JP2003124540A

JP2003124540A - 磁気抵抗効果型素子、磁気抵抗効果型ヘッド

Info

Publication number: JP2003124540A
Application number: JP2001315206A
Authority: JP
Inventors: Eiji Makino; 栄治牧野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】反強磁性層と固定層の交換結合磁界が低下する
ことなく、スピン依存散乱を十分に得ることができ、従
来よりもＧＭＲ効果が高い磁気抵抗効果型素子および磁
気抵抗効果型ヘッドを提供する。【解決手段】外部磁界に応じて磁化方向が変化する軟磁
性材料からなる自由磁性層３と、自由磁性層３に隣接す
る非磁性材料からなる非磁性スペーサ層４と、非磁性ス
ペーサ層４に隣接する強磁性体材料からなる固定磁性層
５と、前記固定磁性層５と隣接する反強磁性材料からな
り固定磁性層５の磁化を固定する反強磁性層６と、反強
磁性層６に隣接し金属材料からなるバックレイヤ層７と
を設ける。バックレイヤ層７を設けることにより、従来
よりもＧＭＲ効果が高い磁気抵抗効果型素子および磁気
抵抗効果型ヘッドを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、磁気媒
体に磁気の状態により記憶された情報を検出する磁気抵
抗効果型素子および磁気抵抗効果型ヘッドに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、データを高い密度で磁気記録媒体
から読み取る場合に、磁気抵抗（ＭＲ：Magnetoresisti
ve）効果を用いてそのデータを検出するＭＲ素子が知ら
れている。

【０００３】近年では、強磁性金属と非磁性金属による
磁気多層構造中の伝導電子のスピン依存散乱効果による
巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（Giant magnetores
istive）素子（以後、磁気抵抗効果型素子とも言う）も
知られている。

【０００４】ＧＭＲ素子では、強磁性材料からなる外部
磁場に応じて磁化が変化する自由層と、強磁性材料から
なる固定層と、自由層と固定層の間に形成された非磁性
材料からなるスペーサ層と、固定層に隣接し固定層の磁
化を固定する反強磁性層とを含む構造のスピンバルブ
（ＳＶ）膜を有するＧＭＲ素子が知られている。

【０００５】上述のＧＭＲ素子では、強磁性層の磁化配
列が平行状態または反平行状態に依存して、伝導電子の
平均自由行程が変化することを利用している。

【０００６】したがって、ＧＭＲ素子では、磁気抵抗変
化率であるＭＲ比を大きくするには、強磁性層のスピン
分極率を大きくするだけでなく、自由層および固定層の
２つの強磁性体の磁化方向が平行状態または反平行状態
によって、伝導電子の平均自由行程が大きく変化するこ
とも重要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＧ
ＭＲ素子の伝導電子の平均自由行程は、材料に依存する
定数であるが、構造的な制約も受ける。ＳＶ膜の固定層
および自由層が薄いと、磁化配列に依存した平均自由行
程の差も膜厚に起因して小さくなってしまうという問題
があった。

【０００８】たとえば、磁気ヘッドへの応用を考えた場
合には、磁気記録媒体からの信号磁束が高密度化ととも
に小さくなる。この際、十分な自由層の磁化回転を得る
ためには、その膜厚（厳密には、単位体積当たりの飽和
磁化Ｍs と膜厚ｔの積Ｍs ・ｔ）も同時に薄く（小さ
く）する必要があった。しかし、それに伴いＭＲ比が低
下してしまうという問題があった。

【０００９】これを回避する方法としては特許公報第２
７４４８３号で開示されているように、非磁性高導電層
膜を自由層（フリー磁性層とも言う）の背部に接合する
構造のＧＭＲ素子が知られている。

【００１０】このような背部層を設けたことによるＭＲ
比が増大するという効果は自由層に限った現象ではな
く、固定層においても同様の効果が得られる。ところ
が、固定層の膜厚を過剰に厚くした場合には、反強磁性
層との間に働く交換結合磁界が低下し応用上問題が発生
する。そのため、磁気ヘッドでは固定層の膜厚を、たと
えば、１．８〜２．５ｎｍ程度に制限してきた。このた
め、固定層においても自由層と同様にＭＲ比を低下させ
る原因となっていた。

【００１１】特に、検出電流であるセンス電流をＧＭＲ
素子の積層方向に垂直に流すＣＰＰ（Current perpendi
cular to plane）型ＧＭＲ素子では、上述した問題がよ
り大きくなる。

【００１２】ＧＭＲ効果の原因としては、強磁性層と非
磁性層の界面近傍におけるスピンに依存した電子散乱
や、たとえば、強磁性層内部におけるスピンに依存した
電子散乱などがある。

【００１３】特に、ＣＰＰモードでのＧＭＲ効果は、強
磁性体と非磁性体の界面で発生するスピン依存散乱に対
する磁性体内部での電子散乱の寄与の割合が、センス電
流をＳＶ膜の面内方向に流すＣＩＰ（Current In Plan
e）モードに比べて大きいとされる。つまり、大きなＧ
ＭＲ効果を得るには、強磁性体が十分に厚いことが重要
となる。ところが、たとえば固定層においては、これが
厚いときには実用上必要とされる交換結合磁界が低下す
るために、固定相の膜厚を比較的薄く設定する必要があ
った。そのために、本来ＣＩＰモードに比べて大きなＧ
ＭＲ効果が得られるとされるＣＰＰモードにおいても、
その効果を十分に活かせないという問題があった。

【００１４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、反強磁性層と固定層の交換結合
磁界が低下することなく、スピン依存散乱を十分に得る
ことができ、従来よりもＧＭＲ効果が高い磁気抵抗効果
型素子および磁気抵抗効果型ヘッドを提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果型素子は、自由層と固定層と反強磁性層およびスペー
サ層の積層順序の違いを意味する、いわゆるトップタイ
プＳＶ、ボトムタイプＳＶ、およびデュアルタイプＳＶ
の３つのタイプに適用される。また、本発明に係る磁気
抵抗効果型ヘッドにおいても、そのＳＶ膜は、自由層と
固定層と反強磁性層およびスペーサ層の積層順序の違い
を意味する、いわゆるトップタイプＳＶ、ボトムタイプ
ＳＶ、およびデュアルタイプＳＶの３つのタイプに適用
される。以下に、これらの積層順序別タイプ別に前記目
的を達成するための手段を示す。

【００１６】前記目的を達成するために、本発明の磁気
抵抗効果型素子は、トップタイプＳＶとして、外部磁界
に応じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由層
と、前記自由層の上に積層された非磁性材料からなるス
ペーサ層と、前記スペーサ層の上に積層された強磁性材
料からなる固定層と、前記固定層の上に積層され反強磁
性材料からなり前記固定層の磁化を固定する反強磁性層
と、前記反強磁性層の上に積層された金属導電性材料か
らなる背部層とを有する。

【００１７】さらに、前記目的を達成するために、本発
明の磁気抵抗効果型ヘッドは、トップタイプＳＶとし
て、磁気抵抗効果型素子を感磁部とする磁気抵抗効果型
ヘッドであって、前記磁気抵抗効果型素子は、外部磁界
に応じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由層
と、前記自由層の上に積層された非磁性材料からなるス
ペーサ層と、前記スペーサ層の上に積層された強磁性材
料からなる固定層と、前記固定層の上に積層され反強磁
性材料からなり前記固定層の磁化を固定する反強磁性層
と、前記反強磁性層の上に積層された金属導電性材料か
らなる背部層とを有する。

【００１８】さらに、前記目的を達成するために、本発
明の磁気抵抗効果型素子は、ボトムタイプＳＶとして、
金属導電性材料からなる背部層と、前記背部層の上に積
層された反強磁性層と、前記反強磁性層の上に積層さ
れ、前記反強磁性層により磁化が固定され、強磁性材料
からなる固定層と、前記固定層の上に積層された非磁性
材料からなるスペーサ層と、前記スペーサ層の上に積層
され外部磁界に応じて磁化方向が変化する軟磁性材料か
らなる自由層とを有する。

【００１９】さらに、前記目的を達成するために、本発
明の磁気抵抗効果型ヘッドは、ボトムタイプＳＶとし
て、磁気抵抗効果型素子を感磁部とする磁気抵抗効果型
ヘッドであって、前記磁気抵抗効果型素子は、金属導電
性材料からなる背部層と、前記背部層の上に積層された
反強磁性層と、前記反強磁性層の上に積層され、前記反
強磁性層により磁化が固定され、強磁性材料からなる固
定層と、前記固定層の上に積層された非磁性材料からな
るスペーサ層と、前記スペーサ層の上に積層され外部磁
界に応じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由
層とを有する。

【００２０】また、好適には、前記背部層の少なくとも
一部には、前記固定層に含まれる材料と等しい材料を含
む。

【００２１】また、好適には、前記背部層の少なくとも
一部には、前記スペーサ層に含まれる材料と等しい材料
を含む。

【００２２】また、好適には、前記背部層は、強磁性層
と非磁性層とを含む多層膜で形成されている。

【００２３】また、好適には、前記背部層の前記強磁性
層の少なくとも一部には、前記固定層に含まれる材料と
等しい材料を含み、前記背部層の前記非磁性層の少なく
とも一部には、前記スペーサ層に含まれる材料と等しい
材料を含む。

【００２４】また、好適には、前記強磁性材料は、少な
くとも、ＣｏＦｅを含む。

【００２５】また、好適には、前記強磁性材料は、Ｃｏ
系の材料を含む。

【００２６】また、好適には、前記非磁性材料は、Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ単体またはその合金で形成されている。

【００２７】また、好適には、前記反強磁性層は、不規
則系反強磁性体で形成されている。

【００２８】また、好適には、前記不規則系反強磁性体
は、Ｍｎ系の材料を含む。

【００２９】また、好適には、通電時のセンス電流の方
向が積層面に対して略垂直方向である。

【００３０】また、好適には、通電時のセンス電流の方
向が積層面に対して略水平方向である。

【００３１】さらに、前記目的を達成するために、本発
明の磁気抵抗効果型素子は、デュアルタイプＳＶとし
て、金属導電性材料からなる第１の背部層と、前記第１
の背部層の上に積層された第１の反強磁性層と、前記第
１の反強磁性層の上に積層され、前記第１の反強磁性層
により磁化が固定され、強磁性材料からなる第１の固定
層と、前記第１の固定層の上に積層された非磁性材料か
らなる第１のスペーサ層と、前記第１のスペーサ層の上
に積層され外部磁界に応じて磁化方向が変化する軟磁性
材料からなる自由層と、前記自由層の上に積層された非
磁性材料からなる第２のスペーサ層と、前記第２のスペ
ーサ層の上に積層され強磁性材料からなる第２の固定層
と、前記第２の固定層の上に積層され、前記第２の固定
層の磁化を固定し、反強磁性材料からなる第２の反強磁
性層と、前記第２の反強磁性層の上に積層され金属導電
性材料からなる第２の背部層とを有する。

【００３２】さらに、前記目的を達成するために、本発
明の磁気抵抗効果型ヘッドは、デュアルタイプＳＶとし
て、磁気抵抗効果型素子を感磁部とする磁気抵抗効果型
ヘッドであって、前記磁気抵抗効果型素子は、金属導電
性材料からなる第１の背部層と、前記第１の背部層の上
に積層された第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性
層の上に積層され、前記第１の反強磁性層により磁化が
固定され、強磁性材料からなる第１の固定層と、前記第
１の固定層の上に積層された非磁性材料からなる第１の
スペーサ層と、前記第１のスペーサ層の上に積層され外
部磁界に応じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる
自由層と、前記自由層の上に積層された非磁性材料から
なる第２のスペーサ層と、前記第２のスペーサ層の上に
積層され強磁性材料からなる第２の固定層と、前記第２
の固定層の上に積層され、前記第２の固定層の磁化を固
定し、反強磁性材料からなる第２の反強磁性層と、前記
第２の反強磁性層の上に積層され金属導電性材料からな
る第２の背部層とを有する。

【００３３】好適には、前記第１および第２の背部層の
少なくとも一部には、前記第１および第２の固定層に含
まれる材料と等しい材料を含む。

【００３４】また、好適には、前記第１および第２の背
部層の少なくとも一部には、前記第１および第２のスペ
ーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む。

【００３５】また、好適には、前記第１および第２の背
部層は、強磁性層と非磁性層とを含む多層膜で形成され
ている。

【００３６】また、好適には、前記第１および第２の背
部層の前記強磁性層の少なくとも一部には、前記第１お
よび第２の固定層に含まれる材料と等しい材料を含み、
前記第１および第２の背部層の前記非磁性層の少なくと
も一部には、前記第１および第２のスペーサ層に含まれ
る材料と等しい材料を含む。

【００３７】また、好適には、前記強磁性材料は、少な
くとも、ＣｏＦｅを含む。

【００３８】また、好適には、前記強磁性材料は、Ｃｏ
系の材料を含む。

【００３９】また、好適には、前記非磁性材料は、Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ単体またはその合金で形成されている。

【００４０】また、好適には、前記第１および第２の反
強磁性層は、不規則系反強磁性体で形成されている。

【００４１】また、好適には、前記不規則系反強磁性体
は、Ｍｎ系の材料を含む。

【００４２】また、好適には、通電時のセンス電流の方
向が積層面に対して略垂直方向である。

【００４３】また、好適には、通電時のセンス電流の方
向が積層面に対して略水平方向である。

【００４４】本発明によれば、たとえば、自由層、スペ
ーサ層、固定層、反強磁性層、および背部層が積層され
て磁気抵抗効果型素子が形成されている。そして、その
磁気抵抗効果型素子を感磁部として、磁気抵抗効果型ヘ
ッドが形成されている。

【００４５】固定層では、固定層内部の磁化が隣接する
反強磁性層により所定の方向に固定されている。自由層
では、外部磁場に応じて自由層内の磁化方向が変化す
る。そして、たとえば、磁気抵抗効果型素子の積層面に
対して垂直方向に検出電流であるセンス電流が流れる。

【００４６】磁気抵抗効果型素子では、たとえば、反強
磁性層により固定された固定層内の磁化方向と、外部磁
場に応じて変化した自由層内の磁化方向との角度に応じ
て抵抗値が変化し、それに応じてセンス電流が増減し、
外部磁場が検出される。そして、反強磁性層に隣接する
ように金属導電性材料からなる背部層を形成すると、た
とえば、強磁性材料で形成された固定層および反強磁性
層において電子散乱を受けずに通過したスピン情報を維
持した極少数存在する伝導電子においても、ＧＭＲ効果
を引き出すことが可能になり、結果として磁気抵抗効果
が増大する。

【００４７】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態図１は、本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第１の実施
の形態を模式的に示す図である。

【００４８】第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子１は、下地層２、自由磁性層３、非磁性スペーサ層
４、固定磁性層５、反強磁性層６、背部層であるバック
レイヤ層７、および保護層８を有する。

【００４９】磁気抵抗効果型素子１は、たとえば、下地
層２の上に自由磁性層３が積層され、その上に非磁性ス
ペーサ層４が積層され、その上に固定磁性層５が積層さ
れ、その上に反強磁性層６が積層され、その上にバック
レイヤ層７が積層され、その上に保護層８が順に積層さ
れている。

【００５０】上述の磁気抵抗効果型素子１は、固定磁性
層５および反強磁性層６が、図１において、自由磁性層
３よりも上部に形成されているので、一般にトップ型磁
気抵抗効果型素子と呼ばれる。

【００５１】下地層２は、金属導電性材料で形成されて
いる。また、下地層２は、センス電流のうち、ＧＭＲ効
果に寄与しない分流（分流損）を低減するために、高抵
抗の金属導電性材料で形成されていることが好ましい。
下地層２は、たとえば、ＴａおよびＮｉＦｅＣｒにより
形成されており、膜厚がＴａおよびＮｉＦｅＣｒともに
約３．０ｎｍである。

【００５２】自由磁性層３は、外部磁界に応じて自由磁
性層３の内部の磁化方向が変化する。また、自由磁性層
３は、軟磁性材料で形成されており、たとえば、ＣｏＦ
ｅで形成されており、膜厚が約２．０ｎｍである。たと
えば、軟磁性材料は、外部磁場に応じて磁化が変化する
強磁性材料である。

【００５３】非磁性スペーサ層４は、非磁性材料で形成
されており、たとえば、Ｃｕで形成された単層膜であ
り、膜厚が約２．５ｎｍである。

【００５４】固定磁性層５は、強磁性体で形成されてお
り、反強磁性層６により内部磁化が固定されている。固
定磁性層５は、たとえば、ＣｏＦｅで形成されており、
膜厚が約３．０ｎｍである。

【００５５】反強磁性層６は、固定磁性層５に対して交
換結合することにより、外部磁場のよる外乱に対して
も、固定磁性層５の磁化を固定（ピン止めとも言う）す
る。

【００５６】上述のピン止め効果を示すためには、反強
磁性層６は、たとえば、固定磁性層５との交換結合磁界
（Ｈex）が２００エルステッド（Ｏｅ）以上であり、一
方向異方性の消失する温度であるブロッキング温度が２
５０℃以上であり、センス電流の分流によりＭＲ比の低
下を防ぐために比抵抗が大きく、および耐食性が良いこ
と等の条件を満たすことが好ましい。

【００５７】また、製造の都合上、反強磁性層６を作成
した後に、磁場を印加して反強磁性層６の内部磁化に対
して一方向異方性を付与可能であることが好ましい。ま
た、近年のＭＲヘッドの狭ギャップ化に対応するために
は、薄い膜厚で十分な交換結合磁界（Ｈex）が得られる
ことが好ましい。

【００５８】また、反強磁性層６は、たとえば、成膜後
に熱処理を行い形成され組成比が決まっている規則系反
強磁性体や、好ましくは、成膜後に熱処理を行わないで
形成され組成比に幅がある不規則系反強磁性体で構成さ
れる。それは、規則系反強磁性体よりも不規則系反強磁
性体のほうが、臨界膜厚が薄い、つまり膜厚を薄く形成
することができるということが要因の一つである。

【００５９】また、反強磁性層６の膜厚が薄いとスピン
を有する伝導電子が反強磁性層で拡散される確率が低減
されることになり、反強磁性層６を介してバックレイヤ
層７にまで所望のスピン状態の伝導電子が進入する確率
が高くなる。このため磁気抵抗効果が増大する。

【００６０】反強磁性層６を形成する規則系反強磁性体
としては、たとえば、ＮｉＭｎ系のＮｉＭｎ，ＰｄＰｔ
Ｍｎ，ＰｔＭｎ等がある。また、反強磁性層６を形成す
る不規則系反強磁性体としては、たとえば、γ−Ｍｎ系
であるＩｒ−Ｍｎ，Ｒｈ−Ｍｎ，Ｒｕ−Ｍｎや、Ｆｅ−
Ｍｎ系であるＦｅ−Ｍｎや、Ｃｒ−Ｍｎ系であるＣｏ−
Ｍｎ−Ｐｔ等がある。

【００６１】たとえば、規則系反強磁性体のＮｉＭｎ
は、臨界膜厚が約２５〜４０ｎｍであり、不規則系反強
磁性体のＩｒ−Ｍｎは、臨界膜厚が約３〜１０ｎｍであ
り、Ｒｈ−Ｍｎは、臨界膜厚が約１０ｎｍである。

【００６２】バックレイヤ層７は、金属導電性材料で形
成されており、たとえば、強磁性体の単層膜で構成され
ている。また、バックレイヤ層７は、固定磁性層５と同
じ磁性材料で形成されることが好ましい。これは、固定
磁性層５とバックレイヤ磁性層７のポテンシャルを同じ
にするためである。

【００６３】また、バックレイヤ層７は、低抵抗な金属
導電性材料で形成されていることが好ましい。

【００６４】また、バックレイヤ層７を形成することに
より、後述するように、磁気抵抗効果型素子のＧＭＲ効
果を向上することができる。

【００６５】保護層８は、金属導電性材料で形成され上
述の積層膜を保護する。たとえば、保護層８は、センス
電流の分流損を低減するために、高抵抗の金属導電性材
料で形成されていることが好ましい。保護層８は、たと
えば、具体的には、Ｔａで形成された単層膜であり膜厚
は約３．０ｎｍである。

【００６６】上述の構成の磁気抵抗効果型素子１におい
ては、固定磁性層５では、固定磁性層５の内部の磁化が
隣接する反強磁性層６により所定の方向に固定されてお
り、自由磁性層３では、外部磁場に応じて自由磁性層３
の内部の磁化方向が変化する。

【００６７】そして、たとえば、磁気抵抗効果型素子１
の積層面に対して略垂直方向にセンス電流が流れる。そ
して、反強磁性層６により固定された固定磁性層５の内
部の磁化方向と、外部磁場に応じて変化した自由磁性層
３の内部の磁化方向との角度に応じて抵抗値が変化し、
それに応じてセンス電流が増減し、外部磁場が検出され
る。

【００６８】そして、反強磁性層６に隣接するように、
低抵抗の金属導電性材料による背部層であるバックレイ
ヤ層７を形成することにより、たとえば、固定磁性層５
および反強磁性層６において電子散乱を受けずに通過し
たスピン情報を維持した極少数存在する伝導電子におい
ても、ＧＭＲ効果を引き出すことが可能になり、結果と
して磁気抵抗効果が増大する。

【００６９】次に、上述の磁気抵抗効果型素子１の磁気
抵抗変化率（ＭＲ比とも言う）、シート抵抗値Ｒ_sq、お
よびコンダクタンス変化量ｄＧの特性の測定を行った。

【００７０】測定した磁気抵抗効果型素子１の構成およ
び膜厚は、下地層２／自由磁性層３／非磁性スペーサ層
４／固定磁性層５／反強磁性層６／バックレイヤ層７／
保護層８の順に、Ｔａ（３．０ｎｍ）およびＮｉＦｅＣ
ｒ（３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ
（２．５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）／ＩｒＭｎ
（３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）／Ｔａ（３．
０ｎｍ）である。

【００７１】また、磁気抵抗効果型素子１は、成膜後に
２００℃で４時間、２０００エルステッド（Ｏｅ）の磁
界中で熱処理を行っている。磁気抵抗の測定には、磁気
抵抗効果型素子１の積層膜に略平行に検出電流を流し、
磁場中における抵抗を測定した。

【００７２】上述の磁気抵抗効果型素子の特性の測定結
果を、図２を参照しながら説明する。

【００７３】図２（ａ）は、磁気抵抗効果型素子に、固
定磁性層５の固定された磁化の方向を正方向として磁場
を約−８００〜８００エルステッド（Ｏｅ）の範囲で変
化させて印加した場合のＭＲ比を示す図である。この測
定結果の曲線は、一般にメジャーループと呼ばれる。

【００７４】図２（ｂ）は、磁場を上述のように、磁場
を固定磁性層５の固定された磁化の方向を正方向とし
て、磁場を約−４０〜４０エルステッド（Ｏｅ）の範囲
で変化させて印加した場合のＭＲ比を示す図である。こ
の測定結果の曲線は、一般にマイナーループと呼ばれ
る。実用上、一般的に使用される磁場の大きさは、この
範囲内である。

【００７５】ＭＲ比は、磁場を上述した範囲内で変化さ
せた場合の電気抵抗の最大値Ｒ_maxおよび最小値Ｒ_min
を用いて、数式１で表される。

【００７６】

【数１】ＭＲ比＝（（Ｒ_max −Ｒ_min ）／Ｒ_min ）×１００

【００７７】上述の図２（ａ），（ｂ）は、実際には、
磁場を所定の範囲で変化させた場合の抵抗値の変化を示
す曲線であるが、数式１で示したＭＲ比で規格化し変換
して表している。

【００７８】磁気抵抗効果型素子１は、図２（ａ）に示
すように、磁場を正の方向に印加した場合、つまり、固
定磁性層５の磁化の方向に印加した場合には、自由磁性
層３の磁化が印加した磁場の方向と平行になり、自由磁
性層３の磁化と固定磁性層５の磁化の方向が平行になる
ので抵抗が低い、つまり、ＭＲ比がほぼ０である。

【００７９】通常、磁場を印加しない場合、つまり、磁
場の大きさが０エルステッド（Ｏｅ）の場合では、固定
磁性層５の磁化の方向と自由磁性層３の磁化の方向がほ
ぼ平行であるのでＭＲ比が０（％）であるが、本測定の
磁気抵抗効果型素子ではＭＲ比が０（％）ではない。こ
れは、磁場を印加しない状態では、自由磁性層３と固定
磁性層５の磁化の方向が平行な状態よりも微小な角度を
有した状態であると推測される。

【００８０】また、印加磁場を負の方向、つまり、磁場
が固定磁性層５の磁化の方向と逆の方向に印加した場合
には、自由磁性層３の磁化の方向がそれに応じて変化
し、固定磁性層５の磁化と反平行になるので、抵抗が高
くなりＭＲ比が高くなる。

【００８１】また、実用上用いられる範囲の磁場を印加
して測定すると、図２（ｂ）に示すように、０（Ｏｅ）
から逆方向に磁場を印加した場合には、−１０（Ｏｅ）
付近で約６（％）の値になり、−４０（Ｏｅ）付近で飽
和し、また−１０（Ｏｅ）付近にまで磁場を印加する
と、約１．５（％）の値になり、正の方向に磁場を印加
していくと、飽和して０（％）の値になる。このよう
に、図２（ｂ）に示したように、歪みの少ないＦｒｅｅ
特性が得られた。

【００８２】シート抵抗Ｒ_sqは、磁場を上述した範囲内
で変化された場合の最小抵抗値Ｒ_mi _n である。コンダク
タンス変化量ｄＧは、下記の数式２を用いて算出した。

【００８３】

【数２】ｄＧ＝Ｇ_max −Ｇ_min ＝（１／Ｒ_min ）−（１
／Ｒ_max ）

【００８４】コンダクタンス変化量ｄＧは、特許公報第
２７４４８８３号に記述しているように、磁気抵抗効果
型素子において測定可能なマクロ量であり、ＧＭＲ効果
という物理現象を表す重要な指標である。

【００８５】上述の数式および定義を用いて測定値か
ら、シート抵抗値Ｒ_sqが２５．５０（Ω）、ＭＲ比が
７．６２（％）、コンダクタンス変化量ｄＧが２．７８
（ｍｍｈｏ）という測定結果が得られた。

【００８６】測定結果の比較のため、バックレイヤ層の
ない一般的構造の磁気抵抗効果素子についても同様な特
性の測定を行った。

【００８７】図３は、一般的構造の磁気抵抗効果型素子
を模式的に示す図である。

【００８８】一般的構造の磁気抵抗効果型素子１ａは、
図３に示すように、磁気抵抗効果型素子１と比べて、バ
ックレイヤ層７が形成されていない。その他の構成要素
については、磁気抵抗効果型素子１と同様なので説明を
省略する。

【００８９】測定に用いた磁気抵抗効果型素子１ａの構
成および膜厚は、下地層２／自由磁性層３／非磁性スペ
ーサ層４／固定磁性層５／反強磁性層６／保護層８の順
に、Ｔａ（３．０ｎｍ）およびＮｉＦｅＣｒ（３．０ｎ
ｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／
ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）／ＩｒＭｎ（３．０ｎｍ）／Ｔ
ａ（３．０ｎｍ）である。

【００９０】測定については、上述した磁気抵抗効果型
素子１の特性を測定した場合と同じ条件である。

【００９１】図４（ａ）および（ｂ）は、一般的構造の
磁気抵抗効果型素子１ａに関して、図２（ａ）および
（ｂ）と同じ測定条件で得られた図である。

【００９２】測定結果としては、ＭＲ比は７．４２
（％）、シート抵抗値Ｒ_sqは、２６．７５（Ω）、コン
ダクタンス変化量ｄＧは２．５８（ｍｍｈｏ）であっ
た。

【００９３】上述した磁気抵抗効果型素子１と磁気抵抗
効果型素子１ａの測定結果を比較すると、磁気抵抗効果
型素子１では、コンダクタンス変化量ｄＧについて、約
７．７５％向上するという結果が得られた。マイナール
ープ特性は、著しい変化はしておらず、良好なＦｒｅｅ
特性が得られていることも確認した。

【００９４】上述したように、金属導電性材料で形成さ
れた下地層２と、下地層２の上に積層され外部磁界に応
じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由磁性層
３と、自由磁性層３の上に積層された非磁性スペーサ層
４と、非磁性スペーサ層４の上に積層され、反強磁性層
６により内部磁化が固定された固定磁性層５と、固定磁
性層５の上に積層された反強磁性層６と、反強磁性層６
の上に積層され低抵抗の強磁性材料からなるバックレイ
ヤ層７と、バックレイヤ層７の上に積層された金属導電
性材料からなる保護層８とを設けたので、バックレイヤ
層７が形成されていない一般的な磁気抵抗効果型素子１
ａに比べて、固定磁性層５の膜厚を厚くすることなく、
つまり、反強磁性層６と固定磁性層５の交換結合磁界が
低下することなくスピン依存散乱を十分に得ることがで
き、従来よりもＧＭＲ効果が向上する磁気抵抗効果素子
を提供することができる。

【００９５】第２の実施の形態図５は、本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第２の実施
の形態を模式的に示す図である。

【００９６】第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子１ｂは、図１に示した第１の実施の形態に係る磁気抵
抗効果型素子１とほぼ同じ構成であるが、相違点として
は、低抵抗の強磁性体で形成されたバックレイヤ層７ｂ
の膜厚が、たとえば、約４．０ｎｍと第１の実施の形態
に係る磁気抵抗効果型素子１に比べて４倍の厚さである
点である。

【００９７】また、磁気抵抗効果型素子１ｂについて
は、上述の磁気抵抗効果型素子１とほぼ同じ作用である
ので説明を省略する。

【００９８】次に、上述の磁気抵抗効果型素子のコンダ
クタンス変化量ｄＧの特性の測定を行った。

【００９９】測定した磁気抵抗効果型素子の構成および
膜厚は、下地層２／自由磁性層３／非磁性スペーサ層４
／固定磁性層５／反強磁性層６／バックレイヤ層７ｂ／
保護層８の順に、Ｔａ（３．０ｎｍ）およびＮｉＦｅＣ
ｒ（３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ
（２．５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）／ＩｒＭｎ
（３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（４．０ｎｍ）／Ｔａ（３．
０ｎｍ）である。

【０１００】測定条件は、上述の第１の実施の形態の場
合と同じ測定条件である。測定は、磁気抵抗効果型素子
に、固定磁性層５の固定された磁化の方向を正方向とし
て磁場を約−８００〜８００エルステッド（Ｏｅ）の範
囲で変化させて印加した。

【０１０１】図６は、本発明に係る磁気抵抗効果型素子
の第２の実施の形態でのＭＲ比の磁場特性を示す図であ
る。

【０１０２】磁気抵抗効果型素子１ｂでは、図６に示す
ように、磁場を逆方向に印加していった場合に、−５０
０エルステッド（Ｏｅ）付近でＭＲカーブの急激に減少
する変化が見られた。さらに、逆方向に磁場を印加する
とＭＲ比が低下した。そして、−８００（Ｏｅ）から０
（Ｏｅ）に印加磁場を変化させると、約３５０（Ｏｅ）
付近で、急激に増加する変化が見られた。そして、０
（Ｏｅ）から８００（Ｏｅ）に正の方向に磁場を印加し
ていくと、飽和して０（％）の値になった。

【０１０３】図７は、強磁性層の膜厚ｄを変化させた場
合の強磁性層の反強磁性層に対しての交換結合磁界Ｈex
の傾向を示す図である。

【０１０４】上述の構成において、一般的に、図７に示
すように、強磁性層の反強磁性層６に対しての交換結合
磁界Ｈexは、強磁性層の膜厚ｄに反比例するという関係
がある。このため、強磁性層の膜厚が厚いほど交換結合
磁界Ｈexが小さくなり、膜厚が薄いほど交換結合磁界Ｈ
exが大きくなる。

【０１０５】上述の構成の磁気抵抗効果型素子１ｂで
は、反強磁性層６の下部に強磁性体の固定磁性層５、反
強磁性層６の上部に強磁性体のバックレイヤ層７ｂが形
成されており、固定磁性層５およびバックレイヤ層７ｂ
それぞれは、磁場が印加されていない状態では、反強磁
性層６と交換結合によりそれぞれの層内の磁化方向が固
定されている。

【０１０６】そして、負の方向に磁場を増加させた場合
には、まず、自由磁性層３の磁化が印加磁場に平行にな
るように回転、つまり、固定磁性層５の磁化に対して反
平行になるように回転してＭＲ比が増加する。さらに磁
場を逆方向に印加すると、図６に示したように、−５０
０（Ｏｅ）付近で、膜厚が厚く、反強磁性層６との交換
結合が小さいバックレイヤ層７ｂの磁化が、交換結合に
逆らって印加磁場に平行になるように回転し、その結
果、急激にＭＲ比が減少する。これは、バックレイヤ層
７ｂを形成したことによる現象である。

【０１０７】つまり、上述の変化は、たとえば、固定磁
性層５の伝導電子がその伝導電子のスピンの状態に応じ
て反強磁性層６を通過し、バックレイヤ層７ｂでスピン
依存散乱していることを示している。

【０１０８】また、測定結果は、ＭＲ比は約７．５％で
あり、一般的な磁気抵抗効果型素子１ａに比べてＭＲ比
が向上している。

【０１０９】上述したように、金属導電性材料で形成さ
れた下地層２と、下地層２の上に積層され外部磁界に応
じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由磁性層
３と、自由磁性層３の上に積層された非磁性スペーサ層
４と、非磁性スペーサ層４の上に積層され、反強磁性層
６により内部磁化が固定された固定磁性層５と、固定磁
性層５の上に積層された反強磁性層６と、反強磁性層６
の上に第１の実施の形態よりも厚く積層された低抵抗の
強磁性金属導電性材料からなるバックレイヤ層７ｂと、
バックレイヤ層７ｂの上に積層され高抵抗の金属導電性
材料からなる保護層８とを設けたので、バックレイヤ層
７ｂが形成されていない一般的な磁気抵抗効果型素子１
ａに比べて、固定磁性層５の膜厚を厚くすることなく、
つまり、反強磁性層６と固定磁性層５の交換結合磁界が
低下することなくスピン依存散乱を十分に得ることがで
き、従来よりもＭＲ比が向上する磁気抵抗効果素子を提
供することができる。

【０１１０】第３の実施の形態図８は、本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第３の実施
の形態を模式的に示す図である。

【０１１１】第３の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子１ｃは、図８に示すように、図１の磁気抵抗効果型素
子１のバックレイヤ層７が、強磁性体ではなく非磁性体
の金属導電性材料からなるバックレイヤ非磁性層７ｃで
形成されている。

【０１１２】バックレイヤ非磁性層７ｃは、非磁性スペ
ーサ層４と同じ非磁性材料で形成されることが好まし
い。これは、バックレイヤ非磁性層７ｃと非磁性スペー
サ層４のポテンシャルを等しくするためである。また、
バックレイヤ非磁性層７ｃは、低抵抗の金属導電性材料
で形成されることが好ましい。これは、センス電流にお
いてＧＭＲ効果に寄与する電流を増加させるためであ
る。

【０１１３】バックレイヤ非磁性層７ｃは、たとえば、
非磁性体のＣｕで形成されており、膜厚は約１．０ｎｍ
である。

【０１１４】その他の構成は第１の実施の形態に係る磁
気抵抗効果型素子１と同様な構成であるので説明を省略
する。

【０１１５】上述の構成の磁気抵抗効果型素子１ｃにお
いては、固定磁性層５では、固定磁性層５の内部の磁化
が隣接する反強磁性層６により所定の方向に固定されて
おり、自由磁性層３では、外部磁場に応じて自由磁性層
３の内部の磁化方向が変化する。

【０１１６】そして、たとえば、磁気抵抗効果型素子１
ｃの積層面に対して略垂直方向にセンス電流が流れる。
そして、反強磁性層６により固定された固定磁性層５の
内部の磁化方向と、外部磁場に応じて変化した自由磁性
層３の内部の磁化方向との角度に応じて抵抗値が変化
し、それに応じてセンス電流が増減し、外部磁場が検出
される。

【０１１７】そして、反強磁性層６に隣接するように、
低抵抗の金属導電性材料による背部層であるバックレイ
ヤ非磁性層７ｃを形成することにより、たとえば、固定
磁性層５および反強磁性層６において電子散乱を受けず
に通過したスピン情報を維持した極少数存在する伝導電
子においても、ＧＭＲ効果を引き出すことが可能にな
り、結果として磁気抵抗効果が増大する。

【０１１８】次に、上述の磁気抵抗効果型素子１ｃのＭ
Ｒ比、シート抵抗値Ｒ_sq、およびコンダクタンス変化量
ｄＧの特性の測定を行った。

【０１１９】測定した磁気抵抗効果型素子１ｃの構成お
よび膜厚は、下地層２／自由磁性層３／非磁性スペーサ
層４／固定磁性層５／反強磁性層６／バックレイヤ非磁
性層７ｃ／保護層８の順に、Ｔａ（３．０ｎｍ）および
ＮｉＦｅＣｒ（３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）
／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）／Ｉｒ
Ｍｎ（３．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．０ｎｍ）／Ｔａ（３．
０ｎｍ）である。

【０１２０】測定条件は、上述の第１の実施の形態の場
合と同じ条件である。

【０１２１】図９は、図８の磁気抵抗効果型素子のＭＲ
比の磁場特性を示す図である。図９（ａ）および図９
（ｂ）は、磁気抵抗効果型素子１ｃに関して、図２
（ａ）および図２（ｂ）と同じ測定条件で得られた図で
ある。

【０１２２】磁気抵抗効果型素子１ｃの測定結果は、Ｍ
Ｒ比は７．５３（％）、シート抵抗値Ｒ_sqは２５．５３
（Ω）、コンダクタンス変化量ｄＧは２．７４（ｍｍｈ
ｏ）であった。

【０１２３】上述した測定結果について、上述の一般的
構造の磁気抵抗効果型素子１ａの測定結果と比較する
と、ＭＲ比については１．４８％向上するという結果が
得られた。コンダクタンス変化量ｄＧにおいては６．２
０％向上するという結果が得られた。マイナーループ特
性は、著しい変化はしておらず、良好なＦｒｅｅ特性が
得られていることも確認した。

【０１２４】上述したように、金属導電性材料で形成さ
れた下地層２と、下地層２の上に積層され外部磁界に応
じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由磁性層
３と、自由磁性層３の上に積層された非磁性スペーサ層
４と、非磁性スペーサ層４の上に積層され、反強磁性層
６により内部磁化が固定された固定磁性層５と、固定磁
性層５の上に積層された反強磁性層６と、反強磁性層６
の上に積層され、低抵抗の非磁性の金属導電性材料から
なるバックレイヤ非磁性層７ｃと、バックレイヤ非磁性
層７ｃの上に積層され金属導電性材料からなる保護層８
とを設けたので、バックレイヤ非磁性層７ｃが形成され
ていない一般的な磁気抵抗効果型素子１ａに比べて、固
定磁性層５の膜厚を厚くすることなく、つまり、反強磁
性層６と固定磁性層５の交換結合磁界が低下することな
くスピン依存散乱を十分に得ることができ、従来よりも
磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が向上する磁気抵抗効果素子を
提供することができる。

【０１２５】第４の実施の形態図１０は、本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第４の実
施の形態を模式的に示す図である。

【０１２６】第４の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子１ｄは、図１０に示すように、第１の実施の形態に係
る磁気抵抗効果型素子１のバックレイヤ層７の換わり
に、非強磁性体で形成されたバックレイヤ非磁性層７ｄ
₂ と強磁性体で形成されたバックレイヤ磁性層７ｄ₁ の
多層膜で形成されたバックレイヤ層７ｄを有する。

【０１２７】磁気抵抗効果型素子１ｄは、たとえば、下
地層２の上に自由磁性層３が積層され、その上に非磁性
スペーサ層４が積層され、その上に固定磁性層５が積層
され、その上に反強磁性層６が積層され、その上にバッ
クレイヤ磁性層７ｄ₁ が積層され、その上にバックレイ
ヤ非磁性層７ｄ₂ が積層され、その上に保護層８が順に
積層されている。

【０１２８】たとえば、バックレイヤ磁性層７ｄ₁ は、
第１の実施の形態で示したバックレイヤ磁性層７ａと同
じ構成であり、バックレイヤ非磁性層７ｄ₂ は、第３の
実施の形態で示したバックレイヤ非磁性層７ｃと同様な
構成である。

【０１２９】また、バックレイヤ磁性層７ｄ₁ は、固定
磁性層５と同じ磁性材料で構成されていることが好まし
い。これは、バックレイヤ磁性層７ｄ₁ と固定磁性層５
のポテンシャルを同じにするためである。また、バック
レイヤ非磁性層７ｄ₂ は、非磁性スペーサ層４と同じ非
磁性材料で構成されていることが好ましい。これは、バ
ックレイヤ非磁性層７ｄ₂ と、非磁性スペーサ層４のポ
テンシャルを同じにするためである。

【０１３０】また、バックレイヤ層７ｄは、低抵抗な金
属導電性材料で形成されていることが好ましい。

【０１３１】バックレイヤ磁性層７ｄ₁ は、たとえば、
具体的には、強磁性体のＣｏＦｅで形成されており、膜
厚は約１．０ｎｍである。バックレイヤ非磁性緒層７ｄ
₂ は、たとえば、具体的には、非磁性体のＣｕで形成さ
れており、膜厚は約１．０ｎｍである。

【０１３２】その他の各構成要素は、第１の実施の形態
に係る磁気抵抗効果型素子１と同様であるので、説明を
省略する。

【０１３３】上述の構成の磁気抵抗効果型素子１ｄにお
いては、固定磁性層５では、固定磁性層５の内部の磁化
が隣接する反強磁性層６により所定の方向に固定されて
おり、自由磁性層３では、外部磁場に応じて自由磁性層
３の内部の磁化方向が変化する。

【０１３４】そして、たとえば、磁気抵抗効果型素子１
ｄの積層面に対して略垂直方向にセンス電流が流れる。
そして、反強磁性層６により固定された固定磁性層５の
内部の磁化方向と、外部磁場に応じて変化した自由磁性
層３の内部の磁化方向との角度に応じて抵抗値が変化
し、それに応じてセンス電流が増減し、外部磁場が検出
される。

【０１３５】そして、反強磁性層６に隣接するように、
低抵抗の金属導電性材料による背部層であるバックレイ
ヤ層７ｄを形成することにより、たとえば、固定磁性層
５および反強磁性層６において電子散乱を受けずに通過
したスピン情報を維持した極少数存在する伝導電子にお
いても、ＧＭＲ効果を引き出すことが可能になり、結果
として磁気抵抗効果が増大する。

【０１３６】次に、上述の磁気抵抗効果型素子１ｄのＭ
Ｒ比、シート抵抗値Ｒ_sq、およびコンダクタンス変化量
ｄＧの特性の測定を行った。

【０１３７】測定した磁気抵抗効果型素子１ｄの構成お
よび膜厚は、下地層２／自由磁性層３／非磁性スペーサ
層４／固定磁性層５／反強磁性層６／バックレイヤ磁性
層７ｄ₁ ／バックレイヤ非磁性層７ｄ₂ ／保護層８の順
に、Ｔａ（３．０ｎｍ）およびＮｉＦｅＣｒ（３．０ｎ
ｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／
ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）／ＩｒＭｎ（３．０ｎｍ）／Ｃ
ｏＦｅ（１．０ｎｍ）／Ｃｕ（１．０ｎｍ）／Ｔａ
（３．０ｎｍ）である。

【０１３８】測定条件は、上述の第１の実施の形態の場
合と同じ条件である。

【０１３９】図１１は、図１０の磁気抵抗効果型素子の
ＭＲ比の磁場特性を示す図である。

【０１４０】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、磁気
抵抗効果型素子１ｄに関して、図２（ａ）および図２
（ｂ）と同じ測定条件で得られた図である。

【０１４１】磁気抵抗効果型素子１ｄの測定結果は、Ｍ
Ｒ比は７．１３（％）、シート抵抗値Ｒ_sqは２４．４３
（Ω）、コンダクタンス変化量ｄＧは２．７３（ｍｍｈ
ｏ）であった。

【０１４２】上述した測定結果について、上述の一般的
構造の磁気抵抗効果型素子１ａの測定結果と比較する
と、コンダクタンス変化量ｄＧについては、５．８１％
向上するという結果が得られた。マイナーループ特定
は、変化しておらず良好なＦｒｅｅ特性が得られている
ことも確認した。

【０１４３】上述したように、金属導電性材料で形成さ
れた下地層２と、下地層２の上に積層され外部磁界に応
じて磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由磁性層
３と、自由磁性層３の上に積層された非磁性スペーサ層
４と、非磁性スペーサ層４の上に積層され、反強磁性層
６により内部磁化が固定された固定磁性層５と、固定磁
性層５の上に積層された反強磁性層６と、反強磁性層６
の上に積層された強磁性材料の金属導電性材料からなる
バックレイヤ磁性層７ｄ₁ と、バックレイヤ磁性層７ｄ
₁ の上に積層された非磁性材料の金属導電性材料からな
るとバックレイヤ非磁性層７ｄ₂ 、バックレイヤ非磁性
層７ｄ₂ の上に積層され金属導電性材料からなる保護層
８とを設けたので、バックレイヤ層が形成されていない
一般的な磁気抵抗効果型素子１ａに比べて、固定磁性層
５の膜厚を厚くすることなく、つまり、反強磁性層６と
固定磁性層５の交換結合磁界が低下することなくスピン
依存散乱を十分に得ることができ、従来よりも磁気抵抗
（ＧＭＲ）効果が向上する磁気抵抗効果素子を提供する
ことができる。

【０１４４】第５の実施の形態図１２は、本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第５の実
施の形態を模式的に示す図である。

【０１４５】第５の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子１ｅは、図１２に示すように、第１の実施の形態に係
る磁気抵抗効果型素子１の下地層２と保護層８を除く積
層膜の積層の順番が逆である構造を有する。具体的に
は、たとえば、図１２に示すように、下地層２の上にバ
ックレイヤ層７ｅが積層され、その上に反強磁性層６が
積層され、その上に固定磁性層５が積層され、その上に
非磁性スペーサ層４が積層され、その上に自由磁性層３
が積層され、その上に保護層８が積層されている。

【０１４６】磁気抵抗効果型素子１ｅは、固定磁性層５
および反強磁性層６が、図１２において、自由磁性層３
よりも下部に形成されているので、一般にボトム型磁気
抵抗効果型素子と呼ばれる。

【０１４７】各構成要素は、第１の実施の形態に係る磁
気抵抗効果型素子１とほぼ同じ構成であるので相違点の
み説明する。

【０１４８】バックレイヤ層７ｅは、たとえば、第１の
実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１のバックレイヤ
層７と同様に強磁性材料で形成されていてもよいし、第
３の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１ｃのバック
レイヤ層７ｃと同様に非磁性材料で形成されていてもよ
い、また、第４の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子
１ｄのバックレイヤ層７ｄと同様に、強磁性材料で形成
されたバックレイヤ磁性層７ｅ₁ と非磁性材料で形成さ
れたバックレイヤ非磁性層７ｅ₂ を含む多層膜で形成さ
れていてもよい。

【０１４９】上述の構成の磁気抵抗効果型素子１ｅにお
いては、固定磁性層５では、固定磁性層５の内部の磁化
が隣接する反強磁性層６により所定の方向に固定されて
おり、自由磁性層３では、外部磁場に応じて自由磁性層
３の内部の磁化方向が変化する。

【０１５０】そして、たとえば、磁気抵抗効果型素子１
ｅの積層面に対して略垂直方向にセンス電流が流れる。
そして、反強磁性層６により固定された固定磁性層５の
内部の磁化方向と、外部磁場に応じて変化した自由磁性
層３の内部の磁化方向との角度に応じて抵抗値が変化
し、それに応じてセンス電流が増減し、外部磁場が検出
される。

【０１５１】そして、反強磁性層６に隣接するように、
低抵抗の金属導電性材料による背部層であるバックレイ
ヤ層７ｅを形成することにより、たとえば、固定磁性層
５および反強磁性層６において電子散乱を受けずに通過
したスピン情報を維持した極少数存在する伝導電子にお
いても、ＧＭＲ効果を引き出すことが可能になり、結果
として磁気抵抗効果が増大する。

【０１５２】上述したように、金属導電性材料で形成さ
れた下地層２と、下地層２の上に積層され低抵抗の金属
導電性材料からなるバックレイヤ層７ｅと、バックレイ
ヤ層７ｅの上に積層された反強磁性層６と、反強磁性層
６の上に積層され反強磁性層６により内部磁化が固定さ
れた固定磁性層５と、固定磁性層５の上に積層された非
磁性スペーサ層４と、非磁性スペーサ層４の上に積層さ
れた外部磁界に応じて磁化方向が変化する軟磁性材料か
らなる自由磁性層３と、自由磁性層３の上に積層され金
属導電性材料からなる保護層８とを設けたので、バック
レイヤ層７が形成されていない一般的な磁気抵抗効果型
素子１ａに比べて、固定磁性層５の膜厚を厚くすること
なく、つまり、反強磁性層６と固定磁性層５の交換結合
磁界が低下することなくスピン依存散乱を十分に得るこ
とができ、従来よりも磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が向上す
る磁気抵抗効果素子を提供することができる。

【０１５３】第６の実施の形態図１３は、本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第６の実
施の形態を模式的に示す図である。

【０１５４】第６の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子１ｆは、図１２に示すように、たとえば、下地層２の
上に、バックレイヤ層７ｆが積層され、その上に固定磁
性層５ｆの磁化を固定する反強磁性層６ｆが積層され、
その上に固定磁性層５ｆが積層され、その上に非磁性ス
ペーサ層４ｆが積層され、その上に自由磁性層３ｆが積
層され、その上に非磁性スペーサ層４ｆ’が積層され、
その上に固定磁性層５ｆ’が積層され、その上に反強磁
性層６ｆ’が積層され、その上にバックレイヤ層７ｆ’
が積層され、その上に保護層８が順に積層されている。

【０１５５】上述の磁気抵抗効果型素子１ｆは、自由磁
性層３ｆを中心として固定磁性層５ｆ，５ｆ’および反
強磁性層６ｆ，６ｆ’が鏡面対称な構造を有している。
上述の構造の磁気抵抗効果型素子は、一般にデュアル型
磁気抵抗効果型素子と呼ばれる。

【０１５６】バックレイヤ層７ｆは、たとえば、第１の
実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１のバックレイヤ
層７と同様に強磁性材料で形成されていてもよいし、第
３の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１ｃのバック
レイヤ層７ｃと同様に非磁性材料で形成されていてもよ
い、また、第４の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子
１ｄのバックレイヤ層７ｄと同様に、強磁性材料で形成
されたバックレイヤ磁性層７ｆ₁ と非磁性材料で形成さ
れたバックレイヤ非磁性層７ｆ₂ を含む多層膜で形成さ
れていてもよい。

【０１５７】バックレイヤ層７ｆ’は、たとえば、第１
の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１のバックレイ
ヤ層７と同様に強磁性材料で形成されていてもよいし、
第３の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１ｃのバッ
クレイヤ層７ｃと同様に非磁性材料で形成されていても
よい、また、第４の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子１ｄのバックレイヤ層７ｄと同様に、強磁性材料で形
成されたバックレイヤ磁性層７ｆ’₁ と非磁性材料で形
成されたバックレイヤ非磁性層７ｆ’₂ を含む多層膜で
形成されていてもよい。

【０１５８】その他の各構成要素は、第１の実施の形態
に係る磁気抵抗効果型素子の構成要素とほぼ同様である
ので説明を省略する。

【０１５９】上述の構成の磁気抵抗効果型素子１ｆにお
いては、固定磁性層５ｆでは、固定磁性層５ｆ内部の磁
化が隣接する反強磁性層６ｆにより所定の方向に固定さ
れる。同様に、固定磁性層５ｆ’では、固定磁性層５
ｆ’内部の磁化が隣接する反強磁性層６ｆ’により所定
の方向に固定される。自由磁性層３ｆでは、外部磁場に
応じて自由磁性層３ｆの内部の磁化方向が変化する。

【０１６０】そして、たとえば、磁気抵抗効果型素子１
ｆの積層面に対して略垂直方向にセンス電流が流れる。

【０１６１】そして、反強磁性層６ｆにより固定された
固定磁性層５ｆの内部の磁化方向と、外部磁場に応じて
変化した自由磁性層３ｆの内部の磁化方向との角度、お
よび反強磁性層６ｆ’により固定された固定磁性層５
ｆ’の内部の磁化方向と、外部磁場に応じて変化した自
由磁性層３ｆの内部の磁化方向との角度に応じて抵抗値
が変化し、それに応じてセンス電流が増減し、外部磁場
が検出される。

【０１６２】そして、反強磁性層６ｆに隣接するよう
に、低抵抗の金属導電性材料による背部層であるバック
レイヤ層７ｆを形成することにより、たとえば、固定磁
性層５ｆおよび反強磁性層６ｆにおいて電子散乱を受け
ずに通過したスピン情報を維持した極少数存在する伝導
電子においても、ＧＭＲ効果を引き出すことが可能にな
り、結果として磁気抵抗効果が増大する。

【０１６３】また、反強磁性層６ｆ’に隣接するよう
に、低抵抗の金属導電性材料による背部層であるバック
レイヤ層７ｆ’を形成することにより、たとえば、固定
磁性層５ｆ’および反強磁性層６ｆ’において電子散乱
を受けずに通過したスピン情報を維持した極少数存在す
る伝導電子においても、ＧＭＲ効果を引き出すことが可
能になり、結果として磁気抵抗効果がさらに増大する。

【０１６４】上述したように、下地層２ｆの上に積層さ
れたバックレイヤ層７ｆと、バックレイヤ層７ｆの上に
積層され固定磁性層５ｆの磁化を固定する反強磁性層６
ｆと、反強磁性層６ｆの上に積層された固定磁性層５ｆ
と、固定磁性層５ｆの上に積層された非磁性スペーサ層
４ｆと、非磁性スペーサ層４ｆの上に積層された自由磁
性層３ｆと、自由磁性層３ｆの上に積層された非磁性ス
ペーサ層４ｆ’と、非磁性スペーサ層４ｆ’の上に積層
された固定磁性層５ｆ’と、固定磁性層５ｆ’の上に積
層された反強磁性層６ｆ’と、反強磁性層６ｆ’の上に
積層された保護層８とを設けたので、バックレイヤ層が
形成されていない一般的な磁気抵抗効果型素子１ａに比
べて、固定磁性層５の膜厚を厚くすることなく、つま
り、反強磁性層６と固定磁性層５の交換結合磁界が低下
することなくスピン依存散乱を十分に得ることができ、
従来よりも磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が向上する磁気抵抗
効果素子を提供することができる。

【０１６５】また、自由磁性層３ｆを鏡面対称の中心と
して対称なスピンバルブ膜を形成したので、トップ型や
ボトム型に比べてより磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が向上す
る磁気抵抗効果型素子を提供することができる。

【０１６６】第７の実施の形態図１４は、本発明の第７の実施の形態に係る磁気抵抗効
果型ヘッドを模式的に示す図である。

【０１６７】磁気抵抗効果型ヘッド１００は、図１４に
示すように、感磁部１１０、永久磁石層１２０、電極層
１３０、および電極層１４０を有する。

【０１６８】感磁部１１０は、たとえば、不図示の磁気
媒体から出力される磁場に応じた信号を出力する、たと
えば、第１〜第６の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素
子で構成されている。

【０１６９】永久磁石層１２０は、たとえば、感磁部１
１０である磁気抵抗効果型素子の側面に形成され、自由
磁性層３の磁気的安定性を確保するために、たとえば、
磁気抵抗効果型素子の積層面内方向に磁化している。

【０１７０】電極層１３０は永久磁石層１２０の上部に
形成され、電極層１４０は電極層１３０の上部に形成さ
れ、電極層１３０および電極層１４０には、検出電流で
あるセンス電流が流される。

【０１７１】上述した構成の磁気抵抗効果型ヘッド１０
０では、センス電流、すなわち抵抗変化の検出を行う検
出電流を、電極層１４０および電極層１３０を介して感
磁部１１０の面内方向に、たとえば、図に向かって右か
ら左に向かって通電し、感磁部１１０の抵抗値の変化を
測定することにより、不図示の磁気媒体から出力された
磁界の変化を検出する。

【０１７２】上述した構成の磁気抵抗効果型ヘッド１０
０は、感磁部１１０である磁気抵抗効果型素子の積層面
内方向に、センス電流が流れるので、一般に、ＣＩＰ
（Current In Plane）型磁気抵抗効果型ヘッドと言われ
る。

【０１７３】上述したように、バックレイヤ層が形成さ
れた第１〜第６の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子
を感磁部１１０として設けたので、一般的構造の磁気抵
抗効果型素子を感磁部に用いた磁気抵抗効果型ヘッドに
比べて、磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が大きな磁気抵抗効果
型ヘッドを提供することができる。

【０１７４】第８の実施の形態図１５は、本発明の第８の実施の形態に係る磁気抵抗効
果型ヘッドを模式的に示した斜視図である。図１５で
は、説明のために右上部の一部を省略し、また一部透視
図になっている。

【０１７５】第８の実施の形態に係る磁気抵抗効果型ヘ
ッド１００ａは、たとえば、図１５に示すように、第１
の磁気シールド兼電極層１５０の上部に感磁部１１０ａ
が形成され、感磁部１１０ａの上部に第２の磁気シール
ド兼電極層１６０が形成され、感磁部１１０ａの両側面
には永久磁石層１２０ａが形成されている。

【０１７６】図１６（ａ）は図１５のＡ−Ａ線の断面
図、図１６（ｂ）は図１５のＢ−Ｂ線の断面図である。
ハッチングは省略している。

【０１７７】磁気抵抗効果型ヘッド１００ａは、たとえ
ば、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、第１の磁気シ
ールド兼電極層１５０の上部に感磁部１１０ａが形成さ
れ、感磁部１１０ａの上部に第２の磁気シールド兼電極
層１６０が形成されている。

【０１７８】感磁部１１０ａは、たとえば、金属導電性
材料からなる下地層２の上に自由磁性層３が積層され、
その上に非磁性スペーサ層４が形成され、その上に固定
磁性層５が形成され、その上に反強磁性層６が形成さ
れ、その上にバックレイヤ層７が形成されている。そし
て、感磁部１１０ａの上に、第２の磁気シールド兼電極
層１６０が形成されている。

【０１７９】バックレイヤ層７は、たとえば、第１の実
施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１のバックレイヤ層
と同様に強磁性材料で形成されていてもよいし、第３の
実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子１ｃのバックレイ
ヤ層７ｃと同様に非磁性材料で形成されていてもよい
し、また、第４の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子
１ｄのバックレイヤ層７と同様に、強磁性材料で形成さ
れたバックレイヤ磁性層７ｄ₂ と非磁性材料で形成され
たバックレイヤ非磁性層７ｄ₁ を含む多層膜で形成され
ていてもよい。

【０１８０】また、自由磁性層３の両側面には、たとえ
ば、図１６（ａ）に示すように、自由磁性層３の磁化を
安定させるために、積層面内方向に磁化方向を持つ永久
磁石層１２０ａが形成されている。

【０１８１】自由磁性層３には、たとえば、図１６
（ｂ）に示すように、不図示の磁気媒体から出力される
磁束をより効率よく自由磁性層３に導入するためにの磁
束導入層１７０が形成されている。磁束導入層１７０
は、たとえば、自由磁性層３と同一の材料で形成されて
いる。

【０１８２】上述した構成の磁気抵抗効果型ヘッド１０
０ａは、感磁部１１０ａである磁気抵抗効果型素子の積
層面に略垂直方向に、センス電流が流されるので、一般
にＣＰＰ型磁気抵抗効果型ヘッドと言われる。

【０１８３】上述した構成の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
１００ａでは、センス電流、すなわち抵抗変化の検出を
行う検出電流が、たとえば、第２の磁気シールド兼電極
層１６０から、感磁部１１０ａを介して、第１の磁気シ
ールド兼電極層１５０に流される。

【０１８４】そして、不図示の磁気媒体から出力される
磁場が、磁束導入層１７０を介して自由磁性層３に印加
されて自由磁性層３の磁化を変化させ、自由磁性層３の
磁場と、固定磁性層５の磁化の方向に基づいて変化する
抵抗を測定することにより、不図示の磁気媒体から出力
されている磁界の変化を検出する。

【０１８５】上述したように、バックレイヤ層が形成さ
れた磁気抵抗効果型素子を感磁部１１０ａに設けたの
で、バックレイヤ層が形成されていない一般的構造の磁
気抵抗効果型素子を用いた磁気抵抗効果型ヘッドに比べ
て、磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が大きな磁気抵抗効果型ヘ
ッドを提供することができる。

【０１８６】また、上述の磁気抵抗効果型ヘッド１００
ａの感磁部１１０ａは、たとえば、バックレイヤ層が設
けられた上述の第１〜第６の実施の形態に係る磁気抵抗
効果型素子を用いてもよい。

【０１８７】なお、本発明は本実施の形態に限られるも
のではなく、任意好適な種々の改変が可能である。たと
えば、磁気抵抗効果型ヘッドの構成は、上述の形態に限
られるものではない。

【０１８８】また、本実施の形態の磁気抵抗効果型素子
および磁気抵抗効果型ヘッドのバックレイヤ層が強磁性
体で形成される場合には、ＣｏＦｅ、もしくはＣｏにＣ
ｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｔ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｂ，Ｃの何
れかを含む単層膜または多層膜で形成されていてもよ
い。

【０１８９】また、本実施の形態の磁気抵抗効果型素子
および磁気抵抗効果型ヘッドのバックレイヤ層は、Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ単体またはその合金で形成されていても
よい。

【０１９０】また、磁気抵抗効果型素子で用いられる反
強磁性体は、不規則系反強磁性体であるＩｒＭｎ，Ｒｕ
Ｍｎ，ＲｕＭｎ，ＦｅＭｎ，ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎの何れ
かで形成されていてもよい。

【０１９１】

【発明の効果】反強磁性層に隣接してバックレイヤ層を
設けたことにより、反強磁性層と固定層の交換結合磁界
が低下することなく、スピン依存散乱を十分に得ること
ができ、従来よりもＧＭＲ効果が高い磁気抵抗効果型素
子および磁気抵抗効果型ヘッドを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第１の実施
の形態を模式的に示す図である。

【図２】図１の磁気抵抗効果型素子のＭＲ比の磁場特性
である。（ａ）は、磁場を固定磁性層の固定された磁化
の方向を正方向として磁場を約−８００〜８００エルス
テッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場合のＭＲ
比を示す図であり、（ｂ）は、磁場を約−４０〜４０エ
ルステッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場合の
ＭＲ比を示す図である。

【図３】バックレイヤ層が形成されていない一般的構造
の磁気抵抗効果型素子を模式的に示す図である。

【図４】図３の磁気抵抗効果型素子のＭＲ比の磁場特性
である。（ａ）は磁場を固定磁性層の固定された磁化の
方向を正方向として磁場を約−８００〜８００エルステ
ッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場合のＭＲ比
を示す図であり、（ｂ）は磁場を約−４０〜４０エルス
テッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場合のＭＲ
比を示す図である。

【図５】本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第１の実施
の形態を模式的に示す図である。

【図６】本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第２の実施
の形態でのＭＲ比の磁場特性を示す図である。

【図７】第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果型素子の
強磁性層の膜厚ｄを変化させた場合の強磁性層の反強磁
性層に対しての交換結合磁界Ｈexの傾向を示す図であ
る。

【図８】本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第３の実施
の形態を模式的に示す図である。

【図９】図８の磁気抵抗効果型素子のＭＲ比の磁場特性
である。（ａ）は、磁場を固定磁性層の固定された磁化
の方向を正方向として磁場を約−８００〜８００エルス
テッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場合のＭＲ
比を示す図であり、（ｂ）は、磁場を約−４０〜４０エ
ルステッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場合の
ＭＲ比を示す図である。

【図１０】本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第４の実
施の形態を模式的に示す図である。

【図１１】図１０の磁気抵抗効果型素子のＭＲ比の磁場
特性である。（ａ）は、磁場を固定磁性層の固定された
磁化の方向を正方向として磁場を約−８００〜８００エ
ルステッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場合の
ＭＲ比を示す図であり、（ｂ）は、磁場を約−４０〜４
０エルステッド（Ｏｅ）の範囲で変化させて印加した場
合のＭＲ比を示す図である。

【図１２】本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第５の実
施の形態を模式的に示す図である。

【図１３】本発明に係る磁気抵抗効果型素子の第６の実
施の形態を模式的に示す図である。

【図１４】本発明の第７の実施の形態に係る磁気抵抗効
果型ヘッドを模式的に示す図である。

【図１５】本発明の第８の実施の形態に係る磁気抵抗効
果型ヘッドを模式的に示した斜視図である。

【図１６】（ａ）は図１５のＡ−Ａ線の断面図、（ｂ）
は図１５のＢ−Ｂ線の断面図である。

【符号の説明】１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…磁気抵抗効
果型素子、２…下地層、３…自由磁性層、４…非磁性ス
ペーサ層、５…固定磁性層、６…反強磁性層、７…バッ
クレイヤ層、８…保護層、１００，１００ａ…磁気抵抗
効果型ヘッド、１１０，１１０ａ…感磁部、１２０，１
２０ａ…永久磁石層、１３０，１４０…電極層、１５０
…第１の磁気シールド兼電極層、１６０…第２の磁気シ
ールド兼電極層、１７０…磁束導入層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部磁界に応じて磁化方向が変化する軟磁
性材料からなる自由層と、前記自由層の上に積層された非磁性材料からなるスペー
サ層と、前記スペーサ層の上に積層された強磁性材料からなる固
定層と、前記固定層の上に積層され反強磁性材料からなり前記固
定層の磁化を固定する反強磁性層と、前記反強磁性層の上に積層された金属導電性材料からな
る背部層とを有する磁気抵抗効果型素子。
【請求項２】前記背部層の少なくとも一部には、前記固
定層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項１に記載
の磁気抵抗効果型素子。
【請求項３】前記背部層の少なくとも一部には、前記ス
ペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項１に
記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項４】前記背部層は、強磁性層と非磁性層とを含
む多層膜で形成されている請求項１に記載の磁気抵抗効
果型素子。
【請求項５】前記背部層の前記強磁性層の少なくとも一
部には、前記固定層に含まれる材料と等しい材料を含
み、前記背部層の前記非磁性層の少なくとも一部には、前記
スペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項４
に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項６】前記強磁性材料は、少なくとも、ＣｏＦｅ
を含む請求項１に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項７】前記強磁性材料は、Ｃｏ系の材料を含む請
求項１に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項８】前記非磁性材料は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ単体
またはその合金で形成されている請求項１に記載の磁気
抵抗効果型素子。
【請求項９】前記反強磁性層は、不規則系反強磁性体で
形成されている請求項１に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項１０】前記不規則系反強磁性体は、Ｍｎ系の材
料を含む請求項９に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項１１】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略垂直方向である請求項１に記載の磁気抵抗効果型
素子。
【請求項１２】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略水平方向である請求項１に記載の磁気抵抗効果型
素子。
【請求項１３】金属導電性材料からなる背部層と、前記背部層の上に積層された反強磁性層と、前記反強磁性層の上に積層され、前記反強磁性層により
磁化が固定され、強磁性材料からなる固定層と、前記固定層の上に積層された非磁性材料からなるスペー
サ層と、前記スペーサ層の上に積層され外部磁界に応じて磁化方
向が変化する軟磁性材料からなる自由層とを有する磁気
抵抗効果型素子。
【請求項１４】前記背部層の少なくとも一部には、前記
固定層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項１３に
記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項１５】前記背部層の少なくとも一部には、前記
スペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項１
３に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項１６】前記背部層は、強磁性層と非磁性層とを
含む多層膜で形成されている請求項１３に記載の磁気抵
抗効果型素子。
【請求項１７】前記背部層の前記強磁性層の少なくとも
一部には、前記固定層に含まれる材料と等しい材料を含
み、前記背部層の前記非磁性層の少なくとも一部には、前記
スペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項１
６に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項１８】前記強磁性材料は、少なくとも、ＣｏＦ
ｅを含む請求項１３に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項１９】前記強磁性材料は、Ｃｏ系の材料を含む
請求項１３に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項２０】前記非磁性材料は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ単
体またはその合金で形成されている請求項１３に記載の
磁気抵抗効果型素子。
【請求項２１】前記反強磁性層は、不規則系反強磁性体
で形成されている請求項１３に記載の磁気抵抗効果型素
子。
【請求項２２】前記不規則系反強磁性体は、Ｍｎ系の材
料を含む請求項２１に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項２３】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略垂直方向である請求項１３に記載の磁気抵抗効果
型素子。
【請求項２４】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略水平方向である請求項１３に記載の磁気抵抗効果
型素子。
【請求項２５】金属導電性材料からなる第１の背部層
と、前記第１の背部層の上に積層された第１の反強磁性層
と、前記第１の反強磁性層の上に積層され、前記第１の反強
磁性層により磁化が固定され、強磁性材料からなる第１
の固定層と、前記第１の固定層の上に積層された非磁性材料からなる
第１のスペーサ層と、前記第１のスペーサ層の上に積層され外部磁界に応じて
磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由層と、前記自由層の上に積層された非磁性材料からなる第２の
スペーサ層と、前記第２のスペーサ層の上に積層され強磁性材料からな
る第２の固定層と、前記第２の固定層の上に積層され、前記第２の固定層の
磁化を固定し、反強磁性材料からなる第２の反強磁性層
と、前記第２の反強磁性層の上に積層され金属導電性材料か
らなる第２の背部層とを有する磁気抵抗効果型素子。
【請求項２６】前記第１および第２の背部層の少なくと
も一部には、前記第１および第２の固定層に含まれる材
料と等しい材料を含む請求項２５に記載の磁気抵抗効果
型素子。
【請求項２７】前記第１および第２の背部層の少なくと
も一部には、前記第１および第２のスペーサ層に含まれ
る材料と等しい材料を含む請求項２５に記載の磁気抵抗
効果型素子。
【請求項２８】前記第１および第２の背部層は、強磁性
層と非磁性層とを含む多層膜で形成されている請求項２
５に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項２９】前記第１および第２の背部層の前記強磁
性層の少なくとも一部には、前記第１および第２の固定
層に含まれる材料と等しい材料を含み、前記第１および第２の背部層の前記非磁性層の少なくと
も一部には、前記第１および第２のスペーサ層に含まれ
る材料と等しい材料を含む請求項２８に記載の磁気抵抗
効果型素子。
【請求項３０】前記強磁性材料は、少なくとも、ＣｏＦ
ｅを含む請求項２５に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項３１】前記強磁性材料は、Ｃｏ系の材料を含む
請求項２５に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項３２】前記非磁性材料は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ単
体またはその合金で形成されている請求項２５に記載の
磁気抵抗効果型素子。
【請求項３３】前記第１および第２の反強磁性層は、不
規則系反強磁性体で形成されている請求項２５に記載の
磁気抵抗効果型素子。
【請求項３４】前記不規則系反強磁性体は、Ｍｎ系の材
料を含む請求項３３に記載の磁気抵抗効果型素子。
【請求項３５】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略垂直方向である請求項２５に記載の磁気抵抗効果
型素子。
【請求項３６】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略水平方向である請求項２５に記載の磁気抵抗効果
型素子。
【請求項３７】磁気抵抗効果型素子を感磁部とする磁気
抵抗効果型ヘッドであって、前記磁気抵抗効果型素子は、外部磁界に応じて磁化方向
が変化する軟磁性材料からなる自由層と、前記自由層の上に積層された非磁性材料からなるスペー
サ層と、前記スペーサ層の上に積層された強磁性材料からなる固
定層と、前記固定層の上に積層され反強磁性材料からなり前記固
定層の磁化を固定する反強磁性層と、前記反強磁性層の上に積層された金属導電性材料からな
る背部層とを有する磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項３８】前記背部層の少なくとも一部には、前記
固定層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項３７に
記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項３９】前記背部層の少なくとも一部には、前記
スペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項３
７に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４０】前記背部層は、強磁性層と非磁性層とを
含む多層膜で形成されている請求項３７に記載の磁気抵
抗効果型ヘッド。
【請求項４１】前記背部層の前記強磁性層の少なくとも
一部には、前記固定層に含まれる材料と等しい材料を含
み、前記背部層の前記非磁性層の少なくとも一部には、前記
スペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項４
０に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４２】前記強磁性材料は、少なくとも、ＣｏＦ
ｅを含む請求項３７に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４３】前記強磁性材料は、Ｃｏ系の材料を含む
請求項３７に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４４】前記非磁性材料は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ単
体またはその合金で形成されている請求項３７に記載の
磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４５】前記反強磁性層は、不規則系反強磁性体
で形成されている請求項３７に記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッド。
【請求項４６】前記不規則系反強磁性体は、Ｍｎ系の材
料を含む請求項４５に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項４７】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略垂直方向である請求項３７に記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項４８】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略水平方向である請求項３７に記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項４９】磁気抵抗効果型素子を感磁部とする磁気
抵抗効果型ヘッドであって、前記磁気抵抗効果型素子は、金属導電性材料からなる背
部層と、前記背部層の上に積層された反強磁性層と、前記反強磁性層の上に積層され、前記反強磁性層により
磁化が固定され、強磁性材料からなる固定層と、前記固定層の上に積層された非磁性材料からなるスペー
サ層と、前記スペーサ層の上に積層され外部磁界に応じて磁化方
向が変化する軟磁性材料からなる自由層とを有する磁気
抵抗効果型ヘッド。
【請求項５０】前記背部層の少なくとも一部には、前記
固定層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項４９に
記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５１】前記背部層の少なくとも一部には、前記
スペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項４
９に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５２】前記背部層は、強磁性層と非磁性層とを
含む多層膜で形成されている請求項４９に記載の磁気抵
抗効果型ヘッド。
【請求項５３】前記背部層の前記強磁性層の少なくとも
一部には、前記固定層に含まれる材料と等しい材料を含
み、前記背部層の前記非磁性層の少なくとも一部には、前記
スペーサ層に含まれる材料と等しい材料を含む請求項５
２に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５４】前記強磁性材料は、少なくとも、ＣｏＦ
ｅを含む請求項４９に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５５】前記強磁性材料は、Ｃｏ系の材料を含む
請求項４９に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５６】前記非磁性材料は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ単
体またはその合金で形成されている請求項４９に記載の
磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５７】前記反強磁性層は、不規則系反強磁性体
で形成されている請求項４９に記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッド。
【請求項５８】前記不規則系反強磁性体は、Ｍｎ系の材
料を含む請求項５７に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項５９】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略垂直方向である請求項４９に記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項６０】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略水平方向である請求項４９に記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項６１】磁気抵抗効果型素子を感磁部とする磁気
抵抗効果型ヘッドであって、前記磁気抵抗効果型素子は、金属導電性材料からなる第
１の背部層と、前記第１の背部層の上に積層された第１の反強磁性層
と、前記第１の反強磁性層の上に積層され、前記第１の反強
磁性層により磁化が固定され、強磁性材料からなる第１
の固定層と、前記第１の固定層の上に積層された非磁性材料からなる
第１のスペーサ層と、前記第１のスペーサ層の上に積層され外部磁界に応じて
磁化方向が変化する軟磁性材料からなる自由層と、前記自由層の上に積層された非磁性材料からなる第２の
スペーサ層と、前記第２のスペーサ層の上に積層され強磁性材料からな
る第２の固定層と、前記第２の固定層の上に積層され、前記第２の固定層の
磁化を固定し、反強磁性材料からなる第２の反強磁性層
と、前記第２の反強磁性層の上に積層され金属導電性材料か
らなる第２の背部層とを有する磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６２】前記第１および第２の背部層の少なくと
も一部には、前記第１および第２の固定層に含まれる材
料と等しい材料を含む請求項６１に記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項６３】前記第１および第２の背部層の少なくと
も一部には、前記第１および第２のスペーサ層に含まれ
る材料と等しい材料を含む請求項６１に記載の磁気抵抗
効果型ヘッド。
【請求項６４】前記第１および第２の背部層は、強磁性
層と非磁性層とを含む多層膜で形成されている請求項６
１に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６５】前記第１および第２の背部層の前記強磁
性層の少なくとも一部には、前記第１および第２の固定
層に含まれる材料と等しい材料を含み、前記第１および第２の背部層の前記非磁性層の少なくと
も一部には、前記第１および第２のスペーサ層に含まれ
る材料と等しい材料を含む請求項６４に記載の磁気抵抗
効果型ヘッド。
【請求項６６】前記強磁性材料は、少なくとも、ＣｏＦ
ｅを含む請求項６１に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６７】前記強磁性材料は、Ｃｏ系の材料を含む
請求項６１に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６８】前記非磁性材料は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ単
体またはその合金で形成されている請求項６１に記載の
磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項６９】前記第１および第２の反強磁性層は、不
規則系反強磁性体で形成されている請求項６１に記載の
磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項７０】前記不規則系反強磁性体は、Ｍｎ系の材
料を含む請求項６９に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項７１】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略垂直方向である請求項６１に記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項７２】通電時のセンス電流の方向が積層面に対
して略水平方向である請求項６１に記載の磁気抵抗効果
型ヘッド。