JP2003152239A - 磁気抵抗効果素子、及び、それを有する読み取りヘッド並びにドライブ - Google Patents

磁気抵抗効果素子、及び、それを有する読み取りヘッド並びにドライブ

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JP2003152239A
JP2003152239A JP2001345651A JP2001345651A JP2003152239A JP 2003152239 A JP2003152239 A JP 2003152239A JP 2001345651 A JP2001345651 A JP 2001345651A JP 2001345651 A JP2001345651 A JP 2001345651A JP 2003152239 A JP2003152239 A JP 2003152239A
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Yutaka Shimizu
豊 清水
Kokei Oshima
弘敬 大島
Keiichi Nagasaka
恵一 長坂
Yoshihiko Seyama
喜彦 瀬山
Atsushi Tanaka
厚志 田中
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大きな磁気抵抗変化を安定した状態で得るこ
とが可能な磁気抵抗効果素子、及び、それを有する読み
取りヘッド並びにドライブを提供する。 【解決手段】 実質的に磁化方向が固定された第１の強
磁性層と、外部磁界に対して自由に磁化方向を変化させ
る第２の強磁性層と、前記第１及び第２の強磁性層を分
離する非磁性中間層とを有する積層膜と、当該積層膜の
積層方向にセンス電流を印加する手段を有する磁気抵抗
効果素子であって、前記第２の強磁性層は、非磁性金属
層によって積層方向に分離された２つ以上の強磁性金属
層から構成されることを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般には、磁気的手段
による記録担体の再生に関し、特に、磁気抵抗装置に関
する。本発明は、例えば、ハードディスク装置の読み取
りヘッドに好適である。
【０００２】
【従来の技術】近年、インターネット等の急速な発達に
伴い、利用される電子情報量は爆発的な勢いで増加して
いる。このため、ハードディスクドライブに代表される
磁気記録装置は大量の情報を保存しておくため、小型、
大容量化への要求がますます高まっている。ハードディ
スク装置の小型・大容量化を進めるためには、単位記録
面積当りに記録できる情報の量、即ち、面記録密度を高
める必要がある。
【０００３】面記録密度は現在、年率１００％程度のス
ピードで向上している。面記録密度が増加すると、磁気
記録情報の最小単位である１ビットの記録媒体上での面
積も縮小しなければならず、記録媒体から得られる信号
磁界の大きさもおのずと小さくなる。この弱い信号磁界
を誤り無く確実に読み込むためには、小型、高感度の読
み取りヘッドが必要となる。
【０００４】現在の２０−３０Ｍｂ／ｉｎ２（平方イン
チ当りメガビット）の面記録密度では読み取りヘッド
に、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔ
ｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を示すスピンバルブ膜を利
用した磁気センサを使用している。スピンバルブ膜は、
非磁性金属層によって分離された２つの結合されていな
い強磁性体層を備え、一方の強磁性体層の磁化が固定さ
れているサンドイッチ構造である。
【０００５】磁化の固定は、鉄−マンガン合金に代表さ
れる反強磁性金属層を一方の強磁性体層に付着して行
う。この構造において、外部磁場が印加されると固定さ
れていない強磁性体層（フリー層）の磁化方向は外部磁
場の方向に一致して自由に回転するため、磁化が固定さ
れた強磁性体層（ピンド層）の磁化方向と角度差を生じ
る。この角度差に依存して、伝導電子のスピンに依存し
た散乱が変化し、電気抵抗値が変化する。この電気抵抗
値の変化を検出することによって、外部磁場の状況、す
なわち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得するもので
ある。
【０００６】現在用いられている、スピンバルブ膜を用
いた読み取りヘッドはスピンバルブ膜の積層面に平行に
センス電流を印加する、いわゆるＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎ
ｔｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造のヘッドである。面記録密度
の向上に伴い、縮小されるビットサイズにあわせて読み
取りヘッドの大きさも小さくする必要がある。これは、
記録ビットの大きさに対して読み取りヘッドの大きさが
大きいと、対象の記録ビットに隣接する隣のトラックか
らの磁気情報も同時に取り込んでしまい、トラック幅方
向の分解能が劣化してしまうためである。面記録密度１
００Ｇｂ／ｉｎ２クラスでは、この読み取りヘッドの幅
方向の大きさはおよそ０．１μｍ程度とする必要があ
る。ＣＩＰ構造のヘッドでは、素子幅の減少に伴い、素
子高さも小さく必要がある。これは、信号磁界が小さく
なるため、素子高さ方向の信号磁界の侵入深さが小さく
なり、スピンバルブ膜の記録媒体から遠い部分では信号
磁界による磁化回転が起こらなくなり、磁気抵抗を示さ
ず、不感部となり、センサ感度を劣化させるためであ
る。
【０００７】このため、ＣＩＰ構造読み取りヘッドで
は、面記録密度の向上に伴い、素子幅、素子高さ共に縮
小する必要があり、面記録密度の増加によっても素子抵
抗そのものの抵抗はほとんど変化しない。しかしなが
ら、素子高さが小さくなる分、これまでと同じ大きさの
センス電流を印加した場合、電流密度が高くなり、マイ
グレーション等により素子劣化が発生する可能性があ
る。このため、センス電流は、面記録密度の増加すなわ
ち素子高さの縮小に従い小さくしていく必要が有り、得
られる読み取り出力もセンス電流に比例して小さくな
る。
【０００８】一方、読み取りセンサ膜の積層面に垂直に
センス電流を印加する構造の読み取りヘッドが考案され
ている。これは、センス電流の印加方向から、ＣＰＰ
（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ
Ｐｌａｎｅ）構造ヘッドと呼ばれている。ＣＰＰ構造
を利用したＧＭＲセンサはＣＰＰ−ＧＭＲセンサと呼ば
れる場合もある。
【０００９】この構造では、磁気抵抗変化の要因の一つ
である、伝導電子のスピン方向に依存した磁性／非磁性
層の積層界面での散乱効果を効率的に引き起こすことか
ら、ＣＩＰ構造に比べ２倍程度磁気抵抗変化率が向上す
るため、超高感度読み取りヘッドとして期待されてい
る。また、センス電流の流れる素子断面積（素子幅×素
子高さ）もＣＩＰの断面積（素子高さ×膜厚）に比べ３
−５倍大きい。更に、ＣＩＰ構造では、積層膜を構成す
る各金属層の比抵抗が異なるため、Ｃｕ等の比抵抗が小
さい層を中心に電流が流れるため、最も電流が流れる部
分の電流密度を最大電流密度とした場合、膜全体として
は許容電流密度の４割程度しかセンス電流を流すことが
できない。このため、ＣＰＰ構造ではＣＩＰ構造に比
べ、７−１２倍大きいセンス電流を流すことができる。
また、面記録密度の向上に伴う素子断面積の減少によ
り、センス電流値も減少させる必要が生じるが、素子抵
抗は素子断面積に反比例して増加するため、抵抗変化率
が一定であれば、読み取り出力値は一定となる利点を有
する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来は、ヒステリシス
の低減と磁区制御に優れると共に、大きな磁気抵抗変化
をもたらすＣＰＰ−ＧＭＲセンサ用の材料が存在しなか
った。ヒステリシスの低減と磁区制御の不安定はＣＰＰ
−ＧＭＲセンサが適用される磁気ヘッドの動作の不安定
をもたらし、十分な磁気抵抗変化が得られなければ磁気
ヘッドの出力（感度）の低下をもたらすため好ましくな
い。
【００１１】まず、本発明者らは、ＣＰＰ−ＧＭＲセン
サの材料として、多層膜ＧＭＲ膜を使用することを検討
したが、多層膜ＧＭＲ膜は、その構造上、ヒステリシス
の低減が困難であり、また、磁気読み取りヘッドとして
の安定動作を得るための磁区制御が難しい等の欠点があ
るため好ましくはないと判断した。
【００１２】次いで、本発明者らは、ＣＩＰヘッドと同
様のスピンバルブ膜をＣＰＰ構造ヘッドに適用すること
を検討した。通常のスピンバルブ膜は磁区制御等が容易
になるなどの長所を有するものの、大きな磁気抵抗変化
を得にくいという欠点を有するため、通常のスピンバル
ブ膜をそのまま適用するだけでは実用性が低い。
【００１３】このため、本発明は、大きな磁気抵抗変化
を安定した状態で得ることが可能な磁気抵抗効果素子、
及び、それを有する読み取りヘッド並びにドライブを提
供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の一側面としての磁気抵抗効果素子は、実質
的に磁化方向が固定された第１の強磁性層と、外部磁界
に対して自由に磁化方向を変化させる第２の強磁性層
と、前記第１及び第２の強磁性層を分離する非磁性中間
層とを有する積層膜と、当該積層膜の積層方向にセンス
電流を印加する手段を有する磁気抵抗効果素子であっ
て、前記第２の強磁性層は、非磁性金属層によって積層
方向に分離された２つ以上の強磁性金属層から構成され
ることを特徴とする。かかる磁気抵抗効果素子によれ
ば、第２の強磁性層内で非磁性層と磁性層の界面が増加
している。本発明者らは、上述の課題を鋭意検討した結
果、かかる界面の増加によって伝導電子のスピン依存散
乱効果を増加させて磁気抵抗変化を増加させることがで
きることを発見した。また、センス電流を積層方向とは
垂直に印加するＣＩＰ構造では、スピンバルブ膜を構成
する各層の層厚は、電流シャントによる磁気抵抗変化減
少を避けるため、極力薄いほうが望ましいが、本発明の
ようなＣＰＰ構造では、これらの比較的比抵抗が小さい
金属層を付加した場合でもシャントロスとはならず、比
較的自由に膜厚を設定することが可能である。
【００１５】前記第２の強磁性層を構成する前記２つ以
上の強磁性金属層のそれぞれの磁化方向は平行であって
もよい。これによって、伝導電子のスピン依存散乱効果
を増加させて磁気抵抗変化を増加させることができる。
また、反平行とすると、伝導電子のいずれのスピン方向
に対しても低抵抗界面と高抵抗界面が同時に形成される
ことになり、スピン依存散乱効果を打ち消しあって磁気
抵抗変化率は減少してしまう。また、このように磁化方
向を平行にすると磁区制御とヒステリシス低減が容易に
なる。
【００１６】前記第２の強磁性層を構成する前記非磁性
金属層は、前記第２の強磁性層を構成する前記強磁性金
属層と積層した際にスピン依存散乱を生じさせることが
好ましい。これによって磁気抵抗変化を増加させること
ができる。かかる金属層は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ
から構成される。
【００１７】前記第１の強磁性層は、強磁性金属層、非
磁性金属層及び強磁性金属層によってこの順に構成され
ている積層膜で構成され、前記第１の強磁性層を構成す
る前記２つの強磁性金属層のそれぞれ磁化方向は前記第
１の強磁性層を構成する前記非磁性金属層を介して反平
行であってもよい。第１の強磁性層は、例えば、Ｃｏ／
Ｒｕ／Ｃｏ（ＦｅやＢがＣｏに入る場合もある）などの
積層フェリ構造を有する。例えば、Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏ積
層構造では、Ｒｕ層の厚さによってＣｏ同士が強磁性結
合（磁化方向が平行）したり、反強磁性結合（磁化方向
が反平行）したりする。これを第１の強磁性層、例え
ば、スピンバルブ膜のピン層に利用して反強磁性結合状
態にすると（即ち、２つのＣｏ層の磁化方向は反平行）
にするとピン層から発生する磁界を低減することができ
る。かかる構造自体は、ＳＦＰ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ
Ｆｅｒｒｉ Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ）として知られて
おり、磁界抵抗検出の線形化の維持に効果的であるが、
本発明のように高感度化を追求する環境で適用されると
その効果は大きい。
【００１８】前記第１の強磁性層、前記非磁性中間層及
び前記第２の強磁性層が、この順に、基板上に積層され
ていてもよい。かかる構造は、スピンバルブ膜のボトム
型に相当する。また、前記第２の強磁性層上に積層され
た前記第２の非磁性中間層と、当該第２の非磁性中間層
上に積層され、実質的に磁化が固定されている第２の強
磁性層とを更に有してもよい。かかる構造は、スピンバ
ルブ膜のデュアル型又は対称型に相当する。前記第２の
強磁性層、前記非磁性中間層及び前記第１の強磁性層
が、この順に、基板上に積層されてもよい。かかる構造
は、スピンバルブ膜のトップ型に相当する。
【００１９】本発明の別の側面としての磁気抵抗効果素
子は、実質的に磁化方向が固定された第１の強磁性層
と、外部磁界に対して自由に磁化方向を変化させる第２
の強磁性層と、前記第１及び第２の強磁性層を分離する
非磁性中間層とを有する積層膜と、当該積層膜の積層方
向にセンス電流を印加する手段とを有する磁気抵抗効果
素子であって、前記第１及び第２の強磁性層の少なくと
も一方は、前記積層膜の積層方向において非磁性部と強
磁性部が積層されている構造を有することを特徴とす
る。かかる磁気抵抗効果素子も伝導電子のスピン依存散
乱効果を増加させて磁気抵抗変化を増加させることがで
きるが、強磁性層は第１の強磁性層又は第１及び第２の
強磁性層の組み合わせでもよいし、強磁性層中に非磁性
粒子が分散している場合など積層構造に限定されない。
【００２０】本発明は、上述の磁気抵抗効果素子と、前
記センス電流を供給する手段と、信号磁界に応じて変化
する前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗の変化から信号を
読み取る手段とを有する読み取りヘッド及びかかる読み
取りヘッドを有するドライブにも適用可能である。かか
る読み取りヘッドも、伝導電子のスピン方向に依存した
磁性／非磁性界面数を増やして磁気抵抗変化を増加さ
せ、ヒステリシスの発生を回避し、磁区制御を容易にす
ることができる。また、本発明が適用された読み取りヘ
ッドは、特に、面記録密度の高い磁気記録担体の読み取
りを高感度に行うことができるために好ましい。
【００２１】本発明の他の目的と更なる特徴は、以下、
添付図面を参照して説明される実施例において明らかに
なるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の一実施形態としてのハードディスクドライブ（以下、
「ＨＤＤ」という。）１１を説明する。ＨＤＤ１１は、
図１に示すように、筐体１２内に、記録担体としての一
又は複数の磁気ディスク１３と、スピンドルモータ１４
と、磁気ヘッド部とを収納する。ここで，図１は、ＨＤ
Ｄ１１の内部構造の概略平面図である。
【００２３】筐体１２は、例えば、アルミダイカストベ
ースやステンレスなどから構成され、直方体形状を有
し、内部空間を密閉する図示しないカバーが結合され
る。本実施形態の磁気ディスク１３は高い面記録密度、
例えば、１００Ｇｂ／ｉｎ２以上を有する。磁気ディス
ク１３は、その中央に設けられた孔を介してスピンドル
モータ１４のスピンドルに装着される。
【００２４】スピンドルモータ１４は、例えば、７２０
０ｒｐｍや１００００ｒｐｍなどの高速で磁気ディスク
１３を回転し、例えば、図示しないブラシレスＤＣモー
タとそのロータ部分であるスピンドルを有する。例え
ば、２枚の磁気ディスク１３を使用する場合、スピンド
ルには、ディスク、スペーサー、ディスク、クランプと
順に積まれてスピンドルと締結したボルトによって固定
される。本実施形態と異なり、磁気ディスク１３は中央
孔を有さずにハブ有するディスクであってもよく、その
場合、スピンドルはハブを介してディスクを回転する。
【００２５】磁気ヘッド部は、スライダ１９と、スライ
ダ１９の位置決め及び駆動機構として機能するアクチュ
エータ２１とを有する。
【００２６】スライダ１９は、図２に示すように、略直
方体に形成されるＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（アルチック）製
のスライダ本体２２と、スライダ本体２２の空気流出端
に接合されて、読み出し及び書き込み用のヘッド２３を
内蔵するＡｌ２Ｏ３（アルミナ）製のヘッド素子内蔵膜
２４とを備える。ここで、図２は、スライダ１９の拡大
斜視図である。スライダ本体２２及びヘッド素子内蔵膜
２４には、磁気ディスク１３に対向する媒体対向面、即
ち、浮上面２５が規定される。磁気ディスク１３の回転
に基づき生成される気流２６は浮上面２５に受け止めら
れる。
【００２７】浮上面２５には、空気流入端から空気流出
端に向かって延びる２筋のレール２７が形成される。各
レール２７の頂上面にはいわゆるＡＢＳ（空気軸受け
面）２８が規定される。ＡＢＳ２８では気流２６の働き
に応じて浮力が生成される。ヘッド素子内蔵膜２４に埋
め込まれたヘッド２３はＡＢＳ２８で露出する。なお、
スライダ１９の浮上方式はかかる形態に限られず、既知
の動圧潤滑方式、静圧潤滑方式、ピエゾ制御方式、その
他の浮上方式を適用することができる。また、停止時に
スライダ１９がディスク１３に接触するコンタクトスタ
ートストップ方式を採用する本実施形態とは異なり、ダ
イナミックローディング又はランプロード方式のよう
に、停止時にスライダ１９をディスク１３から持ち上げ
てディスク１３の外側にある保持部（ランプと呼ばれる
場合もある）でスライダ１９をディスク１３と非接触に
保持し、起動時に保持部からディスク１３上に落として
もよい。
【００２８】浮上面２５の詳細を、図３を参照して説明
する。ここで、図３は、浮上面２５の詳細を示す断面図
である。ヘッド２３は、導電コイルパターン（図示せ
ず）で生起される磁界を利用して磁気ディスク１３に２
値情報を書き込む誘導書き込みヘッド素子（以下、「イ
ンダクティブヘッド素子」という。）３０と、磁気ディ
スク１３から作用する磁界に応じて変化する抵抗に基づ
き２値情報を読み取る磁気抵抗効果（以下、「ＭＲ」と
いう。）ヘッド素子５０とを有するＭＲインダクティブ
複合ヘッドである。
【００２９】インダクティブヘッド素子３０は、非磁性
ギャップ層３２と、上部磁極層３４と、Ａｌ２Ｏ３膜３
６と、上部シールド兼上部電極層４０とを有する。但
し、後述するように、上部シールド兼上部電極４０はＭ
Ｒヘッド素子５０の一部も構成してもよい。
【００３０】非磁性ギャップ層３２は、後述する上部シ
ールド兼上部電極層４０の表面に沿って広がり、例え
ば、Ａｌ２Ｏ３から構成される。上部磁極層３４は、非
磁性ギャップ層３８に関して上部シールド兼上部電極層
４０に対向し、例えば、ＮｉＦｅから構成される。Ａｌ
２Ｏ３膜３６は、非磁性ギャップ層３２の表面に沿って
広がって上部磁極層３４を覆い、ヘッド素子内蔵膜２４
を構成する。上部磁極層３４及び上部シールド兼上部電
極層４０は協働して誘導書き込みヘッド素子３２の磁性
コアを構成する。誘導書き込みヘッド素子３２の下部磁
極層はＭＲヘッド素子５０の上部シールド兼上部電極層
４０として機能する。導電コイルパターンで磁界が生起
されると、非磁性ギャップ層３２の働きで、上部磁極層
３４と上部シールド兼上部電極層４０とを行き交う磁束
流は浮上面２５から漏れ出る。こうして漏れ出る磁束流
によって記録磁界（ギャップ磁界）は形成される。
【００３１】ＭＲヘッド素子５０は、上部及び下部シー
ルド兼上部電極層４０及び５２と、絶縁層５３及び５４
と、下地層５５と、硬質強磁性層５６とを有する。上部
及び下部シールド兼上部電極層４０及び５２は、例え
ば、ＦｅＮ、ＮｉＦｅから構成され、スピンバルブ膜１
００にセンス電流を供給する。このように、本実施形態
ではセンス電流の印加方向が積層方向に垂直である。絶
縁層５３及び５４は、上下の電極である上部及び下部シ
ールド兼上部電極層４０及び５２を絶縁し、例えば、Ａ
ｌ２Ｏ３から構成される。硬質強磁性層５６は、後述す
るフリー強磁性層１２０等の動作時に一定のバイアスを
印加し、例えば、ＣｏＰｔ合金やＣｏＣｒＰｔ合金など
の磁性材料から構成される。下地層５５は硬質磁性層５
６の特性を出させる機能を有し、例えば、Ｃｒから構成
される。
【００３２】スピンバルブ膜１００は、基本的に、フリ
ー強磁性層、非磁性中間層、ピン磁性層、交換結合層が
この順に積層された構造を有し、ＧＭＲセンサを構成す
る。本実施形態のＧＭＲセンサは、上述のように、セン
ス電流の印加方向がセンサ膜の積層面に垂直であるＣＰ
ＰセンサであるＧＭＲ−ＣＰＰセンサである。また、ス
ピンバルブ膜１００は、特徴的に、非磁性金属層によっ
て積層方向に分離された２以上の強磁性金属層からフリ
ー強磁性層を構成している。
【００３３】即ち、上述の従来のＣＰＰ構造のスピンバ
ルブ膜はヒステリシスの低減と磁区制御に優れている
が、大きな磁気抵抗変化を得ることが難しかった。かか
る原因を鋭意検討した結果、本発明者らはＣＰＰ構造の
スピンバルブ膜には磁性層と非磁性層との間の界面が２
つと少ないことに着目し、かかる界面を増加させれば磁
気抵抗変化を大きくすることができるのではないかと考
えた。磁気抵抗効果によれば、ある方向の磁性層はスピ
ンアップとスピンダウンのいずれかのスピン状態の伝導
電子を容易に通過させるが、他方のスピン状態の伝導電
子は通過しにくくなって散乱する（スピン依存散乱）。
従って、界面が増加すれば、これら２種類のスピン状態
の伝導電子が磁性層を通過する際のスピン依存散乱効果
の差を広げることができるのではないかと考えたからで
ある。後述する幾つかの実施例においては、ＣＰＰ構造
のスピンバルブ膜の磁気抵抗効果の主要因である、磁性
層と非磁性層との間の界面での伝導電子のスピン依存散
乱効果を増加させるため、媒体からの信号磁界に対して
磁化方向を変化させるフリー強磁性層を強磁性金属層と
非磁性金属層を複数回積層した構造とした。
【００３４】もっとも、磁気抵抗変化の増加はフリー強
磁性層を強磁性金属層と非磁性金属層を複数回積層した
構造にする手段に限定されない。例えば、２つの強磁性
金属層が非磁性金属層をサンドイッチした構造を採用す
る本実施形態とは異なり、上下の強磁性金属層に異なる
材料を使用してもよい。また、例えば、フリー強磁性層
の代わりに又はこれと共に、ピン磁性層を強磁性金属層
と非磁性金属層を複数回積層した構造にしてもよい。ま
た、磁気抵抗変化の増加は必ずしも積層構造の形成に限
定されない。例えば、図１０に示すように、磁性層２の
中に非磁性粒子４を分散させた場合においては、例え
ば、スピンバルブ膜の積層方向に沿った線Ｌ上で非磁性
粒子４によって磁性部が２つに分離される。このため、
線Ｌを通過する伝導電子にとってスピン依存性散乱効果
が増加するので、ピン磁性層を強磁性金属層と非磁性金
属層を複数回積層した構造と同様の効果が得られる。
【００３５】磁気抵抗変化を高めるために、強磁性金属
層を複数回積層する場合、以下の理由により、各強磁性
金属層の磁化方向は平行であることが好ましい。
【００３６】まず、強磁性金属層を、非磁性金属層を介
して積層すると、強磁性層間には層間相互作用が作用
し、各強磁性層の磁化方向を平行又は、反平行に配列さ
せることができることは知られている。例えば、Ｃｏ／
Ｒｕ／Ｃｏ積層膜をスピンバルブのピンド層に用いて交
換結合磁界を安定化させるいわゆる積層フェリ構造は、
隣接するＣｏ層の磁化方向が反強磁性的に結合するＲｕ
層の膜厚（５−９Å）を用いたものである。しかしなが
ら、実際には積層フェリ構造のＣｏ層の磁区方向を平行
にした実例はない。
【００３７】これに対して、本実施形態では、積層構造
としたフリー層は全体として、媒体磁界に対して一体の
挙動となることが望ましく、積層構造としたフリー層を
構成する各強磁性層の磁化方向は平行方向となる非磁性
金属層膜厚としている。積層構造としたフリー層を構成
する２つの強磁性金属層の磁化方向を、積層フェリ構造
と同様に、反平行とした場合には、伝導電子のいずれの
スピン方向に対しても低抵抗界面と高抵抗界面が同時に
形成されることになり、スピン依存散乱効果を打ち消し
あうため、磁気抵抗変化率は減少してしまい、好ましく
ない。また、各強磁性層の磁化方向は平行にすると磁区
制御とヒステリシスの低減を容易に行うことができるの
で好ましい。
【００３８】積層構造としたフリー層を構成する非磁性
金属層はＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属を使用することがで
きる。かかる金属は、強磁性金属層と積層した場合にス
ピン依存散乱を生じさせることができる。
【００３９】積層構造としたフリー層を構成する磁性層
と非磁性層の積層数は、増加すればするほど界面数が増
加するために効果的である。しかしながら、伝導電子の
スピン情報を維持できる距離（即ち、スピン拡散長）を
超えて積層した部分は、磁気抵抗変化に寄与せずに素子
抵抗を増加するだけとなるため、磁気抵抗変化率は減少
する。
【００４０】また、磁気抵抗変化の主要因として強磁性
膜内での磁化方向に依存した伝導電子の散乱効果（バル
ク散乱）が挙げられるが、この効果もスピン拡散長の範
囲内でフリー層の膜厚に比例して大きくなる。
【００４１】一方、フリー層の膜厚の増加に従い、フリ
ー層の磁気モーメントも増加するため、媒体からの信号
磁界に対する感度が低下する。このため、現実的にはＮ
ｉＦｅ膜と共に、約３乃至１０、好ましくは、約５乃至
６ｎｍ、の膜厚でフリー層を形成することが望ましい。
通常スピンバルブ膜はマグネトロンスパッタリング装
置、イオンビームスパッタ装置、真空蒸着装置等を用い
て成膜されるが、１ｎｍ以下の膜厚の強磁性金属層を成
膜した場合、島状に成長するため、連続膜とすることが
難しく、十分な強磁性特性を得ることができない。従っ
て、本発明の積層構造としたフリー層に関しても、記録
媒体からの微弱な信号磁界に対して感度良く、信号を検
出するためには、約１乃至２ｎｍの強磁性金属層を２〜
３層、非磁性金属層を介して積層した構造が望ましい。
【００４２】ＣＰＰ構造を有するスピンバルブ膜の界面
散乱を増加させる手法としてフリー強磁性層を中心に上
下に非磁性中間層／ピンド強磁性層／交換結合層を形成
したいわゆるデュアルスピンバルブ構造も有効である。
デュアルスピンバルブ膜のフリー層として本発明の積層
フリー構造を用いることによって磁気抵抗変化率の向上
が可能である。
【００４３】また、スピンバルブ膜には、積層する基板
に近い側に交換結合層／ピン強磁性層を配した、いわゆ
るボトム型スピンバルブと、基板に近い側にフリー強磁
性層を配した、いわゆるトップ型スピンバルブとがある
が、本発明の積層構造としたフリー層はどちらの構造の
スピンバルブ膜に適用した場合にも同様に作用すること
は明らかである。
【００４４】スピンバルブ膜を読み取りヘッドに用いる
ためには、安定な磁界応答特性を得るため、フリー層を
信号磁界の進入方向に対して垂直方向に単磁区化する必
要があるが、本発明の積層フリー構造においては、積層
構造としたフリー層を構成する各強磁性金属層の磁化方
向が同一方向を向いているため、フリー層に隣接して形
成した硬質磁性材料を用いた従来の磁区制御構造を容易
に適用できることは明らかである。
【００４５】以下、スピンバルブ膜１００の幾つかの実
施例を説明する。
【００４６】
【実施例】４００ｎｍのＣｕ／Ａｕからなる下部電極層
をマグネトロンスパッタにより成膜し、通常のフォトリ
ソグラフィ技術によりパターニングを行い、イオンミリ
ング装置を用いて形成したアルチック基板５２上に以下
の構成のＭＲ膜を通常のマグネトロンスパッタ法により
成膜した。 （比較例１）図４に示すように、比較例としてのボトム
（Ｂｏｔｔｏｍ）型スピンバルブ膜２００を作成した。
ここで、図４は、図３に示す構造に適用された場合のス
ピンバルブ膜２００の拡大断面図である。下部電極層が
上部に形成された基板（即ち、下部シールド兼下部電極
層）５２上に、下層から上層に順に、厚さ５ｎｍのＴａ
と厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層（又は配向性制
御膜と呼ばれる場合もある）１０２、隣接するピン強磁
性層の磁化方向を固定する為の厚さ１５ｎｍのＰｄＰｔ
Ｍｎからなる交換結合層（ピニング層若しくは反強磁性
層と呼ばれる場合もある。）１０４、厚さ３ｎｍのＣｏ
ＦｅＢからなるピン強磁性層１０６、厚さ４ｎｍのＣｕ
からなる非磁性中間層（又はスペーサー層と呼ばれる場
合もある。）１０８、厚さ３ｎｍのＣｏＦｅＢからなる
フリー強磁性層２１０、厚さ１ｎｍのＣｕと厚さ１０ｎ
ｍのＡｕからなる電極１１０を積層した。 （実施例１）図５に示すように、本発明による第１実施
例のボトム型スピンバルブ膜１００を作成した。ここ
で、図５は、図３に示す構造に適用可能なスピンバルブ
膜１００の拡大断面図である。下部シールド兼下部電極
層５２上に、下層から上層に順に、厚さ５ｎｍのＴａと
厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層１０２、厚さ１５
ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる交換結合層１０４、厚さ３
ｎｍのＣｏＦｅＢからなるピン強磁性層１０６、厚さ４
ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層１０８、厚さ５ｎｍの
フリー強磁性層１２０、厚さ１ｎｍのＣｕと厚さ１０ｎ
ｍのＡｕからなる電極１１０とを積層した。
【００４７】フリー強磁性層１２０は、厚さ１．５ｎｍ
のＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層としての第１のフリ
ー強磁性層１２２、厚さ２ｎｍのＣｕからなる非磁性金
属層１２４、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁
性金属層としての第２のフリー強磁性層１２６とを有す
る。 （実施例２）図６に示すように、本発明による第２実施
例のボトム型スピンバルブ膜１００Ａを作成した。ここ
で、図６は、図３に示す構造に適用可能なスピンバルブ
膜１００Ａの拡大断面図である。下部シールド兼下部電
極層５２上に、下層から上層に順に、厚さ５ｎｍのＴａ
と厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層１０２、厚さ１
５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる交換結合層１０４、厚さ
３ｎｍのＣｏＦｅＢからなるピン強磁性層１０６、厚さ
４ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層１０８、厚さ７ｎｍ
のフリー強磁性層１３０、厚さ１ｎｍのＣｕと厚さ１０
ｎｍのＡｕからなる電極１１０とを積層した。
【００４８】フリー強磁性層１３０は、厚さ１ｎｍのＣ
ｏＦｅＢからなる強磁性金属層１３１、厚さ２ｎｍのＣ
ｕからなる非磁性金属層１３２、厚さ１ｎｍのＣｏＦｅ
Ｂからなる強磁性金属層１３３、厚さ２ｎｍのＣｕから
なる非磁性金属層１３４、厚さ１ｎｍのＣｏＦｅＢから
なる強磁性金属層１３５とを有する。 （比較例２）図３に示す構造に適用された、積層フェリ
構造を有するボトム型スピンバルブ膜（図示せず）を比
較例として作成した。上述した下部シールド兼下部電極
層５２上に、下層から上層に順に、上述した厚さ５ｎｍ
のＴａと厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層１０２、
上述した厚さ１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる交換結合
層１０４、図７を参照して後述される厚さ７．８ｎｍの
積層フェリ構造を有するピン強磁性層１４０、上述した
厚さ４ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層１１０、厚さ３
ｎｍのＣｏＦｅＢからなるフリー強磁性層２１０、厚さ
１ｎｍのＣｕと厚さ１０ｎｍのＡｕからなる電極１１０
を積層した。ピン強磁性層１４０は、厚さ４ｎｍのＣｏ
ＦｅＢからなる第１のピン強磁性層１４２、厚さ０．８
ｎｍのＲｕからなる反強磁性交換結合層１４４、厚さ４
ｎｍのＣｏＦｅＢからなる第２のピン強磁性層１４６か
ら構成される。 （実施例３）図７に示すように、本発明の第３実施例の
積層フェリ構造を有するボトム型スピンバルブ膜１００
Ｂを作成した。ここで、図７は、図３に示す構造に適用
可能なスピンバルブ膜１００Ｂの拡大断面図である。下
部シールド兼下部電極層５２に、下層から上層に順に、
厚さ５ｎｍのＴａと厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地
層１０２、厚さ１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる交換結
合層１０４、厚さ７．８ｎｍの積層フェリ構造を有する
ピン強磁性層１４０、厚さ４ｎｍのＣｕからなる非磁性
中間層１０８、厚さ５ｎｍのフリー強磁性層１２０、厚
さ１ｎｍのＣｕと厚さ１０ｎｍのＡｕからなる電極１１
０を積層した。
【００４９】上述したように、フリー強磁性層１２０
は、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層
１２２、厚さ２ｎｍのＣｕからなる非磁性金属層１２
４、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層
１２６とを有する。ピン強磁性層１４０は、厚さ４ｎｍ
のＣｏＦｅＢからなる第１のピン強磁性層１４２、厚さ
０．８ｎｍのＲｕからなる反強磁性交換結合層１４４、
厚さ４ｎｍのＣｏＦｅＢからなる第２のピン強磁性層１
４６から構成される。 （実施例４）図３に示す構造に適用可能な本発明による
第４実施例の積層フェリ構造を有するボトム型スピンバ
ルブ膜１００Ｃ（図示せず）を作成した。下部シールド
兼下部電極層５２に、下層から上層に順に、上述した厚
さ５ｎｍのＴａと厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層
１０２、上述した厚さ１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる
交換結合層１０４、上述した厚さ７．８ｎｍの積層フェ
リ構造を有するピン強磁性層１４０、上述した厚さ４ｎ
ｍのＣｕからなる非磁性中間層１０８、上述した厚さ７
ｎｍのフリー強磁性層１３０、上述した厚さ１ｎｍのＣ
ｕと厚さ１０ｎｍのＡｕからなる電極１１０を積層し
た。
【００５０】上述したように、フリー強磁性層１３０
は、厚さ１ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層１３
１、厚さ２ｎｍのＣｕからなる非磁性金属層１３２、厚
さ１ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層１３３、厚
さ２ｎｍのＣｕからなる非磁性金属層１３４、厚さ１ｎ
ｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層１３５とを有す
る。ピン強磁性層１４０は、厚さ４ｎｍのＣｏＦｅＢか
らなる第１のピン強磁性層１４２、厚さ０．８ｎｍのＲ
ｕからなる反強磁性交換結合層１４４、厚さ４ｎｍのＣ
ｏＦｅＢからなる第２のピン強磁性層１４６から構成さ
れる。 （比較例３）図３に示す構造に適用された、デュアル
（Ｄｕａｌ）型スピンバルブ膜（図示せず）を比較例と
して作成した。上述した下部シールド兼下部電極層５２
上に、下層から上層に順に、上述した厚さ５ｎｍのＴａ
と厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層１０２、厚さ１
５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる第１の交換結合層１０４
Ａ、厚さ３ｎｍの第１のピン強磁性層１０６Ａ、厚さ４
ｎｍのＣｕからなる第１の非磁性中間層１０８Ａ、厚さ
３ｎｍのＣｏＦｅＢからなるフリー強磁性層２１０、厚
さ４ｎｍのＣｕからなる第２の非磁性中間層１５２、厚
さ３ｎｍのＣｏＦｅＢからなる第２のピン強磁性層１５
４、厚さ１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる第２の交換結
合層１５６、厚さ５ｎｍのＴａと厚さ１０ｎｍのＡｕか
らなる保護層１５８を積層した。なお、層１０４Ａ乃至
１５８については図８を参照して後述される。 （実施例５）図８に示すように、本発明の第５実施例の
デュアル型スピンバルブ膜１００Ｄを作成した。ここ
で、図８は、図３に示す構造に適用可能なスピンバルブ
膜１００Ｄの拡大断面図である。上述した下部シールド
兼下部電極層５２上に、下層から上層に順に、厚さ５ｎ
ｍのＴａと厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層１０
２、厚さ１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる第１の交換結
合層１０４Ａ、厚さ３ｎｍの第１のピン強磁性層１０６
Ａ、厚さ４ｎｍのＣｕからなる第１の非磁性中間層１０
８Ａ、厚さ５ｎｍのフリー強磁性層１２０、厚さ４ｎｍ
のＣｕからなる第２の非磁性中間層１５２、厚さ３ｎｍ
のＣｏＦｅＢからなる第２のピン強磁性層１５４、厚さ
１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる第２の交換結合層１５
６、厚さ５ｎｍのＴａと厚さ１０ｎｍのＡｕからなる電
極付保護層１５８を積層した。なお、層１０４Ａ乃至１
０６Ａは、名称は違うが実質的に層１０４乃至１０６と
同様である。
【００５１】上述したように、フリー強磁性層１２０
は、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層
１２２、厚さ２ｎｍのＣｕからなる非磁性金属層１２
４、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層
１２６とを有する。 （比較例４）図３に示す構造に適用された、比較例とし
ての従来のトップ（Ｔｏｐ）型スピンバルブ膜（図示せ
ず）を作成した。上述した下部シールド兼下部電極層５
２に、下層から上層に順に、上述した厚さ５ｎｍのＴａ
と厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる下地層１０２、上述し
た厚さ３ｎｍのＣｏＦｅＢからなるフリー強磁性層２１
０、厚さ４ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層１６０、厚
さ３ｎｍのＣｏＦｅＢからなるピン強磁性層１６２、厚
さ１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる交換結合層１６４、
厚さ５ｎｍのＴａと厚さ１０ｎｍのＡｕからなる電極付
保護膜１５８を積層した。なお、層１６０乃至１６４は
図９を参照して後述される。 （実施例６）図９に示すように、本発明による第６の実
施例のトップ型スピンバルブ膜１００Ｅを作成した。こ
こで、図８は、図３に示す構造に適用可能なスピンバル
ブ膜１００Ｅの拡大断面図である。下部シールド兼下部
電極層５２に、下層から上層に順に、厚さ５ｎｍのＴａ
からなる下部シールド兼下部電極層１０２、厚さ２ｎｍ
のＮｉＦｅからなる下地層１０４、厚さ５ｎｍのフリー
強磁性層、厚さ４ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層１６
０、厚さ３ｎｍのＣｏＦｅＢからなるピン強磁性層１６
２、厚さ１５ｎｍのＰｄＰｔＭｎからなる交換結合層１
６４、厚さ５ｎｍのＴａと厚さ１０ｎｍのＡｕからなる
電極付保護膜１５８を積層した。
【００５２】上述の比較例及び実施例において、各合金
層の代表的な組成（原子体積率）は８１Ｎｉ−１９Ｆ
ｅ、８９Ｃｏ−９Ｆｅ−２Ｂ、３０Ｐｄ−１８Ｐｔ−５
２Ｍｎである。
【００５３】成膜後、２テスラ印加磁界の下で、ＰｄＰ
ｔＭｎ交換結合層の規則化のため、２８０℃、３時間の
真空磁場中熱処理を行った。
【００５４】通常のフォトリソグラフィ技術及びイオン
ミリング法を用いて素子を０．３×０．３μｍ〜１×１
μｍの大きさに加工し、素子以外の部分を約７０ｎｍ厚
のＡｌ２Ｏ３絶縁層５３をマグネトロンスパッタ法によ
り成膜した後、３００ｎｍ厚のＣｕ上部電極層を成膜し
て上部シールド兼上部電極層４０を形成した。
【００５５】素子特性は、±５００Ｏｅ（エルステッ
ド）の磁場印加範囲で四端子法により磁気抵抗曲線を測
定した。
【００５６】ＣＰＰ構造素子では、素子抵抗Ｒ及び素子
抵抗変化ΔＲが素子断面積Ａに反比例するため、これら
の積ＲＡ及びΔＲＡは磁気抵抗効果膜ごとに一定とな
る。
【００５７】このため、素子特性を表す指標としてＲＡ
及びΔＲＡを用いる。ＣＩＰ構造におけるＭＲ比（％）
はΔＲＡ／ＲＡで表される。素子評価結果を表１に示
す。なお、表１においては、便宜上、比較例１、実施例
１、２、比較例２、実施例３、４、比較例３、実施例
５、比較例６、実施例６の順に、試料１乃至１０と表示
している。
【００５８】
【表１】
【００５９】表１から理解されるように、フリー強磁性
層を構成する強磁性金属層数を増加することにより、い
ずれの構成のスピンバルブ素子においても１．５から２
倍程度のΔＲＡ及びＭＲ比の増加が確認された。
【００６０】下地層１０２におけるＴａはＮｉＦｅの結
晶性や軟磁気特性の改善のために使用される。電極１１
０のＣｕはフリー層１２６、２１０等のＣｏとの相性か
ら使用される。また、保護層１５８のＴａはＭｎとの相
性から使用され、積層部の劣化防止効果を有するキャッ
プ層として機能する。
【００６１】また、第３及び第４の実施例では、ＣｏＦ
ｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ構造を適用したピン層１４０
は、ＣｏＦｅＢ同士が反強磁性結合（磁化方向が反平
行）して、ピン層１４０から発生する磁界を低減する。
かかる効果は、磁界抵抗検出の線形化（即ち、信号の対
称化）の維持に効果的であり、本発明のように高感度化
を追求する環境で適用されるとその効果は大きい。
【００６２】再び図１に戻って、アクチュエータ２１
は、図１には図示しないボイスコイルモータと、支軸１
５と、キャリッジ１６とを有する。
【００６３】ボイスコイルモータには当業界で既知のい
かなる技術をも適用することができ、ここでは詳しい構
造の説明は省略する。例えば、ボイスコイルモータは、
筐体１２内に固定された鉄板に固定された永久磁石と、
キャリッジ１６に固定された可動磁石を有する。支軸１
５は、キャリッジ１６に設けられた円筒中空孔に嵌合
し、筐体１２内に図１の紙面に垂直に延びるように配置
される。キャリッジ１６は、支軸１５の周りに回転又は
揺動可能に設けられる剛体のアーム１７と、このアーム
１７の先端に取り付けられてアーム１７から前方に延び
るサスペンション１８とを備える。サスペンション１８
は、例えば、ステンレス製のワトラス形サスペンション
であり、図示しないジンバルばねによってスライダ１９
を片持ち支持する。また、サスペンション１８はスライ
ダ１９にリード線などを介して接続される配線部も支持
する。配線部は小さいので図１では省略されている。か
かるリード線を介して、ヘッド２３と配線部との間でセ
ンス電流、書き込み情報及び読み出し情報が供給及び出
力される。スライダ１９には、磁気ディスク１３の表面
に抗して弾性力がサスペンション１８から加えられてい
る。
【００６４】図１１に、ＨＤＤ１１の制御系７０の制御
ブロック図を示す。ＨＤＤ１１の制御系７０は、制御部
７１、インターフェース７２、ハードディスクコントロ
ーラ（以下、「ＨＤＣ」という。）７３、ライト変調部
７４、リード復調部７５、センス電流制御部７６、ヘッ
ドＩＣ７７とを有し、コントロールボードなどとしてＨ
ＤＤ１１内に具現化される。もちろん、ヘッドＩＣ７７
のみがキャリッジ１６に装着されるなど、一体的に構成
されなくてもよい。
【００６５】制御部７１は、ＣＰＵ、ＭＰＵなど名称の
如何を問わずいかなる処理部を含み、制御系７０の各部
を制御する。インターフェース７２は、例えば、ＨＤＤ
１１を上位装置であるパーソナルコンピュータ（以下、
「ＰＣ」という。）などの外部装置に接続する。ＨＤＣ
７３は、リード復調部７５によって復調されたデータを
制御部７１に送信したり、ライト変調部７４にデータを
送信したり、センス電流制御部７６に制御部７１によっ
て設定された電流値を送信したりする。また、図１１で
は、制御部７１がスピンドルモータ１４とアクチュエー
タ２１（のモータ）をサーボ制御するが、ＨＤＣ７３が
かかるサーボ制御機能を有してもよい。ライト変調部７
４は、例えば、インターフェース７２を介して上位装置
から供給され、インダクティブヘッド３０によってディ
スク１３に書き込まれるデータを変調してヘッドＩＣ７
２に供給する。リード復調部７５はＭＲヘッド素子５０
がディスク１３読み取ったデータをサンプリングして元
の信号に復調する。ライト変調部７４とリード復調部７
５が一体の信号処理部として把握されてもよい。ヘッド
ＩＣ７７はプリアンプとして機能する。なお、各部には
当業界で既知のいかなる構成をも適用することができる
ので、その詳細な構造はここでは省略する。
【００６６】ＨＤＤ１１の動作において、制御部７１
は、スピンドルモータ１４を駆動してディスク１３を回
転させる。ディスク１３の回転に伴う空気流をスライダ
１９とディスク１３との間に巻き込み微小な空気膜を形
成し、スライダ１９にはディスク面から浮上する浮力が
作用する。一方、サスペンション１８はスライダ１９の
浮力と対向する方向に弾性押付力をスライダ１９に加え
ている。かかる浮力と弾性力との釣り合いにより、スラ
イダ１９とディスク１３との間が一定に離間する。
【００６７】次に、制御部７１は、アクチュエータ２１
を制御してキャリッジ１６を支軸１５回りに回動させ、
ヘッド２３をディスク１３の目的のトラック上にシーク
させる。本実施形態は、このようにスライダ１９の軌跡
が支軸１５の周りに円弧を描くスイングアーム式である
が、本発明は、スライダ１９の軌跡が直線状であるリニ
ア式の適用を妨げるものではない。
【００６８】書き込み時には、制御部７１は、インター
フェース７２を介して図示しないＰＣなどの上位装置か
ら得たデータを受信し、インダクティブヘッド素子３０
を選択し、ＨＤＣ７３を介してライト変調部７４に送信
する。これに応答して、ライト変調部７４はデータを変
調した後に当該変調されたデータをヘッドＩＣ７７に送
信する。ヘッドＩＣ７７は、かかる変調されたデータを
増幅した後でインダクティブヘッド素子３０に書き込み
電流として供給する。これにより、インダクティブヘッ
ド素子３０は目的のトラックにデータを書き込む。
【００６９】読み出し時には、制御部７１は、ＭＲヘッ
ド素子５０を選択し、所定のセンス電流を、ＨＤＣ７３
を介してセンス電流制御部７６に送信する。これに応答
して、センス電流制御部７６はセンス電流を、ヘッドＩ
Ｃ７７を介してＭＲヘッド素子５０に供給する。本実施
形態では、センス電流をＭＲヘッド素子５０の積層方向
に印加するＣＰＰ構造を採用してＣＩＰ構造よりも高い
センス電流を流すことができると共にＭＲ変化率の高感
度を有する。また、フリー層を強磁性層と非磁性層の積
層構造としているので、両層間の界面が増加して通常の
スピンバルブ膜よりも更に磁気抵抗変化率を増加させて
感度を向上させている。このため、ディスク１３の面記
録密度に伴って縮小されるビットサイズに対応して小型
化されたＭＲヘッド素子５０においても高い読み取り性
能を有する。
【００７０】また、ＭＲヘッド素子５０は、スピンバル
ブ膜１００を使用しているために多層膜ＧＭＲ膜を使用
する場合に比べて磁区制御とヒステリシス低減が容易で
ある。加えて、本実施形態では、ＭＲヘッド素子５０の
フリー層内で分離された強磁性層の磁化方向は平行であ
るので磁区制御とヒステリシス制御の容易性の実効を図
っている。
【００７１】信号磁界に応じて変化するＭＲヘッド素子
５０の電気抵抗変化に基づくデータは、ヘッドＩＣ７７
によって増幅され、その後、リード復調部７５に供給さ
れて元の信号に復調される。復調された信号は、ＨＤＣ
７３、制御部７１、インターフェース７２を介して、図
示しない上位装置に送信される。
【００７２】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の
範囲内で様々な変形及び変更が可能である。例えば、本
発明は、磁気ヘッドのみならず磁気センサ（例えば、変
位や角度を検出する磁気ポテンショメータ、磁気カード
の読み取りや磁気インクで印刷された紙幣の認識など）
にも適用可能である。
【００７３】（付記１） 実質的に磁化方向が固定され
た第１の強磁性層と、外部磁界に対して自由に磁化方向
を変化させる第２の強磁性層と、前記第１及び第２の強
磁性層を分離する非磁性中間層とを有する積層膜と、当
該積層膜の積層方向にセンス電流を印加する手段を有す
る磁気抵抗効果素子であって、前記第２の強磁性層は、
非磁性金属層によって積層方向に分離された２つ以上の
強磁性金属層から構成されることを特徴とする磁気抵抗
効果素子。（１） （付記２） 前記第２の強磁性層を構成する前記２つ以
上の強磁性金属層のそれぞれの磁化方向は平行であるこ
とを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子。（２） （付記３） 前記第２の強磁性層を構成する前記非磁性
金属層は、前記第２の強磁性層を構成する前記強磁性金
属層と積層した際にスピン依存散乱を生じさせることを
特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子。（３） （付記４） 前記第２の強磁性層を構成する前記非磁性
金属膜はＣｕからなることを特徴とする付記１記載の磁
気抵抗効果素子。
【００７４】（付記５） 前記第２の強磁性層を構成す
る前記非磁性金属膜はＡｇからなることを特徴とする付
記１記載の磁気抵抗効果素子。
【００７５】（付記６） 前記第２の強磁性層を構成す
る前記非磁性金属膜はＡｕからなることを特徴とする付
記１記載の磁気抵抗効果素子。
【００７６】（付記７） 前記第１の強磁性層は、強磁
性金属層、非磁性金属層及び強磁性金属層によってこの
順に構成されている積層膜で構成され、前記第１の強磁
性層を構成する前記２つの強磁性金属層のそれぞれ磁化
方向は前記第１の強磁性層を構成する前記非磁性金属層
を介して反平行であることを特徴とする付記１記載の磁
気抵抗効果素子。（４） （付記８） 前記第１の強磁性層を構成する前記強磁性
金属層、前記非磁性金属層、及び、前記強磁性金属層
は、Ｃｏ系、Ｒｕ及びＣｏ系の積層である付記７記載の
磁気抵抗効果素子。
【００７７】（付記９） 前記第１の強磁性層、前記非
磁性中間層及び前記第２の強磁性層が、この順に、基板
上に積層されていることを特徴とする付記１記載の磁気
抵抗効果素子。（５） （付記１０） 前記第２の強磁性層上に積層された前記
第２の非磁性中間層と、当該第２の非磁性中間層上に積
層され、実質的に磁化が固定されている第２の強磁性層
とを更に有することを特徴とする付記９記載の磁気抵抗
効果素子。（６） （付記１１） 前記第２の強磁性層、前記非磁性中間層
及び前記第１の強磁性層が、この順に、基板上に積層さ
れていることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素
子。（７） （付記１２） 前記第２の強磁性層を構成する前記２つ
以上の強磁性金属層のそれぞれの厚さは、１乃至２ｎｍ
である付記１記載の磁気抵抗効果素子。
【００７８】（付記１３） 前記第２の強磁性層の厚さ
は、３乃至１０ｎｍである付記１記載の磁気抵抗効果素
子。
【００７９】（付記１４） 前記第２の強磁性層の厚さ
は、５乃至６ｎｍである付記１記載の磁気抵抗効果素
子。
【００８０】（付記１５） 前記積層膜はスピンバルブ
膜である付記１記載の磁気抵抗効果素子。
【００８１】（付記１６） 前記第２の強磁性層を構成
する前記２つ以上の強磁性金属層の少なくとも一はＣｏ
ＦｅＢであることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効
果素子。
【００８２】（付記１７） 実質的に磁化方向が固定さ
れた第１の強磁性層と、外部磁界に対して自由に磁化方
向を変化させる第２の強磁性層と、前記第１及び第２の
強磁性層を分離する非磁性中間層とを有する積層膜と、
当該積層膜の積層方向にセンス電流を印加する手段とを
有する磁気抵抗効果素子であって、前記第１及び第２の
強磁性層の少なくとも一方は、前記積層膜の積層方向に
おいて非磁性部と強磁性部が積層されている構造を有す
ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。（８） （付記１８） 付記１乃至１７のうちいずれか一項の磁
気抵抗効果素子と、前記センス電流を供給する手段と、
信号磁界に応じて変化する前記磁気抵抗効果素子の電気
抵抗の変化から信号を読み取る手段とを有することを特
徴とする読み取りヘッド。（９） （付記１９） 付記１８記載の読み取りヘッドと書き込
みヘッドを含むヘッド部と、当該ヘッド部によって記録
再生される磁気記録担体を駆動する駆動部とを有するド
ライブ。（１０） （付記２０） 前記磁気記録担体の面記録密度は１００
Ｇｂ／ｉｎ２以上である付記１９記載のドライブ。
【００８３】
【発明の効果】本発明の特徴によれば、スピンバルブ膜
等の磁気抵抗効果膜を用いたＣＰＰ構造素子において、
フリー強磁性層を非磁性金属層によって積層方向に分離
された２つ以上の強磁性金属層とすることにより、磁性
／非磁性界面での伝導電子のスピン方向に依存した散乱
効果を増加させることが可能となる。この結果、効果的
な素子出力の向上を図ることができる。本発明を適用し
た磁気ヘッドは面記録密度の高い磁気記録担体に対応す
ることができる。以上、本発明により、磁気抵抗センサ
の高ＭＲ比か高感度化が可能となり、超高密度磁気記録
装置のリードヘッド用磁気抵抗センサを提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一例としてのハードディスクドライ
ブの内部構造を示す平面図である。
【図２】 図１に示すハードディスクドライブのスライ
ダの拡大斜視図である。
【図３】 図２に示すスライダに搭載されるヘッドの積
層構造を示す拡大断面図である。
【図４】 図３に示すヘッドのスピンバルブ膜の構造に
適用された本発明の実施例に対する比較例の拡大断面図
である。
【図５】 図３に示すヘッドのスピンバルブ膜の構造に
適用可能な本発明の第１実施例の拡大断面図である。
【図６】 図３に示すヘッドのスピンバルブ膜の構造に
適用可能な本発明の第２実施例の拡大断面図である。
【図７】 図３に示すヘッドのスピンバルブ膜の構造に
適用可能な本発明の第３実施例の拡大断面図である。
【図８】 図３に示すヘッドのスピンバルブ膜の構造に
適用可能な本発明の第５実施例の拡大断面図である。
【図９】 図３に示すヘッドのスピンバルブ膜の構造に
適用可能な本発明の第６実施例の拡大断面図である。
【図１０】 図３に示すヘッドのスピンバルブ膜の構造
に適用可能な本発明の第６実施例の拡大断面図である。
【図１１】 図２に示すハードディスクドライブの制御
系を説明するブロック図である。
【符号の説明】
２ 磁性層 ４ 非磁性層 １１ ハードディスクドライブ ２３ ヘッド ５０ 磁気抵抗ヘッド素子 １００ スピンバルブ膜 １２０ フリー強磁性層 １２２ 第１のフリー強磁性層 １２４ 非磁性金属層 １２６ 第２のフリー強磁性層 １３０ フリー強磁性層 １３１ 第１のフリー強磁性層 １３２ 第１の非磁性層 １３３ 第２のフリー強磁性層 １３４ 第２の非磁性層 １３５ 第３のフリー強磁性層
フロントページの続き (72)発明者 長坂 恵一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 瀬山 喜彦 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 田中 厚志 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA04 BA05 BA09 CA04 CA08

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に磁化方向が固定された第１の強
    磁性層と、外部磁界に対して自由に磁化方向を変化させ
    る第２の強磁性層と、前記第１及び第２の強磁性層を分
    離する非磁性中間層とを有する積層膜と、当該積層膜の
    積層方向にセンス電流を印加する手段を有する磁気抵抗
    効果素子であって、 前記第２の強磁性層は、非磁性金属層によって積層方向
    に分離された２つ以上の強磁性金属層から構成されるこ
    とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 前記第２の強磁性層を構成する前記２つ
    以上の強磁性金属層のそれぞれの磁化方向は平行である
    ことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】 前記第２の強磁性層を構成する前記非磁
    性金属層は、前記第２の強磁性層を構成する前記強磁性
    金属層と積層した際にスピン依存散乱を生じさせること
    を特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】 前記第１の強磁性層は、強磁性金属層、
    非磁性金属層及び強磁性金属層によってこの順に構成さ
    れている積層膜で構成され、 前記第１の強磁性層を構成する前記２つの強磁性金属層
    のそれぞれ磁化方向は前記第１の強磁性層を構成する前
    記非磁性金属層を介して反平行であることを特徴とする
    請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】 前記第１の強磁性層、前記非磁性中間層
    及び前記第２の強磁性層が、この順に、基板上に積層さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果
    素子。
  6. 【請求項６】 前記第２の強磁性層上に積層された前記
    第２の非磁性中間層と、 当該第２の非磁性中間層上に積層され、実質的に磁化が
    固定されている第２の強磁性層とを更に有することを特
    徴とする請求項５記載の磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】 前記第２の強磁性層、前記非磁性中間層
    及び前記第１の強磁性層が、この順に、基板上に積層さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果
    素子。
  8. 【請求項８】 実質的に磁化方向が固定された第１の強
    磁性層と、外部磁界に対して自由に磁化方向を変化させ
    る第２の強磁性層と、前記第１及び第２の強磁性層を分
    離する非磁性中間層とを有する積層膜と、当該積層膜の
    積層方向にセンス電流を印加する手段とを有する磁気抵
    抗効果素子であって、 前記第１及び第２の強磁性層の少なくとも一方は、前記
    積層膜の積層方向において非磁性部と強磁性部が積層さ
    れている構造を有することを特徴とする磁気抵抗効果素
    子。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至８のうちいずれか一項の磁
    気抵抗効果素子と、 前記センス電流を供給する手段と、 信号磁界に応じて変化する前記磁気抵抗効果素子の電気
    抵抗の変化から信号を読み取る手段とを有することを特
    徴とする読み取りヘッド。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の読み取りヘッドと書き
    込みヘッドを含むヘッド部と、 当該ヘッド部によって記録再生される磁気記録担体を駆
    動する駆動部とを有するドライブ。
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