０の方向と反対
方向（図示Ｙ方向）に向けようと作用する。このため、
フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記静
磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０、すなわち静磁結合磁界
Ｈｐ１０と静磁結合磁界Ｈｐ２０の合成磁気モーメント
は、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４に
よって打ち消される。したがって、フリー磁性層１４５
の変動磁化Ｈｆ４は、前記静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ
２０の方向に傾かず、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えら
れる。

【０１３９】このように、前記バイアス導電層Ｂ５０に
電流Ｂｉ１４を印加することにより、固定磁性層１４３
の静磁結合磁界Ｈｐ２０と固定磁性層１４７の静磁結合
磁界Ｈｐ１０との合成磁気モーメントと反対方向の電流
磁界ＢＨｉ１４を形成し、これによりフリー磁性層１４
５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ１
０、Ｈｐ２０を打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ４の方向
を制御することができる。したがって、フリー磁性層１
４５の変動磁化Ｈｆ４を、固定磁性層１４３、１４７の
固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向と直交する方向に揃えること
ができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小
さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができ
る。

【０１４０】さらに、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈ
ｆ４に作用するバイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界Ｂ
Ｈｉ１４を、前記変動磁化Ｈｆ４に作用する静磁結合磁
界Ｈｐ１０と静磁結合磁界Ｈｐ２０との合成磁気モーメ
ントと同等程度の大きさとすることで、フリー磁性層１
４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記合成磁気モーメン
トを十分に打ち消すことができるとともに、バイアス導
電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４が必要以上に大き
くなり、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、バイ
アス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４の方向に傾
けてしまうことを防止することができる。したがって、
フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４と固定磁性層１４
３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向とを、より確実
にかつ簡単に直交する方向に揃えることができる。

【０１４１】また、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁
界ＢＨｉ１４の大きさを、バイアス導電層Ｂ５０に与え
られる電流Ｂｉ１４の強さによって調節することで、バ
イアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４とフリー
磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記合成磁気
モーメントとを、容易に同等程度の大きさとすることが
できる。このため、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ
４を、容易に制御することができ、フリー磁性層１４５
の変動磁化Ｈｆ４と固定磁性層１４３、１４７の固定磁
化Ｐ４、Ｐ５の方向とを、簡単に直交する方向に揃える
ことができる。

【０１４２】さらにまた、このようなスピンバルブ型薄
膜素子では、前記バイアス導電層Ｂ５０と前記導電層１
３３とが直列に接続されているので、導電層１３３に印
加される電流、すなわち検出電流ｉ１０となる電流と、
バイアス導電層Ｂ５０に印加される電流Ｂｉ１４とを、
一つの電流供給手段１５から供給することができ、前記
電流供給手段１５を設ける手間が少なく、容易に製造す
ることができる。

【０１４３】また、このスピンバルブ型薄膜素子は、前
記フリー磁性層１４５の厚さ方向両側に、各々非磁性導
電層１４４、１４６と固定磁性層１４３、１４７と反強
磁性層１４２、１４８とが形成されたデュアル構造とさ
れてなるものであるので、フリー磁性層／非磁性導電層
／固定磁性層の３層の組み合わせを２組有するものとな
り、シングルスピンバルブ型薄膜素子と比較して、大き
な△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応
できるものとすることができる。

【０１４４】また、前記バイアス導電層Ｂ５０が、反強
磁性層１４８と接して形成されてなるスピンバルブ型薄
膜素子とすることで、バイアス導電層に電流を供給する
ために専用の導電層を形成する必要がないため、容易に
製造することができる。

【０１４５】さらにまた、図１４に示す第６の参考形態
のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導
電層Ｂ５０と前記導電層１３３とが、別々の電流供給手
段に接続されているものとしてもよい。このようなスピ
ンバルブ型薄膜素子とした場合、バイアス導電層Ｂ５０
に、前記検出電流ｉ１０、ｉ２０と同じ方向の電流Ｂｉ
１４を印加する場合でも反対方向の電流を印加する場合
でも、容易にバイアス導電層Ｂ５０と前記電流供給手段
とを接続する際の手間などに差が生じない。

【０１４６】したがって、前記バイアス導電層Ｂ５０に
印加される電流の方向を、前記検出電流ｉ１０、ｉ２０
の方向に係わらず、自由に設定することができる。さら
に、前記検出電流ｉ１０、ｉ２０の大きさに影響を与え
ることなく、前記バイアス導電層Ｂ５０の電流の大きさ
を、または、バイアス導電層Ｂ５０の膜厚を変化させて
抵抗を変えることにより電流の大きさを自由に調節する
ことができるため、固定磁性層１４３、１４７の静磁結
合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０によるフリー磁性層１２５の
変動磁化の方向の傾きを、十分に制御することが可能で
ある制御しうる範囲の広いスピンバルブ型薄膜素子を得
ることができる。

【０１４７】［第７の参考形態］図１５は、本発明にお
ける第７の参考形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁
性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の
磁化方向を示した模式図である。本発明の第７の参考形
態のスピンバルブ型薄膜素子が、図１４に示す第６の参
考形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図
１５に示すように、反強磁性層１４８とバイアス導電層
Ｂ５２との間に絶縁層Ｇ７が設けられているところであ
る。

【０１４８】本発明の第７の参考形態のスピンバルブ型
薄膜素子では、図１５に示すように、導電層１３３とバ
イアス導電層Ｂ５２とが導体１２Ｋによって直列に接続
され、電流供給手段１５から導電層１３３を介して、非
磁性導電層１４６とバイアス導電層Ｂ５２とに同じ方向
の電流が供給されるようになっている。

【０１４９】図１５に示すスピンバルブ型薄膜素子にお
いても、前記フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方
向を制御するためのバイアス導電層Ｂ５２を備えたもの
であるので、前記バイアス導電層Ｂ５２に電流Ｂｉ１６
を印加することにより、フリー磁性層１４５の変動磁化
Ｈｆ４の方向を制御することができる。すなわち、前記
バイアス導電層Ｂ５２に電流Ｂｉ１６を印加することに
より、固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０と固定
磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０との合成磁気モー
メントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１６を形成し、これ
によりフリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する
前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈ
ｆ４の方向を制御することができる。したがって、フリ
ー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、固定磁性層１４
３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向と直交する方向
に揃えることができる。

【０１５０】さらに、図１５に示すスピンバルブ型薄膜
素子においては、前記反強磁性層１４８とバイアス導電
層Ｂ５２との間に絶縁層Ｇ７が設けられているので、シ
ャントロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバル
ブ型薄膜素子とすることができる。

【０１５１】［第８の参考形態］図１６は、本発明にお
ける第８の参考形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁
性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の
磁化方向を示した模式図である。本発明の第８の参考形
態のスピンバルブ型薄膜素子が、図１４に示す第６の参
考形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図
１６に示すように、バイアス導電層Ｂ３５が、反強磁性
層１４２の固定磁性層１４３（下）と反対側の面に、絶
縁層Ｇ８を介して形成されているところである。

【０１５２】本発明の第８の参考形態のスピンバルブ型
薄膜素子では、図１６に示すように、導電層１３３とバ
イアス導電層Ｂ５３とが導体１２Ｌによって直列に接続
され、電流供給手段１５から導電層１３３を介して、非
磁性導電層１４４とバイアス導電層Ｂ５３とに１８０度
反対方向の電流が供給されるようになっている。

【０１５３】図１６に示すスピンバルブ型薄膜素子にお
いても、前記フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方
向を制御するためのバイアス導電層Ｂ５３を備えたもの
であるので、前記バイアス導電層Ｂ５３に電流Ｂｉ１７
を印加することにより、フリー磁性層１４５の変動磁化
Ｈｆ４の方向を制御することができる。すなわち、前記
バイアス導電層Ｂ５３に電流Ｂｉ１７を印加することに
より、固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０と固定
磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０との合成磁気モー
メントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１７を形成し、これ
によりフリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する
前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈ
ｆ４の方向を制御することができる。したがって、フリ
ー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、固定磁性層１４
３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向と直交する方向
に揃えることができる。

【０１５４】さらに、図１６に示すスピンバルブ型薄膜
素子においては、バイアス導電層Ｂ５３と反強磁性層１
４２との間に絶縁層Ｇ８が設けられているので、シャン
トロスを防ぐことができる。

【０１５５】次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳
しく説明する。図１８は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一
例を示した斜視図である。この薄膜磁気ヘッドは、ハー
ドディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式
のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１
は、図１８において符号２３５で示す側がディスク面の
移動方向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６
で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１
のディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エ
アーベアリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５
１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃ
とが形成されている。そして、このスライダ２５１のト
レーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が
設けられている。

【０１５６】この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部
２５０は、図１９および図２０に示す構造の複合型磁気
ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２
５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダ
クティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて
構成されている。

【０１５７】この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねる
スライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性
合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ
層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２
５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されてい
る。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャッ
プ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７
が形成されている。この上部シールド層２５７は、その
上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層
と兼用にされている。このＭＲヘッドｈ１は、ハードデ
ィスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ
磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を
変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記
録内容を読み取るものである。

【０１５８】前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気
抵抗効果素子層２４５には、上述したスピンバルブ型薄
膜素子が備えられている。前記スピンバルブ型薄膜素子
は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重
要なものである。

【０１５９】また、インダクティブヘッドｈ２は、下部
コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、そ
の上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコ
イル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６
は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層
２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上
に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂに
て、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気
ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図１９および図２
０に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５
７と磁気的に接続させて設けられている。また、上部コ
ア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６
９が設けられている。

【０１６０】このようなインダクティブヘッドｈ２で
は、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２
６６からコア層に記録電流が与えられる。そして、前記
インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分で
の下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの
漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に
磁気信号を記録するものである。

【０１６１】本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、
まず、図１９に示す磁性材料製の下部シールド層２５３
上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果
素子層２５４を形成する前記スピンバルブ型薄膜素子を
成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の上
に、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５
７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成
する。続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２
５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層
２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、
第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６
７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２
６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２
６８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁
気へッドとされる。

【０１６２】このような薄膜磁気へッドは、上述したス
ピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッド
であるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの
小さい薄膜磁気へッドとなる。

【０１６３】なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構
成およびインダクティブヘッドの構成は、図１８〜図２
０に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスラ
イダおよびインダクティブヘッドを採用することができ
るのは勿論である。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、フリー磁性層の変動磁化方向を制御
するためのバイアス導電層を備えたものであるので、前
記バイアス導電層に電流を印加することにより、フリー
磁性層の変動磁化の方向を制御することができる。すな
わち、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固
定磁性層の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界を、
前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリ
ー磁性層の変動磁化の方向を制御することができるた
め、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい
優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。

【０１６５】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非磁
性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデュ
アル構造とされてなるものとすることで、フリー磁性層
／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組み合わせを２組
有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と
比較して、大きな△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高密
度記録化に対応できるものとすることができる。

【０１６６】さらに、前記バイアス導電層に電流を印加
して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性
層の静磁結合磁界と前記検出電流の電流磁界との合成磁
化モーメントの方向と、反対方向の電流磁界が形成され
てなるものとすることで、フリー磁性層の変動磁化の方
向に影響を与える前記静磁結合磁界と前記電流磁界との
合成磁化モーメントを、前記合成磁化モーメントと反対
方向となるように形成された前記バイアス導電層の電流
磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向
を所望の方向に補正することができる。

【０１６７】また、上記のデュアル型構造とされたスピ
ンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層に
電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前
記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁
界が形成されてなるものとすることで、フリー磁性層の
変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結合磁
界を、前記静磁結合磁界と反対方向となるように形成さ
れた前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、
フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正する
ことができる。

【０１６８】さらにまた、本発明の薄膜磁気ヘッドは、
上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなるもので
あるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小
さい薄膜磁気へッドとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における第１の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構
造を示した断面図である。

【図２】 図１に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定
磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層
の磁化方向を説明するための模式図である。

【図３】 第１の参考実施形態のスピンバルブ型薄膜素
子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した
断面図である。

【図４】 図３に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定
磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層
の磁化方向を説明するための模式図である。

【図５】 本発明における第２の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性
層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図
である。

【図６】 第２の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子の
固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導
電層の磁化方向を説明するための模式図である。

【図７】 第３の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子の
固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導
電層の磁化方向を説明するための模式図である。

【図８】 本発明における第３の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性
層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図
である。

【図９】 本発明における第４の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性
層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図
である。

【図１０】 第４の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス
導電層の磁化方向を説明するための模式図である。

【図１１】 本発明における第５の実施形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁
性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式
図である。

【図１２】 本発明における第６の実施形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の
構造を示した断面図である。

【図１３】 本発明における第６の参考形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の
構造を示した断面図である。

【図１４】 図１３に示したスピンバルブ型薄膜素子の
固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導
電層の磁化方向を説明するための模式図である。

【図１５】 本発明における第７の参考形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁
性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式
図である。

【図１６】 本発明における第８の参考形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁
性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式
図である。

【図１７】 第５の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子
の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス
導電層の磁化方向を説明するための模式図である。

【図１８】 薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図であ
る。

【図１９】 図１８に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア
部を示した断面図である。

【図２０】 図１９に示した薄膜磁気ヘッドを示した概
略斜視図である。

【図２１】 従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記
録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図
である。

【図２２】 図２１に示したスピンバルブ型薄膜素子に
おいて、固定磁性層の静磁結合磁界と検出電流の電流磁
界の方向とが同じ方向である場合の固定磁性層と非磁性
導電層とフリー磁性層の磁化方向を説明するための模式
図である。

【図２３】 図２１に示したスピンバルブ型薄膜素子に
おいて、固定磁性層の静磁結合磁界と検出電流の電流磁
界の方向とが異なる方向であり、静磁結合磁界が電流磁
界よりも大きい場合の固定磁性層と非磁性導電層とフリ
ー磁性層の磁化方向を説明するための模式図である。

【図２４】 図２１に示したスピンバルブ型薄膜素子に
おいて、固定磁性層の静磁結合磁界と検出電流の電流磁
界の方向とが異なる方向であり、静磁結合磁界が電流磁
界よりも小さい場合の固定磁性層と非磁性導電層とフリ
ー磁性層の磁化方向を説明するための模式図である。

【図２５】 従来のスピンバルブ型薄膜素子の他の例を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。

【図２６】 図２５に示したスピンバルブ型薄膜素子の
固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層の磁化方向を
説明するための模式図である。

【図２７】 再生波形を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１、１０、４１、１２１、１４１ 下地層 ２、２０、４２、４８、１２２、１４２、１４８ 反強
磁性層 ３、１３、２３、３０、１２３ 固定磁性層 ４３、１４３ 固定磁性層（下） ４７、１４７ 固定磁性層（上） ４、４０、４４、４６、１２４、１４４、１４６ 非磁
性導電層 ５、４５、５０、１２５、１４５ フリー磁性層 ７、４９、７０、１２７、１４９ 保護層 ６、３２、６０、１２６、１３２ ハードバイアス層 ８、３３、８０、１２８、１３３ 導電層 Ｈｆ１、Ｈｆ２、Ｈｆ３、Ｈｆ４、Ｈｆａ、Ｈｆｂ、Ｈ
ｆｃ、Ｈｆｄ 変動磁化 Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ２０、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ
３１、Ｂ３２、Ｂ３３、Ｂ４０、Ｂ５０、Ｂ５２、Ｂ５
３、Ｂ６０ バイアス導電層 Ｂｉ２、Ｂｉ３、Ｂｉ４、Ｂｉ５、Ｂｉ７、Ｂｉ８、Ｂ
ｉ１０、Ｂｉ１１、Ｂｉ１２、Ｂｉ１３、Ｂｉ１４、Ｂ
ｉ１６、Ｂｉ１７ 電流 ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４、ｉ１０、ｉ２０ 検出電流 Ｈｐ１、Ｈｐ２、Ｈｐ３、Ｈｐ１０、Ｈｐ２０ 静磁結
合磁界 ＢＨｉ２、ＢＨｉ３、ＢＨｉ４、ＢＨｉ５、ＢＨｉ７、
ＢＨｉ８、ＢＨｉ１０、ＢＨｉ１１、ＢＨｉ１２、ＢＨ
ｉ１３、ＢＨｉ１４、ＢＨｉ１６、ＢＨｉ１７、Ｈｉ
１、Ｈｉ２、Ｈｉ３、Ｈｉ１０、Ｈｉ２０ 電流磁界 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５ 固定磁化 Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８ 絶
縁層 １２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｈ、１２Ｉ、１
２Ｋ、１２Ｌ 導体 Ｋ 基板 １５、１６、１７ 電流供給手段

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、反強磁性層と、 この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との
   交換結合磁界により固定磁化方向が固定される固定磁性
   層と、 前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリ
   ー磁性層と、 前記フリー磁性層の変動磁化方向を前記固定磁性層の固
   定磁化方向と交差する方向に揃えるためのハードバイア
   ス層と、 固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層に検出電流を
   与える導電層と、 前記フリー磁性層の変動磁化方向を制御するためのバイ
   アス導電層と、 前記導電層および前記バイアス導電層に電流を供給する
   電流供給手段とを少なくとも備え、 前記バイアス導電層と前記非磁性導電層の間に前記フリ
   ー磁性層が形成されてなることを特徴とするスピンバル
   ブ型薄膜素子。
2. 【請求項２】 前記バイアス導電層の非磁性導電層側
   に絶縁層が形成されてなることを特徴とする請求項１に
   記載のスピンバルブ型薄膜素子。
3. 【請求項３】 前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、
   各々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成さ
   れたデュアル構造とされてなることを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載のスピンバルブ型膜厚素子。
4. 【請求項４】 前記バイアス導電層に電流を印加し
   て、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層
   の静磁結合磁界と前記検出電流の電流磁界との合成磁化
   モーメントの方向と、反対方向の電流磁界が形成されて
   なることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の
   スピンバルブ型薄膜素子。
5. 【請求項５】 フリー磁性層の変動磁化に作用する前
   記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と、フリー磁性層の
   変動磁化に作用する前記検出電流の電流磁界の方向とが
   同じ方向であるとき、前記バイアス導電層に電流を印加
   して、前記検出電流の電流磁界の方向と反対方向の電流
   磁界が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし
   請求項４のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
6. 【請求項６】 前記バイアス導電層に電流を印加し
   て、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層
   の静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁界が形成され
   てなることを特徴とする請求項３に記載のスピンバルブ
   型薄膜素子。
7. 【請求項７】 前記バイアス導電層と前記導電層と
   が、直列に接続されていることを特徴とする請求項１な
   いし請求項６のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素
   子。
8. 【請求項８】 前記バイアス導電層と前記導電層と
   が、別々の電流供給手段に接続されていることを特徴と
   する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のスピン
   バルブ型薄膜素子。
9. 【請求項９】 前記バイアス導電層は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃ
   ｒ、Ａｕのいずれか１種からなることを特徴とする請求
   項１ないし請求項８のいずれかに記載のスピンバルブ型
   薄膜素子。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれか
    に記載のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなること
    を特徴とする薄膜磁気ヘッド。