JP2003031867A - 酸化物磁性層と金属磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子 - Google Patents

酸化物磁性層と金属磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子

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裕之 星屋
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進 添谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の金属磁性膜からなる磁気抵抗効果積層膜
では十分な再生出力が得られなかった。 【解決手段】非磁性層中間層界面に接して１０ｎｍ以下
の厚さの高分極率層を、ＦｅリッチなＦｅ―Ｏ層として
形成し、熱処理によって強磁性Ｆｅ−Ｏ層の積層膜と
し、これによって高い磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効
果素子を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気記録再生に関
し、特に高記録密度の磁気記録再生装置に好適な磁気ヘ
ッドおよびそれに用いる磁気抵抗効果素子ならびにその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開平９−１６９２０には積層逆平行ピ
ン止め層と反強磁性交換バイアス層を用いたスピンバル
ブ磁気抵抗センサの記載がある。特開平７−１６９０２
６には反強磁性的結合膜を用いたスピンバルブセンサの
記載がある。特開２０００−１５６５３０には磁化が実
質的に固定された第２の磁性層に酸化物などの第３の層
を含んだ磁気抵抗効果素子の記述がある。
【０００３】また、日本応用磁気学会第２３回学術講演
概要集６ａＡ−５に極薄酸化層を含んだ磁化固着層を有
するスピンバルブ膜の記載がある。ダイジェスツ オブ
インターマグ（Ｄｉｇｅｓｔｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｍ
ａｇ）２０００、ＦＡ−０８には薄い酸化物も用いた巨
大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜の記載がある。同じくＦＡ
−０７には酸化物の保護膜を自由層に積層したＧＭＲ膜
の記載がある。同じくＢＱ−１２には酸化物の保護膜を
自由層に積層したＧＭＲ膜の記載がある。同じくＦＡ−
０９には磁性酸化層を用いたスピンバルブ膜の記載があ
る。また、Ｄｉｇｅｓｔｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｍａｇ１
９９９、ＤＢ−０１には酸化層を挿入した固定層を用い
たスピンバルブ膜の記載がある。
【０００４】特開２０００−３４０８５９には磁性層に
スピン分極率の高い酸化物を用い、膜面に垂直に電流を
流す磁気抵抗効果型ヘッドの記載がある。特開２０００
−１５０９８５には高分極率膜を用いたトンネル磁気抵
抗効果素子の記載がある。特許第３０５０１８９号（特
開平１１−１３５８５７）にはトンネルバリア層側に高
分極率膜を用いた磁気抵抗効果素子の記載がある。特開
平１１−２８９１１５には非磁性層を介して強磁性体と
半導体あるいはハーフメタルを接続したスピン偏極素子
の記載がある。
【０００５】アプライドフィジックスレターズ誌第７３
巻１００８〜１０１０項（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ． ７３，１００８（１９９８））にはハーフメタル
としてＬａＳｒＭｎＯ３を用いた強磁性トンネル結合に
関する記載がある。アプライドフィジックスレターズ誌
第７４巻４０１７〜４０１９項（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ． ７４，４０１７（１９９９））には鉄酸化
物とＣｏを用いた強磁性トンネル磁気抵抗効果の記載が
ある。
【０００６】特開平１１−９７７６６にはハーフメタル
酸化物層を用いた強磁性トンネル接合素子の記載があ
る。特表平８−５０４３０３にはＦｅ３Ｏ４などの半金
属材料を用いた磁気抵抗デバイスの記載がある。特開平
６−２６７７４２にはハーフメタルから成る磁性層を用
いた磁気抵抗効果素子の記載がある。特開２０００−３
４８９３５には酸化物薄層を含んだスピンバルブセンサ
の記載がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、特に
その再生部に外部磁界に対して十分な感度と出力で作用
する磁気抵抗効果素子を実現し、さらに十分に対称性の
よい良好な特性を得ることができず、記録密度の充分に
高い磁気記録装置としての機能を実現することが困難で
あった。
【０００８】非磁性金属層を介して強磁性金属層を積層
した多層膜による巨大磁気抵抗効果が知られている。こ
の場合、磁気抵抗効果は、非磁性層で隔てられた強磁性
層の磁化と磁化のなす角度によって電気抵抗が変化す
る。この巨大磁気抵抗効果を磁気抵抗効果素子として用
いる場合には、スピンバルブとよばれる構造が提唱され
ている。すなわち、反強磁性膜／強磁性金属層／非磁性
金属層／軟磁性金属層の構造を有し、反強磁性膜／強磁
性金属層界面に発生する交換結合磁界によって反強磁性
膜と密着した強磁性金属層の磁化を実質的に固定し、他
方の軟磁性金属層が外部磁界によって磁化回転すること
で出力を得ることができる。
【０００９】ここで、以下の記述において、上記磁化固
定の効果を固定バイアス、この効果を生じる反強磁性膜
を固定バイアス膜とよぶ。また、上記磁化が実質的に固
定される強磁性金属層を固定層もしくは強磁性固定層と
よぶ。同様に外部磁場によって磁化回転する軟磁性金属
膜を自由層もしくは軟磁性自由層とよぶ。
【００１０】上記固定層は、感知すべき磁界に対して、
実質的に磁化が固定されていることがその機能であり、
反強磁性膜の代わりに硬磁性膜、すなわち比較的大きな
磁界が加わらない限り磁化が変化しない材料で代替する
こともできる。
【００１１】上記のようなスピンバルブ型磁気抵抗効果
積層膜を用いた磁気ヘッドでは、強磁性層／非磁性層／
軟磁性層の部分がその磁気抵抗効果の大きさを決定する
部分である。軟磁性金属層も強磁性金属層の一種である
から、強磁性金属層／非磁性金属層の界面が上記効果の
本質を担うことになる。公知の技術で強磁性金属層に酸
化物を挿入したり、強磁性金属層の一部を酸化したりす
ることで抵抗変化率を向上できることが知られている。
しかしながらこの場合にも、酸化物層の挿入位置は強磁
性金属層の中間であって、強磁性金属層／非磁性金属層
の界面に所定の厚さの酸化物層を配置して構成すること
はなかった。これは酸化物が一般に強磁性でない上に、
電子を透過しないため、磁気抵抗効果の重大な阻害要因
になるからである。
【００１２】また、一方で高分極率材料の適用によって
磁気抵抗効果を増大せしめることも提唱されているが、
実際に強磁性金属層などの金属薄膜層と、高分極率を有
する酸化物などの化合物層とを積層して磁気抵抗効果素
子を実現することはきわめて困難であった。これは、高
分極率材料がもっぱら酸化物などの化合物からなるため
に、金属層と積層すると金属層と反応し、あるいは化合
物成分が金属層に拡散して非化学量論組成となって、特
性を悪化させるためである。
【００１３】さらに、通常の成膜工程で作製するとアモ
ルファスや微結晶、もしくは異なる結晶構造が形成され
るという問題がある。例えばハーフメタル材料として知
られるマグネタイトＦｅ３Ｏ４の場合、マグネタイトの
ターゲットを用いて室温にてスパッタリング法により作
製した薄膜は、バルクのマグネタイトの磁化の物性であ
る０．６テスラの１／３から半分程度しか示さない。良
好な結晶性のマグネタイト薄膜を得るには基板温度を５
００℃程度にあげる必要があるが、そのような高い基板
温度での成膜は他の金属層の連続形成を困難にし、また
極薄い金属層の平坦な形成を妨げるだけでなく、高分極
率層と他の金属層、例えばＣｏＦｅ層との反応をきわめ
て促進し、やはり良好な高分極率層の形成を妨げてしま
うことから、高分極率層と金属層を積層した磁気抵抗効
果膜の積層は、実用上非常に困難であった。
【００１４】本発明の目的は高密度記録に対応した長期
信頼性の高い磁気記録装置もしくは磁気抵抗効果素子を
用いた磁気ヘッドを提供することにある。より具体的に
は、高分極率を有する酸化物などの強磁性化合物層を非
磁性中間層との界面に有する抵抗変化率の高いスピンバ
ルブ型磁気抵抗効果素子を提供し、これを磁気ヘッドに
用いた磁気記録再生装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明では高記録密度に
対応した巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子を
磁気ヘッドに搭載した磁気記録装置を提供するために、
上記磁気抵抗効果素子として用いるスピンバルブ型の巨
大磁気抵抗効果積層膜、すなわち軟磁性自由層／非磁性
中間層／強磁性固定層／反強磁性膜の積層構造を有する
磁気抵抗効果素子を用いる。
【００１６】ここで反強磁性膜は強磁性固定層の磁化を
実質的に固定するための交換結合バイアスを印加するも
のであって、直接強磁性固定層に密着して形成するか、
あるいは間接的に磁気的結合を経て効果をもたらしても
よい。あるいは反強磁性膜の代わりに他のバイアス印加
手段、例えば硬磁性膜の残留磁化を用いたり、電流バイ
アスを用いてもよい。
【００１７】本発明では課題を解決して高記録密度に対
応した磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドを搭載した磁気記
録再生装置を得るために、上記強磁性固定層の少なくと
も非磁性中間層との界面に高分極率層を配置する。また
は軟磁性自由層の少なくとも非磁性中間層との界面に高
分極率層を配置する。強磁性固定層と軟磁性自由層の双
方の非磁性中間層側の界面に高分極率層を配置してもよ
い。軟磁気特性や磁歪の適正化の観点から、強磁性固定
層に用いるのが容易である。第１の強磁性層／非磁性挿
入層／第２の強磁性層の積層体として形成した構成を採
用する。
【００１８】高分極率層は、非磁性中間層に接する界面
に配置されるが、ハーフメタルなどの強磁性化合物もし
くは強磁性化合物と金属の混合体であって、特に、Ｆｅ
−Ｏ層で形成するとよい。Ｆｅ−Ｏ層はスパッタリング
などの手段で室温もしくは２００℃以下の基板温度で他
の金属層と連続積層して形成し、その後熱処理を行って
Ｆｅ−Ｏ層中にＦｅ３Ｏ４またはＦｅ３Ｏ４−ｘを析出
させて形成する。ここでＦｅ−Ｏ層とは、酸素原子を固
溶したＦｅ、あるいはマグネタイトなどの強磁性鉄酸化
物、マグネタイトなどの強磁性鉄酸化物とＦｅの混合
物、またはＦｅ３Ｏ４−ｘ（ｘは０から３、望ましくは
２から３）であって、特にマグネタイトＦｅ３Ｏ４の化
学量論組成よりも酸素が欠乏した組成に形成するとよ
い。
【００１９】Ｆｅ−Ｏ層は、成膜時にはアモルファスあ
るいは微結晶状態で、もっぱらＦｅ中に酸素が固溶した
ような結晶構造となっているが、２００℃から４００℃
程度の適切な熱処理を行うことでＦｅ−Ｏ二元系の平衡
状態に近い組成、すなわちＦｅ−Ｆｅ３Ｏ４二相に近づ
く方向に結晶の析出現象を生じて磁気抵抗変化率を発生
せしめるための高分極率を有する相を層中に形成するこ
とができる。このような作製手段と構成によって、結晶
性の良好な高分極率層、特にマグネタイト含有層を形成
し、かつ強磁性固定層と軟磁性自由層の間の強磁性的な
結合磁界、いわゆる層間結合磁界を低減することができ
る。
【００２０】また、高分極率層は上記組成のＦｅを一部
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｎなどで置き換えた、いわ
ゆるフェライト組成を主成分としてもよい。高分極率層
は強磁性を示し、強磁性固定層または軟磁性自由層を高
分極率層単体で構成してもよいが、高分極率層と金属強
磁性体などと積層して、例えば強磁性固定層としては高
分極率層／ＣｏＦｅ層／Ｒｕ層／ＣｏＦｅ層／反強磁性
層のような構成とすることで、高い抵抗変化率と高い交
換結合磁界および適切な波形対称性を実現することがで
きる。また、軟磁性自由層としては、高分極率層／Ｃｏ
Ｆｅ層／ＮｉＦｅ層とすることで、高い抵抗変化率と軟
磁気特性を実現することができる。
【００２１】上記高分極層の厚さは、０．５ｎｍ以上と
することで抵抗変化率を向上することができ、また５ｎ
ｍ以下とすると軟磁気特性を良好とすることができ、か
つ層間結合磁界を低減する効果が得られる。特に１ｎｍ
から３ｎｍの厚さとすると、高い抵抗変化率と層間結合
磁界の低減を両立できるので好ましい。
【００２２】非磁性中間層としてはＣｕが望ましいが、
Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒ
ｕ、Ｒｈなどの導電性金属を適宜用いるか、合金化して
もよい。
【００２３】積層構成からなる磁気抵抗効果素子には、
電流を印加して出力を感知する少なくとも一対の電極を
配置する。上記電流は、積層構成の層構造に平行に電流
を流して界面散乱による巨大磁気抵抗効果を感知する。
あるいは上記電流は積層構成の層構造に垂直に電流を流
して、高分極率層の分極した電子が界面を透過して磁気
抵抗を生じるようにして磁気抵抗効果を感知する。
【００２４】磁気抵抗効果素子は軟磁性自由層を単磁区
化してノイズの発生を防止するための単磁区化構成を有
するとよい。例えば磁気抵抗効果素子の膜面方向でかつ
感知すべき磁界の方向に垂直な両端部に残留磁化を有す
る硬磁性膜などを配置する。あるいは磁気抵抗効果素子
の膜厚方向に隣接して配置した残留磁化を有する硬磁性
膜などを配置して、磁気抵抗効果素子の積層構成と硬磁
性膜を同一形状の端部を有するようにして端部の静磁気
結合により単磁区化を実現してもよい。
【００２５】本発明ではこのような材料、構成を用いた
磁気抵抗効果素子と、これを再生部とした磁気記録再生
装置において、高記録密度、すなわち記録媒体上に記録
される記録波長が短く、かつ記録トラックの幅が狭い記
録を実現し、十分な再生出力を得、記録を良好に保つこ
とができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の巨大磁気抵
抗積層膜を構成する薄膜は高周波マグネトロンスパッタ
リング装置により以下のように作製した。アルゴン１か
ら６ミリトールの雰囲気中にて、厚さ１ミリのセラミッ
クス基板に以下の材料を順次積層して作製した。スパッ
タリングターゲットとしてタンタル、ニッケル−２０ａ
ｔ％鉄合金、銅、コバルト、ＭｎＰｔ、ルテニウム、Ｆ
ｅ３Ｏ４（マグネタイト）の各ターゲットを用いた。Ｃ
ｏターゲット上には、ＦｅおよびＮｉの１センチ角のチ
ップを適宜配置して組成を調整した。同様にマグネタイ
トターゲット上にはＦｅなどの１センチ角のチップを適
宜配置して組成を調整した。
【００２７】以下、Ｆｅ−Ｏ層の設定組成はマグネタイ
トＦｅ３Ｏ４にＦｅを加えた量で表記し、例えばＦｅ−
Ｏ層においてＦｅ１０ａｔ％の表記はＦｅ３Ｏ４９０ａ
ｔ％−Ｆｅ１０ａｔ％を意味するものとする。
【００２８】積層膜は、各ターゲットを配置したカソー
ドに各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを発生
させておき、各カソードごとに配置されたシャッターを
一つずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時には永
久磁石を用いて基板に平行におよそ８０エルステッドの
磁界を印加し、一軸異方性をもたせた。形成した膜を、
真空中、磁場中で２７０℃、３時間の熱処理を行って反
強磁性膜を相変態させるとともにＦｅ−Ｏ層中に高分極
率化合物相を析出させ、室温での磁気抵抗を測定して評
価した。基体上の素子の形成はフォトレジスト工程によ
ってパターニングした。その後、基体はスライダー加工
し、磁気記録装置に搭載した。
【００２９】図１は本発明の磁気抵抗効果素子に用いる
磁気抵抗効果積層膜の構成例である。図中の表記におい
て、例えば、「Ｔａ３」は、積層構成の例としての構成
材料と、その厚さをｎｍで示したものである。
【００３０】すなわち図１の実施例において磁気抵抗効
果積層膜１０は、基体５０上に下地膜１４、反強磁性膜
１１、強磁性固定層１５、非磁性中間層１２、軟磁性自
由層１３、保護膜３７を連続して形成してなる。上記積
層構成は、巨大磁気抵抗効果もしくはトンネル磁気抵抗
効果として、強磁性固定層１５の磁化の方向と、軟磁性
自由層１３の磁化の方向の互いのなす角度に応じて電気
抵抗が変化する。
【００３１】上記磁気抵抗効果積層膜１０において、下
地膜１４は、磁気抵抗効果積層膜１０の、下地膜１４上
の部分の結晶性を向上させ、また結晶配向性を高める効
果がある。下地膜１４はここではＴａ／ＮｉＦｅの構成
を有するが、他の構成であってもよい。また下地膜１４
を省略した構成としても本発明の主旨に反するものでは
ない。
【００３２】図１の構成例で最も重要な主旨は、軟磁性
自由層１３の構成にある。図１では軟磁性自由層１３を
高分極率層１６、第１の軟磁性膜１３１および第２の軟
磁性膜１３２の積層体として示した。これは、例えば図
中に示したように、非磁性中間層１２に接する高分極率
層１６によって高い抵抗変化率を得、高分極率層１６に
接する側にある第１の軟磁性膜を比較的薄いＣｏ合金、
例えばＣｏ９０Ｆｅ１ ０合金やＣｏ８０Ｆｅ８Ｎｉ１２
合金などから形成して高分極率層１６と第２の軟磁性膜
１３２の拡散、混合を抑制し、非磁性中間層１２の側に
ある第２の軟磁性膜を比較的厚いＮｉＦｅ合金などから
形成して、より軟磁気特性のよい、抵抗変化率の高い積
層膜を実現するために適用する。
【００３３】上記積層体は磁気的に結合するように形成
され、同一の方向をむいた磁化状態を取って磁気的に一
体として扱える。上記のような磁化状態を実現するに
は、軟磁性自由層１３を形成する高分極率層１６、第１
の軟磁性膜１３２と、第２の軟磁性膜１３１を、何ら介
在物を形成しないで直接積層形成するか、間に何らかの
層がある場合にはその層の厚さを適当な値、特に１ｎｍ
以下に薄く形成するなどの方法がある。また、本図の例
と異なって第２の軟磁性膜を用いずに軟磁性自由層１３
を高分極率層１６／第１の軟磁性幕１３１の積層体から
構成したり、逆に第１の強磁性膜、第２の強磁性膜に加
えて第３、あるいはそれ以上の層の積層体から形成して
も何ら本発明の趣旨に反するものではない。軟磁性自由
層１３の磁化の方向は、感知すべき磁界がゼロの状態
で、略トラック幅の方向になるよう磁気異方性の大きさ
などを設定する。高分極率層１６は高分極率をもつハー
フメタルなどの化合物、例えばＦｅ３Ｏ４から構成する
とよいが、特にＦｅ３Ｏ４よりもＦｅリッチ、もしくは
酸素欠損とした組成のＦｅ−Ｏ膜とするとよく、さらに
ＦｅをＭｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏなどで一部置換してもよ
い。さらに高分極率層１６はその厚さを１０ｎｍ以下、
特に０．５ｎｍから３ｎｍとすると磁気特性に優れ、非
磁性中間層１２を介して軟磁性自由層１３と強磁性固定
層１５の間の層間結合を低減し、高い抵抗変化率を示
す。
【００３４】強磁性固定層１５は非磁性中間層１２に接
する側の第１の強磁性膜１５１と、反強磁性膜１１に代
表される固定バイアス印加手段と接する側の第２の強磁
性膜１５２、および第１および第２の強磁性膜の膜間に
挿入して成る反平行結合層１５４から形成し、さらに反
平行結合層１５４を介して第１の強磁性膜１５１と第２
の強磁性膜１５２が反強磁性的に、すなわち反平行の方
向の磁化を持つように結合させている。上記構成は強磁
性固定層のパターニングした端部から出る静磁界の量を
調整し、磁気ヘッドとしては再生波形対称性を良好にす
る効果がある。したがって上記強磁性固定層の反平行結
合層を含む構成は磁気ヘッドへの適用に効果的であっ
て、他の構成および用途に用いる場合は反平行結合層を
含まない構成であっても本発明の主旨に反するものでは
ない。 （実施例２）同様に、図２は本発明の磁気抵抗効果素子
に用いる磁気抵抗効果積層膜の別の構成例である。図中
の表記は図１に準ずる。磁気抵抗効果積層膜１０は、基
体５０上に下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁性固定層
１５、非磁性中間層１２、軟磁性自由層１３、保護膜３
７を連続して形成してなる。上記積層構成は、巨大磁気
抵抗効果もしくはトンネル磁気抵抗効果として、強磁性
固定層１５の磁化の方向と、軟磁性自由層１３の磁化の
方向の互いのなす角度に応じて電気抵抗が変化する。下
地膜１４、軟磁性自由層１３等の構成と効果については
図１と同様であるので説明を省略する。下地膜１４、軟
磁性自由層１３等の構成が本図と若干異なっていても本
発明の主旨に反するものではない。
【００３５】本発明のこの構成例で最も重要な主旨は、
強磁性固定層１５の構成に酸化物挿入層１５５を含む点
にある。図中に示したように、強磁性固定層１５を、非
磁性中間層１２に接する第３の強磁性膜、反強磁性膜１
１に代表される固定バイアス印加手段と接する側の第２
の強磁性膜１５２、第２の強磁性膜と反平行結合膜１５
４を介して反強磁性的に結合した第１の強磁性膜１５
１、および第１の強磁性膜１５１と第３の強磁性膜との
間に挿入されて第３の強磁性膜の結晶性を高めて抵抗変
化率を増大させる効果を有する酸化物挿入層１５５から
構成する。
【００３６】上記強磁性固定層の反平行結合層を含む構
成は磁気ヘッドへの適用に効果的であって、他の構成お
よび用途に用いる場合は反平行結合層を含まない構成で
あっても本発明の主旨に反するものではない。
【００３７】酸化物挿入層１５５は、厚さを１ｎｍ程度
以下に保って、第３の強磁性膜１５３と第１の強磁性膜
１５１の間を酸化物挿入層１５５を介して強磁性的に結
合させ、第３の強磁性膜１５３と第１の強磁性膜１５１
を一体の磁性膜として機能せしめる。上記酸化物挿入層
１５５を含む構成を、高分極率層１６を非磁性中間層１
２との界面に有する軟磁性自由層１３と組み合わせるこ
とによって、結晶性の改善と、高い分極率の効果を有効
に用いて、高い抵抗変化率を得ることができる。 （実施例３）図３は本発明の磁気抵抗効果素子に用いる
磁気抵抗効果積層膜のさらに別の構成例である。図中の
表記は図１に準ずる。磁気抵抗効果積層膜１０は、基体
５０上に下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁性固定層１
５、非磁性中間層１２、軟磁性自由層１３、保護膜３７
を連続して形成してなる。
【００３８】上記積層構成は、巨大磁気抵抗効果もしく
はトンネル磁気抵抗効果として、強磁性固定層１５の磁
化の方向と、軟磁性自由層１３の磁化の方向の互いのな
す角度に応じて電気抵抗が変化する。下地膜１４等の構
成と効果については図１と同様であるので説明を省略す
る。下地膜１４等の構成が本図と若干異なっていても本
発明の主旨に反するものではない。
【００３９】本発明のこの構成例で最も重要な主旨は、
軟磁性自由層１３および強磁性固定層１５の構成にそれ
ぞれ高分極率層１６２および１６１を含む点にある。図
中に示したように、強磁性固定層１５を、非磁性中間層
１２に接する第３の強磁性膜、反強磁性膜１１に代表さ
れる固定バイアス印加手段と接する側の第２の強磁性膜
１５２、第２の強磁性膜と反平行結合膜１５４を介して
反強磁性的に結合した第１の強磁性膜１５１、および非
磁性中間層１２と界面で接する高分極率層１６１から構
成する。上記強磁性固定層の反平行結合層を含む構成
は、磁気ヘッドへの適用に効果的であって、他の構成お
よび用途に用いる場合は反平行結合層を含まない構成で
あっても本発明の主旨に反するものではない。
【００４０】上記の積層構成からなる軟磁性自由層１３
は、一体の磁性膜として磁化過程を実現するよう強磁性
的に結合する連続積層構成である。同様に軟磁性自由層
１３を非磁性中間層１２と界面で接する高分極率層１６
２、第１の軟磁性膜１３１および第２の軟磁性膜１３２
の積層体から構成する。第２の軟磁性膜１３２を用いず
に省略してもよい。二つの高分極率層１６１および１６
２は非磁性中間層１２を介して隣接し、磁気抵抗効果を
発生せしめる。高分極率層１６１および１６２は１から
２ｎｍ程度に薄く形成すると特に層間結合磁界を低減す
る効果がある。 （実施例４）図４は本発明の磁気抵抗効果素子に用いる
磁気抵抗効果積層膜のさらに別の構成例である。図中の
表記は図１に準ずる。磁気抵抗効果積層膜１０は、基体
５０上に下地膜１４、軟磁性自由層１３、非磁性中間層
１２、強磁性固定層１５、反強磁性膜１１、保護膜３７
を連続して形成している。上記積層構成は、巨大磁気抵
抗効果もしくはトンネル磁気抵抗効果として、強磁性固
定層１５の磁化の方向と、軟磁性自由層１３の磁化の方
向の互いのなす角度に応じて電気抵抗が変化する。下地
膜１４等の構成と効果については図１と同様であるので
説明を省略する。下地膜１４等の構成が本図と若干異な
っていても本発明の主旨に反するものではない。
【００４１】本発明のこの構成例で重要な主旨は、強磁
性固定層１５の構成に高分極率層１６を含む点にある。
図中に示したように、強磁性固定層１５を、非磁性中間
層１２に接する高分極率層１６、反強磁性膜１１に代表
される固定バイアス印加手段と接する側の第２の強磁性
膜１５２、上記第２の強磁性膜１５２と反平行結合膜１
５４を介して反強磁性的に結合した第１の強磁性膜１５
１から構成する。上記強磁性固定層１５に反平行結合層
１５４を含む構成は、磁気ヘッドへの適用に効果的であ
って、他の構成および用途に用いる場合は反平行結合層
１５４を含まない構成であっても本発明の主旨に反する
ものではない。
【００４２】上記の積層構成からなる軟磁性自由層１３
は一体の磁性膜として磁化過程を実現するよう、強磁性
的に結合する連続積層構成である。軟磁性自由層１３と
下地膜１４との間に磁歪、磁気特性および結晶性を改善
するための挿入層を含んでもよい。高分極率層１６は非
磁性中間層１２を介して軟磁性自由層１３、特に第１の
軟磁性膜１３１と隣接し、磁気抵抗効果を発生せしめ
る。この高分極率層１６は、１から２ｎｍ程度に薄く形
成すると特に層間結合磁界を低減する効果がある。 （実施例５）図５は本発明の磁気抵抗効果積層膜を用い
た磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構成例を、磁気媒体との
対向面から見た断面で示している。紙面で左右方向が磁
気ヘッドにおけるトラック幅方向、紙面奥行きが素子高
さ方向である。
【００４３】本実施例の磁気ヘッドは、基体５０上に下
部磁気シールド３５、下部ギャップ膜７１を形成し、そ
の上に、磁気抵抗効果積層膜１０および磁区制御膜４５
が形成されてなり、さらに上部ギャップ膜７２、上部磁
気シールド３６を形成して、再生信号を検出する再生ギ
ャップ４３を形成している。電極４０は磁気抵抗効果積
層膜１０に接触して配置され、感知電流の印加および電
気抵抗の変化の検出を行う。磁区制御膜４５は、硬磁性
膜あるいは反強磁性膜と交換結合して残留磁化を有する
磁性膜などから形成して磁気抵抗効果積層膜１０にわず
かに乖離して積層配置し、磁気抵抗効果積層膜１０に単
磁区化のためのバイアス効果を及ぼす機能を有する。
【００４４】上記において、磁気抵抗効果積層膜１０は
前記実施例１から実施例４までの構成例と同様でよい
が、磁区制御膜４５を積層配置する積層面側に軟磁性自
由層が配置される構成とすることが望ましい。再生磁気
ギャップ４３は磁気抵抗効果積層膜１０をおよそギャッ
プの中央部に保持し、磁気的信号が再生磁気ギャップ４
３に漏入する部分の高分解能な再生を可能にする。 （実施例６）図６は本発明の磁気抵抗効果積層膜を用い
た磁気抵抗効果型磁気ヘッドの別の構成例を、磁気媒体
との対向面から見た断面で示している。図５と同様に、
紙面で左右方向が磁気ヘッドにおけるトラック幅方向、
紙面奥行きが素子高さ方向である。
【００４５】本実施例の磁気ヘッドは、基体５０上に下
部磁気シールド３５、下部導電ギャップ膜７３を形成
し、その上に磁気抵抗効果積層膜１０および磁区制御膜
４５が形成され、さらに上部導電ギャップ膜７４、上部
磁気シールド３６を形成して、再生信号を検出する再生
ギャップ４３が形成されている。電極４０は磁気抵抗効
果積層膜１０および磁区制御膜４５に接触して配置さ
れ、感知電流を磁気抵抗効果積層膜１０の膜厚方向に印
加し、その電気抵抗の変化を検出する。
【００４６】ここで、磁区制御膜４５は、硬磁性膜ある
いは反強磁性膜と交換結合して残留磁化を有する磁性膜
などから形成して、磁気抵抗効果積層膜１０にわずかに
乖離して積層配置し、磁気抵抗効果積層膜１０に単磁区
化のためのバイアス効果を及ぼす機能を有する。
【００４７】磁気抵抗効果積層膜１０は、実施例１から
実施例４までの構成例と同様でよいが、磁区制御膜４５
を積層配置する積層面側に軟磁性自由層が配置される構
成とすることが望ましい。図中、反強磁性膜１１を磁気
抵抗効果積層膜１０の他の部分と同じ幅で構成した例を
記載してあるが、反強磁性膜１１を別のサイズに構成し
て電流が反強磁性膜１１を迂回して流れたりする構成と
してもよい。再生磁気ギャップ４３は磁気抵抗効果積層
膜１０を、およそギャップの中央部に保持し、磁気的信
号が再生磁気ギャップ４３に漏入する部分の高分解能な
再生を可能にする。 （実施例７）図７は本発明の磁気抵抗効果積層膜を用い
た磁気抵抗効果型磁気ヘッドのさらに別の構成例を、磁
気媒体との対向面から見た断面で示している。図５と同
様に、紙面で左右方向が磁気ヘッドにおけるトラック幅
方向、紙面奥行きが素子高さ方向である。
【００４８】本実施例の磁気ヘッドは、基体５０上に下
部磁気シールド３５、下部導電ギャップ膜７３を形成
し、その上に、磁気抵抗効果積層膜１０が形成され、さ
らに上部導電ギャップ膜７４、上部磁気シールド３６を
形成して、再生信号を検出する再生ギャップ４３が形成
されている。電極４０は、磁気抵抗効果積層膜１０に接
触して配置し、感知電流の印加と電気抵抗の変化の検出
を行う。磁区制御膜４５は、硬磁性膜あるいは反強磁性
膜と交換結合して残留磁化を有する磁性膜などから形成
して、トラック幅方向にパターニングされた磁気抵抗効
果積層膜１０の左右に端部がおよそ接するように配置
し、磁気抵抗効果積層膜１０に単磁区化のためのバイア
ス効果を及ぼす機能を有する。再生磁気ギャップ４３は
磁気抵抗効果積層膜１０をおよそギャップの中央部に保
持し、磁気的信号が再生磁気ギャップ４３に漏入する部
分の高分解能な再生を可能にしている。
【００４９】図８はＦｅ−Ｏ膜の組成と飽和磁束密度の
関係を示した図である。Ｆｅ−Ｏ層は測定のため０．３
μｍ程度の単層膜として形成した。マグネタイトＦｅ３
Ｏ４ターゲットを用いてスパッタ法で作製したＦｅを添
加しないＦｅ−Ｏ膜の飽和磁束密度は成膜時に０．２テ
スラ、２７０℃、３時間の熱処理後でも０．３テスラ以
下で、バルクのマグネタイトＦｅ３Ｏ４の飽和磁化、
０．６テスラの半分以下である。これに対して、Ｆｅを
３０ａｔ％程度加えたＦｅ−Ｏ膜では熱処理前で０．５
テスラ、熱処理後では０．７テスラ以上となった。この
時の磁化はＦｅの磁化の可能性がある。
【００５０】図９にＦｅ３１ａｔ％を添加したＦｅ−Ｏ
膜の成膜後（ａ）および熱処理後（ｂ）のＸ線回折曲線
を示す。結果は、熱処理前後で構造が異なることを示し
ている。成膜後（熱処理前）では通常のＦｅ（１１０）
より面間隔の広いブロードなピークが観察され、Ｆｅ−
Ｏ膜は酸素を固溶させたＦｅに近い構造であることがわ
かる。したがって磁化の多くはＦｅ３Ｏ４相というより
も金属Ｆｅの寄与であることが推測される。一方、熱処
理後では面間隔が狭い側にシフトしたＦｅ（１１０）に
近いピークと、Ｆｅ３Ｏ４（２２０）（３１１）に対応
するピークが明瞭に観察される。このことから、Ｆｅ−
Ｏ膜の熱処理によってＦｅ３Ｏ４が析出し、Ｆｅもしく
は酸素を固溶したＦｅとＦｅ３Ｏ４の混合膜になってい
ることがわかる。
【００５１】図１０にＦｅ３１ａｔ％を添加したＦｅ−
Ｏ膜の成膜後（ａ）および熱処理後（ｂ）の磁化曲線を
示す。成膜後の磁化曲線は保磁力が低く、垂直磁化的な
ループとなっており、非磁性母相中に強磁性のＦｅもし
くはＦｅ−Ｏ粒子が分散しているためと考えられる。こ
れに対し、熱処理後の磁化曲線は５００Ｏｅ程度の保磁
力を示しており、熱処理によって析出したマグネタイト
Ｆｅ３Ｏ４の結晶磁気異方性を反映していると考えられ
る。
【００５２】これらのＦｅ−Ｏ膜の電気抵抗は膜厚依存
性があるが、ここで示した約０．３μｍの膜では成膜後
１２２４μΩｃｍ、熱処理後５６６μΩｃｍであった。
【００５３】図１１はＦｅ３１ａｔ％を添加したＦｅ−
Ｏ層を軟磁性自由層に用いた場合および強磁性固定層に
用いた場合のスピンバルブ膜の磁化曲線および磁気抵抗
曲線である。Ｆｅ−Ｏ層の厚さはそれぞれ２０ｎｍおよ
び１０ｎｍである。磁気抵抗曲線の測定はスピンバルブ
膜に面内に電流を通じる、いわゆるＣＩＰ測定で行っ
た。
【００５４】Ｆｅ−Ｏ層を軟磁性自由層に用いた場合、
磁化曲線はＣｕ非磁性中間層が１０ｎｍと厚いにもかか
わらず、強磁性固定層の磁化曲線と軟磁性自由層の磁化
曲線が明確には分離していないことがわかる。これは強
磁性固定層と軟磁性自由層の間の層間結合が大きいため
である。ただし、磁化曲線の磁化量からは軟磁性自由層
に用いたＦｅ−Ｏ層が十分に強磁性であることがわか
る。したがって磁気抵抗曲線は１％以下の低い抵抗変化
率を示している。
【００５５】同様にＦｅ−Ｏ層を強磁性固定層に用いた
場合も、磁化曲線はＣｕ非磁性中間層が１０ｎｍと厚い
にもかかわらず、強磁性固定層の磁化曲線と軟磁性自由
層の磁化曲線が明確には分離していない。このため磁気
抵抗曲線は１％以下の低い抵抗変化率を示している。た
だし、磁化曲線の磁化量からは強磁性固定層に用いたＦ
ｅ−Ｏ層が十分に強磁性であることがわかり、また、強
磁性固定層をＦｅ−Ｏ層／ＣｏＦｅ層の積層としてＭｎ
Ｐｔ反強磁性膜と接した構成としたことで交換結合が得
られていることがわかる。
【００５６】図１２にＦｅ−Ｏ層の厚さとスピンバルブ
膜の磁化量、シート抵抗、および抵抗変化率を示す。図
１１と同様にＦｅ−Ｏ層を軟磁性自由層および強磁性固
定層に用いている。磁化量については比較のためＦｅ−
Ｏ単層膜の厚さと磁化量の関係も示した。
【００５７】Ｆｅ−Ｏ単層膜の磁化量はおよそ０．８テ
スラに対応する直線に沿って低下しているが、厚さが１
０ｎｍ以下になると磁化量がほぼゼロになってしまうこ
とがわかる。これに対してスピンバルブ膜にＦｅ−Ｏ層
を用いた場合には強磁性固定層、軟磁性自由層いずれの
場合でも、およそ１テスラの直線に乗っており、強磁性
固定層の場合では１ｎｍまで、軟磁性自由層の場合でも
１ｎｍまで直線的であることがわかる。すなわち、Ｆｅ
−Ｏ単層膜とは異なり、スピンバルブ膜中のＦｅ−Ｏ層
は１から２ｎｍ程度に薄い層としてもおよそ１テスラの
高い磁化を保っていることがわかる。これはスピンバル
ブ膜の下地効果およびＣｏＦｅ、Ｃｕなどの金属膜上に
Ｆｅ−Ｏ層を形成したことにより、結晶性が改善されて
いるためと考えられる。
【００５８】シート抵抗はＦｅ−Ｏ層の厚さにあまり依
存していない。これはＦｅ−Ｏ層が他の金属層に比べて
電気抵抗が高いためである。抵抗変化率は強磁性固定層
と軟磁性自由層との場合で厚さ依存性が異なっている。
Ｆｅ−Ｏ層を軟磁性自由層に用いた場合、Ｆｅ−Ｏ層が
２ｎｍより薄いと低下する。これはＦｅ−Ｏ層を軟磁性
自由層に用いた場合に磁化量が１ｎｍでは直線から外れ
ており、磁化が低減していることに対応していると考え
られる。しかしながらＦｅ−Ｏ層が２〜２０ｎｍでは、
Ｆｅ−Ｏ層が薄いほど抵抗変化率が増加している。これ
は層間結合磁界が、Ｆｅ−Ｏ層が薄いほど小さいことに
対応している。一方、Ｆｅ−Ｏ層を強磁性固定層に用い
た場合では、Ｆｅ−Ｏ層が１０ｎｍより薄いとむしろ抵
抗変化率が低下している。これはＣｕ層がＦｅ−Ｏ層上
に形成されることから、十分厚いＦｅ−Ｏ層上ではＣｕ
層が下地効果を受けるためと考えられる。さらに３ｎｍ
より薄い領域では、再び抵抗変化率が向上し、Ｆｅ−Ｏ
層が１ｎｍで高い抵抗変化率が得られている。これは、
Ｆｅ−Ｏ層が薄いと、層間結合磁界が低減していること
に対応している。また、強磁性固定層中のＦｅ−Ｏ層の
磁化量が１ｎｍでも良好であることに対応している。
【００５９】これらの結果で、強磁性固定層では軟磁性
自由層よりもさらに薄く１ｎｍでも良好な特性を示して
いる。これは強磁性固定層、軟磁性自由層という問題と
いうよりも、Ｆｅ−Ｏ層が強磁性金属ＣｏＦｅ層と接し
た構成の方が、より薄いＦｅ−Ｏ層の特性を向上してい
るものと考えられる。
【００６０】図１３はＦｅ−Ｏ層のＦｅ添加量、Ｃｕ非
磁性中間層の厚さとスピンバルブ膜の特性を示した図で
ある。抵抗変化率はＣｕ層が薄いほど増加するが、Ｃｕ
層が薄くなり層間結合磁界が大きくなると低下する。Ｃ
ｕ層が１０ｎｍではどの組成でもほぼ同じ抵抗変化率を
示すが、Ｆｅ添加量２０ａｔ％ではＣｕ７ｎｍで抵抗変
化率が低下し始め、以下、Ｆｅ添加量が増加するほど厚
いＣｕ層で抵抗変化率が低下していることがわかる。抵
抗変化率が最も高くなるのはＦｅ添加量が４０ａｔ％
で、Ｆｅ添加量３０〜５５ａｔ％で高い抵抗変化率が得
られることがわかった。この組成はすなわち、Ｆｅ−Ｆ
ｅ−Ｏ層のＦｅ添加量を２０から５５％まで増加させる
と、２０、３０、４０ａｔ％と抵抗変化率が向上してい
ることがわかる。一方で、シート抵抗はＦｅ組成に依ら
ず、Ｃｕ層の厚さで変化するのみであった。
【００６１】図１４はＦｅ−Ｏ層を用いたさまざまな構
成のスピンバルブ膜のＣｕ層の厚さと抵抗変化率および
シート抵抗の関係を示した図である。タイプＡ、Ｂ、Ｃ
は軟磁性自由層にＦｅ−Ｏ層のみを用いた構成、タイプ
Ｄ、Ｅは軟磁性自由層にＦｅ−Ｏ層／ＣｏＦｅ層の積層
体を用いた構成である。また、タイプＢ、Ｃ、Ｅは強磁
性固定層に酸化物挿入層を形成した構成である。タイプ
ＢとタイプＣの違いはＦｅ−Ｏ層の厚さが３ｎｍと２ｎ
ｍで異なる点である。
【００６２】タイプＡの構成ではＣｕ層が７ｎｍより薄
くなっても抵抗変化率は増加しないが、タイプＢはＣｕ
層の厚さが３〜５ｎｍであっても抵抗変化率の低下がな
い。さらにタイプＣ〜ＥではＣｕ層の厚さが３もしくは
２ｎｍまで抵抗変化率が増加し、５から７％の高い抵抗
変化率が得られている。このように、Ｆｅ−Ｏ層の厚さ
を低減し、また、１ｎｍ程度まで薄くしたＦｅ−Ｏ層を
ＣｏＦｅ層などとの積層体として機能させること、さら
には固定層に酸化物層を挿入することで、高い抵抗変化
率を得ることができる。
【００６３】また、シート抵抗については、固定層やＦ
ｅ−Ｏ層とＣｏＦｅ層の組み合わせによらずＣｕ層が薄
いほど高い抵抗を示していることがわかる。
【００６４】図１５は本発明の磁気抵抗効果素子を搭載
した磁気ヘッドの概念図である。基体５０上に磁気抵抗
効果積層膜１０、磁区制御膜（図示せず）、電極４０、
下部シールド３５、上部シールド３６、下部磁気コア８
４、コイル４２、上部コア８３を形成している。本図で
は上部磁気シールド３６と下部磁気コア８４を備えた構
造になっているが、上部磁気シールドと下部磁気コアと
を同一部材で兼用した構造としても本発明の主旨を損な
うものではない。
【００６５】図１６は本発明の磁気記録再生装置の構成
例である。磁気的に情報を記録する記録媒体９１を保持
するディスク９５をスピンドルモーター９３にて回転さ
せ、アクチュエーター９２によって、図１５に示す磁気
ヘッドが取り付けられたヘッドスライダー９０をディス
ク９５のトラック上に誘導する。すなわち磁気ディスク
装置においてはヘッドスライダー９０上に形成した再生
ヘッド、および記録ヘッドがこの機構に依ってディスク
９５上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号の
書き込みあるいは読み取りがなされる。アクチュエータ
ー９２はロータリーアクチュエーターであることが望ま
しい。
【００６６】記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘ
ッドにて媒体上に記録され、再生ヘッドの出力は、信号
処理系９４を経て再生信号としされる。さらに、再生ヘ
ッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して、
本再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の
位置を検出し、アクチュエーターを制御してヘッドスラ
イダーの位置決めを行うことができる。本図ではヘッド
スライダー９０、ディスク９５を各１個示したが、これ
らは複数であっても構わない。またディスク９５は両面
に記録媒体９１を有して情報を記録してもよい。情報の
記録がディスク両面の場合ヘッドスライダー９０はディ
スクの両面に配置する。
【００６７】上述したような構成について、本発明の磁
気ヘッドおよびこれを搭載した磁気記録再生装置を試験
した結果、充分な出力と、良好なバイアス特性を示し、
また動作の信頼性も良好であった。
【００６８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば良
好なバイアス特性と、出力の高い磁気抵抗効果素子と、
これを用いた磁気ヘッドが得られ、特に高い記録密度に
おいて良好な再生出力とバイアス特性を有する磁気ヘッ
ドおよび高密度磁気記録再生装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の磁気抵抗効果積層膜の積層
構成を示す断面図。
【図２】本発明の一実施例の磁気抵抗効果積層膜の積層
構成を示す断面図。
【図３】本発明の一実施例の磁気抵抗効果積層膜の積層
構成を示す断面図。
【図４】本発明の一実施例の磁気抵抗効果積層膜の積層
構成を示す断面図。
【図５】本発明の一実施例の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
の要部断面図。
【図６】本発明の一実施例の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
の要部断面図。
【図７】本発明の一実施例の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
の要部断面図。
【図８】Ｆｅ−Ｏ膜の組成と飽和磁束密度の関係を示し
た特性図。
【図９】Ｆｅ３１ａｔ％を添加したＦｅ−Ｏ膜の成膜後
および熱処理後のＸ線回折スペクトル。
【図１０】Ｆｅ３１ａｔ％を添加したＦｅ−Ｏ膜の成膜
後および熱処理後の磁化曲線を示す特性図。
【図１１】Ｆｅ３１ａｔ％を添加したＦｅ−Ｏ層を用い
たスピンバルブ膜の磁化曲線および磁気抵抗曲線を示す
特性図。
【図１２】Ｆｅ−Ｏ層の厚さとスピンバルブ膜の磁化
量、シート抵抗、および抵抗変化率を示す特性図。
【図１３】Ｃｕ非磁性中間層の厚さとスピンバルブ膜の
抵抗変化率およびシート抵抗の関係を示す特性図。
【図１４】Ｆｅ−Ｏ層を用いたさまざまな構成のスピン
バルブ膜のＣｕ層の厚さと抵抗変化率およびシート抵抗
の関係を示しす特性図。
【図１５】本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気ヘ
ッドの概念図。
【図１６】本発明の磁気記録再生装置の構成例を示すブ
ロック図。
【符号の説明】
１０…磁気抵抗効果積層膜、１１…反強磁性膜、１２…
非磁性中間層、１３…軟磁性自由層、１３１…第１の軟
磁性膜、１３２…第２の軟磁性膜、１４…下地膜、１５
…強磁性固定層、１５１…第１の強磁性膜、１５２…第
２の強磁性膜、１５３…第３の強磁性膜、１５４…反平
行結合層、１５５…酸化物挿入層、１６、１６１、１６
２…高分極率層、１７…磁歪制御下地膜、３０…保護
膜、３５…下部磁気シールド、３６…上部シールド、３
７…保護膜、４０…電極、４２…コイル、４３…再生ギ
ャップ、４４…記録トラック、４５…磁区制御膜、５０
…基体、６３…対向面、７１…下部ギャップ膜、７２…
上部ギャップ膜、７３…ギャップ膜、８３…上部磁気コ
ア、８４…下部磁気コア、９０…ヘッドスライダー、９
１…記録媒体、９２…アクチュエーター、９３…スピン
ドル、９４…信号処理系、９５…磁気ディスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 目黒 賢一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD65 5D034 BA03 BA04 BA08 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AC00 AC05 BA06 CB02 DB12 GC01

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】非磁性中間層を介して分離した少なくとも
    二層の強磁性層による強磁性層／非磁性中間層／強磁性
    層の積層構成を有し、外部の磁界に応じて上記強磁性層
    の互いの磁化の相対角度が変わって上記積層構成が磁気
    抵抗効果を生じる部材と、上記抵抗変化を検出するため
    の少なくとも一対の電極を有する磁気抵抗効果素子にお
    いて、少なくとも一方の強磁性層が高分極率層からな
    り、少なくとも一方の非磁性中間層／強磁性層界面が非
    磁性中間層／高分極率層の構成を有していて、上記高分
    極率層が主にハーフメタルなどの強磁性化合物もしくは
    強磁性化合物と金属の混合体からなることを特徴とする
    磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】非磁性中間層を介して分離した少なくとも
    二層の強磁性層による強磁性層／非磁性中間層／強磁性
    層の積層構成を有し、外部の磁界に応じて上記強磁性層
    の互いの磁化の相対角度が変わって上記積層構成が磁気
    抵抗効果を生じる部材と、上記抵抗変化を検出するため
    の少なくとも一対の電極を有する磁気抵抗効果素子にお
    いて、少なくとも一方の強磁性層が高分極率層と強磁性
    金属層の積層体からなり、少なくとも一方の非磁性中間
    層／強磁性層界面が非磁性中間層／高分極率層／強磁性
    金属層の構成を有していて、上記高分極率層が主にハー
    フメタルなどの強磁性化合物もしくは強磁性化合物と金
    属の混合体であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】非磁性中間層を介して分離した少なくとも
    二層の強磁性層による強磁性層／非磁性中間層／強磁性
    層の積層構成を有し、外部の磁界に応じて上記強磁性層
    の互いの磁化の相対角度が変わって上記積層構成が磁気
    抵抗効果を生じる部材と、上記抵抗変化を検出するため
    の少なくとも一対の電極を有する磁気抵抗効果素子にお
    いて、少なくとも一方の強磁性層が、強磁性化合物もし
    くは強磁性化合物を含有する高分極率層と強磁性金属層
    の積層体からなり、少なくとも一方の非磁性中間層／強
    磁性層界面が非磁性中間層／高分極率層／強磁性金属層
    の構成を有していて、上記高分極率層が主にマグネタイ
    トまたはＦｅ３Ｏ４−ｘ（ｘは０から３、望ましくは２
    から３）、またはＭＦｅ２Ｏ４−ｘ（Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、
    Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、ｘは０から３、望ましくは２
    から３）の組成からなる強磁性酸化物、あるいは上記強
    磁性酸化物とＦｅとの混合体、あるいは上記強磁性酸化
    物とＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを含む強磁性金属との混合体
    であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】上記強磁性層／非磁性中間層／強磁性層の
    積層構成のいずれか一方の強磁性層が、反強磁性膜と直
    接全面に積層した交換結合などの固定手段により、感知
    すべき磁界に対して実質的にその磁化方向が固定されて
    なることを特徴とする前記請求項ないし３のいずれか記
    載の磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】第１の強磁性金属層／非磁性中間層／第２
    の強磁性層／反平行結合層／第３の強磁性金属層／反強
    磁性膜の積層構成を有し、上記反強磁性膜による交換結
    合力で上記反強磁性膜と直接全面に積層した交換結合で
    上記第３の強磁性層の磁化が感知すべき磁界に対して実
    質的にその磁化方向が固定され、上記反平行結合層によ
    る交換結合力で上記第２の強磁性層の磁化が上記第３の
    強磁性層の磁化に対して反平行に固定され、その結果上
    記第２の強磁性金属層の磁化が感知すべき磁界に対して
    実質的にその磁化方向が固定され、外部の磁界に応じて
    上記第１の強磁性層と第２の強磁性層の相対角度が変わ
    って上記積層構成が磁気抵抗効果を生じる部材と、上記
    抵抗変化を検出するための少なくとも一対の電極を有す
    る磁気抵抗効果素子において、上記第２の強磁性層が強
    磁性酸化物もしくは高分極率を有する強磁性酸化物と強
    磁性金属の混合体である高分極率層と、強磁性金属層と
    の積層体からなり、第１の強磁性層／非磁性中間層／高
    分極率層／強磁性金属層の構成を有することを特徴とす
    る磁気抵抗効果素子。
  6. 【請求項６】第１の強磁性金属層／非磁性中間層／第２
    の強磁性層／反平行結合層／第３の強磁性金属層／反強
    磁性膜の積層構成を有し、上記反強磁性膜による交換結
    合力で上記反強磁性膜と直接全面に積層した交換結合で
    上記第３の強磁性層の磁化が感知すべき磁界に対して実
    質的にその磁化方向が固定され、上記反平行結合層によ
    る交換結合力で上記第２の強磁性層の磁化が上記第３の
    強磁性層の磁化に対して反平行に固定され、その結果上
    記第２の強磁性金属層の磁化が感知すべき磁界に対して
    実質的にその磁化方向が固定され、外部の磁界に応じて
    上記第１の強磁性層と第２の強磁性層の相対角度が変わ
    って上記積層構成が磁気抵抗効果を生じる部材と、上記
    抵抗変化を検出するための少なくとも一対の電極を有す
    る磁気抵抗効果素子において、上記第１の強磁性層およ
    び第２の強磁性層が強磁性酸化物もしくは高分極率を有
    する強磁性酸化物と強磁性金属の混合体である高分極率
    層と強磁性金属層との積層体からなり、第１の強磁性金
    属層／第１の高分極率層／非磁性中間層／第２の高分極
    率層／第２の強磁性金属層の構成を有することを特徴と
    する磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】上記高分極層が０．５ｎｍから５ｎｍ、好
    ましくは１ｎｍから３ｎｍの厚さであることを特徴とす
    る請求項１ないし６のいずれか記載の磁気抵抗効果素
    子。
  8. 【請求項８】上記非磁性中間層がＣｕあるいはＡｕ、Ａ
    ｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ
    などの導電性金属からなることを特徴とする請求項１な
    いし７のいずれか記載の磁気抵抗効果素子。
  9. 【請求項９】上記非磁性中間層がアルミナなどの絶縁膜
    からなり、上記磁気抵抗効果がトンネル磁気抵抗効果で
    あることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載
    の磁気抵抗効果素子。
  10. 【請求項１０】上記強磁性層が、電子反射層、拡散制御
    層、もしくは結晶性改善層のいずれかの機能を有する酸
    化物挿入層を含み、強磁性金属層／酸化物挿入層／強磁
    性金属層の構成を有することを特徴とする請求項１ない
    し９のいずれか記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 【請求項１１】上記電極が上記積層構成の積層面に平行
    な方向に電流を印加する構造となっていることを特徴と
    する請求項１ないし１０のいずれか記載の磁気抵抗効果
    素子。
  12. 【請求項１２】上記電極が上記積層構成の膜厚方向に電
    流を印加する構造となっていることを特徴とする請求項
    １ないし１０のいずれか記載の磁気抵抗効果素子。
  13. 【請求項１３】上記高分極率層が、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、
    Ｍｎ、Ｃｒの酸化物あるいはこれらの混合の酸化物と、
    Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの金属またはこれらの合
    金を同時蒸着などの真空薄膜形成手段で混合形成し、２
    ００℃から４００℃の熱処理を行って形成することを特
    徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の磁気抵抗効
    果素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】金属薄膜層を形成し、上記金属薄膜層を
    酸素等の反応性気体雰囲気中に暴露して酸化あるいは化
    合せしめて、上記高分極率層を形成したことを特徴とす
    る請求項１ないし７のいずれか記載の磁気抵抗効果素子
    の製造方法。
  15. 【請求項１５】請求項１ないし１２のいずれか記載の磁
    気抵抗効果素子を感磁部に用いた磁気ヘッド。
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