JP2003229612A - Magnetoresistance effect sensor and magnetic disk device - Google Patents
Magnetoresistance effect sensor and magnetic disk deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果セン
サー、および磁気抵抗効果センサーを用いた磁気ディス
ク装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive effect sensor and a magnetic disk device using the magnetoresistive effect sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、磁気ディスク装置においては、磁
気抵抗効果膜（以下、ＭＲ膜と称する）の磁気抵抗効果
を利用して、磁気記録媒体に記録された情報信号を読み
とる磁気抵抗効果型センサー（以下、ＭＲセンサーと称
する。）が広く用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a magnetic disk device, a magnetoresistive effect type sensor for reading an information signal recorded on a magnetic recording medium by utilizing the magnetoresistive effect of a magnetoresistive effect film (hereinafter referred to as an MR film). (Hereinafter, referred to as MR sensor) is widely used.
【０００３】上述したＭＲセンサーには、異方性磁気抵
抗効果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto-Resistive Effe
ct）を用いたもの、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant
Magneto-Resistive Effect）を用いたものがある。これ
らはいずれも、膜面内方向にセンス電流を通電する、い
わゆるＣＩＰ（Current In Plane）配置を有するＭＲセ
ンサーである。The above-mentioned MR sensor has an anisotropic magnetoresistive effect (AMR).
ct), giant magnetoresistive effect (GMR: Giant)
Magneto-Resistive Effect). All of these are MR sensors having a so-called CIP (Current In Plane) arrangement in which a sense current is passed in the in-plane direction of the film.
【０００４】近年、磁気記録の高密度化が急速に進み、
上述したＡＭＲセンサーおよびＣＩＰ−ＧＭＲセンサー
では、高密度化に対応するために必要不可欠な、狭ギャ
ップ化、狭トラック化、高出力化に限界が見え始めてい
る。In recent years, the density of magnetic recording has rapidly increased,
In the above-mentioned AMR sensor and CIP-GMR sensor, the limits are beginning to be seen in narrowing the gap, narrowing the track, and increasing the output, which are indispensable for coping with higher density.
【０００５】その打開策としては、トンネル接合型磁気
抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-Resistive Effe
ct）を用いたＴＭＲセンサーや、ＧＭＲ膜の両主面上に
電極層の役割を兼用するギャップ層及びシールド層を形
成した、いわゆるＣＰＰ（Current Perpendicular to P
lane）−ＧＭＲセンサーが提案されている。ＣＰＰ−Ｇ
ＭＲセンサーは、たとえば米国特許第５，６６８，６８
８号や特開平１０−５５５１２号公報に開示されてい
る。As a breakthrough, a tunneling magnetoresistive effect (TMR: Tunneling Magneto-Resistive Effe) is used.
ct), a so-called CPP (Current Perpendicular to PMP) in which a gap layer and a shield layer that also serve as electrode layers are formed on both main surfaces of the GMR film.
lane) -GMR sensors have been proposed. CPP-G
MR sensors are described, for example, in US Pat. No. 5,668,68.
No. 8 and Japanese Patent Laid-Open No. 10-55512.
【０００６】ＴＭＲセンサーまたはＣＰＰ−ＧＭＲセン
サーは、基板上に、下側シールド層と、下側ギャップ層
と、ＴＭＲ膜またはＧＭＲ膜と、上側ギャップ層と、上
側シールド層とを順次積層した構造を有している。そし
て、下側シールド層、下側ギャップ層、上側ギャップ
層、および上側シールド層が１対の電極を兼ねている。The TMR sensor or CPP-GMR sensor has a structure in which a lower shield layer, a lower gap layer, a TMR film or GMR film, an upper gap layer, and an upper shield layer are sequentially laminated on a substrate. Have The lower shield layer, the lower gap layer, the upper gap layer, and the upper shield layer also serve as a pair of electrodes.
【０００７】上記ＴＭＲ膜は、反強磁性材料で形成され
た磁化固定層と、強磁性材料で形成された磁化固着層
と、非導電性非磁性材料で形成されたトンネル障壁層
と、強磁性材料で形成された磁化自由層とが順次形成さ
れた構造とされている。The TMR film has a magnetization fixed layer formed of an antiferromagnetic material, a magnetization fixed layer formed of a ferromagnetic material, a tunnel barrier layer formed of a nonconductive nonmagnetic material, and a ferromagnetic layer. It has a structure in which a magnetization free layer formed of a material is sequentially formed.
【０００８】このＴＭＲ膜に対してほぼ垂直方向にセン
ス電流を流すと、トンネル障壁層内に、一方の強磁性層
から他方の強磁性層に向かっていわゆるトンネル電流が
流れる。一方、磁化自由層の磁化方向は外部磁界に応じ
て膜面内で変化する。この結果、磁化自由層の磁化方向
と磁化固着層の磁化方向との相対角度に依存して、トン
ネル電流のコンダクタンスが変化する。そして、このト
ンネル電流のコンダクタンスを測定することによって外
部磁界を検出することができる。上記ＴＭＲ膜において
は、２つの強磁性層の磁化の分極率から磁気抵抗比を理
論的に算出することができる。このため、ＴＭＲセンサ
ーは、磁気抵抗効果センサーとして注目を集めている。When a sense current flows in a direction substantially perpendicular to the TMR film, a so-called tunnel current flows in the tunnel barrier layer from one ferromagnetic layer to the other ferromagnetic layer. On the other hand, the magnetization direction of the magnetization free layer changes in the film plane according to the external magnetic field. As a result, the conductance of the tunnel current changes depending on the relative angle between the magnetization direction of the magnetization free layer and the magnetization direction of the magnetization pinned layer. The external magnetic field can be detected by measuring the conductance of this tunnel current. In the TMR film, the magnetoresistance ratio can be theoretically calculated from the polarizability of the magnetizations of the two ferromagnetic layers. Therefore, the TMR sensor is drawing attention as a magnetoresistive effect sensor.
【０００９】上記ＣＰＰ−ＧＭＲセンサーでは、ＧＭＲ
膜に対してほぼ垂直方向にセンス電流が流されるため、
ＧＭＲ膜に対して平行に電流を流したときよりも抵抗変
化率が大きくなる。また、電極層がシールド層と兼用さ
れているため、電極層とシールド層との絶縁を考慮する
必要がなくなり、狭ギャップ化に有利である。また、電
極層がギャップ層及びシールド層と兼用とされているた
め、製造工程が簡略化される。このため、ＣＰＰ−ＧＭ
Ｒセンサーは、磁気抵抗効果センサーとして注目を集め
ている。In the CPP-GMR sensor, the GMR
Since the sense current flows in a direction almost perpendicular to the film,
The rate of resistance change is larger than that when a current is passed in parallel to the GMR film. Further, since the electrode layer is also used as the shield layer, it is not necessary to consider insulation between the electrode layer and the shield layer, which is advantageous for narrowing the gap. Moreover, since the electrode layer is also used as the gap layer and the shield layer, the manufacturing process is simplified. Therefore, CPP-GM
The R sensor is drawing attention as a magnetoresistive effect sensor.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ＴＭＲセンサーまたは
ＣＰＰ−ＧＭＲセンサーでは、図８に示すように、磁気
抵抗効果素子の膜面垂直方向にセンス電流８１を通電す
るので、磁気抵抗効果素子のセンサー部に当たる磁化自
由層８０の膜面内で円を描くように電流磁界８２が誘導
される。In the TMR sensor or the CPP-GMR sensor, as shown in FIG. 8, since the sense current 81 is passed in the direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect element, the sensor portion of the magnetoresistive effect element is used. The current magnetic field 82 is induced so as to draw a circle in the film surface of the magnetization free layer 80 which hits.
【００１１】ここで、従来のＴＭＲセンサーまたはＣＰ
Ｐ−ＧＭＲセンサーにおいては、磁化自由層８０の磁化
が膜面内配向している。この場合、図８に示した電流磁
界８２に起因して、図９に示すように磁化自由層８０に
還流磁区などの磁区８３が形成される。この状態で動作
したときの検出信号には、磁区の引っかかりによりバル
クハウゼンノイズが含まれる。Here, a conventional TMR sensor or CP
In the P-GMR sensor, the magnetization of the magnetization free layer 80 is oriented in the film plane. In this case, due to the current magnetic field 82 shown in FIG. 8, a magnetic domain 83 such as a return magnetic domain is formed in the magnetization free layer 80 as shown in FIG. The detection signal when operating in this state includes Barkhausen noise due to the magnetic domain being caught.
【００１２】この問題に対する対策として、トラック幅
方向に沿って磁化自由層の両側に１対の硬磁性層を形成
し、磁化自由層の膜面に平行にハードバイアス磁界を印
加することにより磁化自由層の磁区を制御することが行
われているが、磁区の制御は困難である。たとえば、磁
化自由層と硬磁性層とが接触しないように両者の間に絶
縁層を形成した場合、磁化自由層に対して十分なハード
バイアス磁界を印加することが不可能となり、磁化自由
層における磁区制御が不十分となる。As a countermeasure against this problem, a pair of hard magnetic layers are formed on both sides of the magnetization free layer along the track width direction, and a hard bias magnetic field is applied in parallel to the film surface of the magnetization free layer to free the magnetization. Although it has been attempted to control the magnetic domain of a layer, it is difficult to control the magnetic domain. For example, when an insulating layer is formed between the magnetization free layer and the hard magnetic layer so that they do not come into contact with each other, it becomes impossible to apply a sufficient hard bias magnetic field to the magnetization free layer, and Insufficient magnetic domain control.
【００１３】そこで、本発明の目的は、センス電流を膜
面垂直方向に通電するモードで動作するが、膜面内方向
に誘導される電流磁界による磁化自由層での還流磁区な
どの磁区形成を防ぐことができ、バルクハウゼンノイズ
の発生を抑制できる磁気抵抗効果センサー、およびこの
磁気抵抗効果センサーを用いた磁気ディスク装置を提供
することにある。Therefore, an object of the present invention is to operate in a mode in which a sense current is passed in a direction perpendicular to the film surface, but to form a magnetic domain such as a free magnetic domain in a magnetization free layer by a current magnetic field induced in the in-plane direction of the film. It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive effect sensor that can prevent the occurrence of Barkhausen noise, and a magnetic disk device using the magnetoresistive effect sensor.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の一態様に係る磁
気抵抗効果センサーは、非磁性中間層を挟んで設けられ
た磁化固着層および磁化自由層を有し、前記磁化固着層
は磁化が膜面内に固着され、前記磁化自由層は磁化容易
軸が膜面に対してほぼ垂直に配向している磁気抵抗効果
膜と；前記磁気抵抗効果膜の膜面に垂直な方向にセンス
電流を通電する１対の電極層とを有する。A magnetoresistive effect sensor according to an aspect of the present invention has a magnetization pinned layer and a magnetization free layer provided with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween, and the magnetization pinned layer has a magnetization A magnetoresistive film fixed in the film surface, the easy axis of magnetization being oriented substantially perpendicular to the film surface; and a sense current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film. And a pair of electrode layers that conduct electricity.
【００１５】本発明の他の態様に係る磁気抵抗効果セン
サーは、非磁性中間層を挟んで設けられた磁化固着層お
よび磁化自由層を有し、前記磁化固着層は磁化が膜面内
に固着されている磁気抵抗効果膜と；前記磁気抵抗効果
膜の前記磁化自由層側に設けられ、膜面に対してほぼ垂
直に磁化され、前記磁化自由層の膜面にほぼ垂直なバイ
アス磁界を印加する硬磁性層と；前記磁気抵抗効果膜の
膜面に垂直な方向にセンス電流を通電する１対の電極層
とを有する。A magnetoresistive effect sensor according to another aspect of the present invention has a magnetization pinned layer and a magnetization free layer provided with a non-magnetic intermediate layer interposed therebetween, and the magnetization pinned layer has magnetization pinned in the film plane. A magnetoresistive effect film, which is provided on the magnetization free layer side of the magnetoresistive effect film, is magnetized substantially perpendicular to the film surface, and applies a bias magnetic field almost perpendicular to the film surface of the magnetization free layer. And a pair of electrode layers that pass a sense current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film.
【００１６】本発明の他の態様に係る磁気ディスク装置
は、上記の磁気抵抗効果センサーと、磁気ディスクと、
磁気抵抗効果センサーからの信号を処理する信号処理系
を有する。A magnetic disk device according to another aspect of the present invention includes the above-mentioned magnetoresistive effect sensor, a magnetic disk, and
It has a signal processing system for processing a signal from the magnetoresistive effect sensor.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の各実施形態に係る磁気抵
抗効果センサーは、磁化固着層、非磁性中間層および磁
化自由層のサンドイッチ構造を有し、１対の電極層によ
り磁気抵抗効果膜の膜面に垂直な方向にセンス電流を通
電するＣＰＰモードの磁気抵抗効果センサーである。A magnetoresistive effect sensor according to each embodiment of the present invention has a sandwich structure of a magnetization fixed layer, a nonmagnetic intermediate layer and a magnetization free layer, and a magnetoresistive effect film with a pair of electrode layers. 3 is a CPP mode magnetoresistive effect sensor in which a sense current is passed in a direction perpendicular to the film surface of FIG.
【００１８】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効
果センサーでは、磁化固着層は磁化が膜面内に固着され
ており、磁化自由層は磁化容易軸が膜面に対してほぼ垂
直に配向しており、その磁化は信号磁束がないときには
膜面に対してほぼ垂直に配向している。磁化自由層の磁
化は信号磁束に応じて回転し、磁化固着層の磁化と磁化
自由層の磁化との間でほぼ平行状態とほぼ反平行状態と
を作り出すことができるので、磁気抵抗効果を得ること
ができる。In the magnetoresistive effect sensor according to the first embodiment of the present invention, the magnetization pinned layer has the magnetization pinned in the film surface, and the magnetization free layer has the easy axis of magnetization substantially perpendicular to the film surface. The magnetization is oriented substantially perpendicular to the film surface when there is no signal magnetic flux. The magnetization of the magnetization free layer rotates according to the signal magnetic flux, and a nearly parallel state and an approximately antiparallel state can be created between the magnetization of the magnetization pinned layer and the magnetization of the magnetization free layer, so that a magnetoresistive effect is obtained. be able to.
【００１９】この磁気抵抗効果センサーの動作時に、膜
面に垂直に通電されるセンス電流により磁化自由層の膜
面内で円を描くように電流磁界が誘導されるが、磁化自
由層の磁化容易軸の方向が膜面に対してほぼ垂直なの
で、磁化自由層における磁区の形成を防止できる。した
がって、バルクハウゼンノイズの発生を抑制できる。During operation of this magnetoresistive effect sensor, a current flowing in a circle in the film surface of the magnetization free layer is induced by a sense current that is passed perpendicularly to the film surface. Since the axis direction is almost perpendicular to the film surface, formation of magnetic domains in the magnetization free layer can be prevented. Therefore, the generation of Barkhausen noise can be suppressed.
【００２０】第１の実施形態の磁気抵抗効果センサーを
構成する各層に用いられる材料について以下に説明す
る。The materials used for each layer constituting the magnetoresistive effect sensor of the first embodiment will be described below.
【００２１】磁化自由層の材料としては、たとえば結晶
構造がｈｃｐ構造（最密六方構造）であり、垂直磁気異
方性を示す強磁性材料が挙げられる。このような強磁性
材料は、Ｃｏを主成分とする金属を含むものが代表的で
あるが、他のｈｃｐ構造を有する金属を用いることもで
きる。磁化自由層の材料として、希土類元素（ＲＥ）と
鉄族遷移元素（ＴＭ）との合金で垂直磁気異方性を示
し、保磁力の小さいＧｄＦｅ、ＧｄＦｅＣｏなども挙げ
ることができる。なお、磁化自由層の製膜時に膜面垂直
方向に一定磁界を印加することにより誘導磁気異方性を
導入してもよい。磁化自由層の垂直磁気異方性はトルク
磁力計で容易に確認できる。As the material of the magnetization free layer, for example, a ferromagnetic material having a hcp structure (closest packed hexagonal structure) as a crystal structure and exhibiting perpendicular magnetic anisotropy can be mentioned. Such a ferromagnetic material typically contains a metal containing Co as a main component, but a metal having another hcp structure can also be used. Examples of the material of the magnetization free layer include GdFe and GdFeCo, which are alloys of a rare earth element (RE) and an iron group transition element (TM), exhibit perpendicular magnetic anisotropy, and have a small coercive force. The induced magnetic anisotropy may be introduced by applying a constant magnetic field in the direction perpendicular to the film surface when the magnetization free layer is formed. The perpendicular magnetic anisotropy of the magnetization free layer can be easily confirmed with a torque magnetometer.
【００２２】磁化固着層の材料としては、磁化容易軸が
面内にある（面内磁気異方性を示す）強磁性材料、たと
えばＣｏ90Ｆｅ10、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＣｏなどが挙げ
られる。通常、磁化固着層に接して磁化固定層が形成さ
れる。磁化固定層の材料としては、反強磁性材料、たと
えばＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎなどが挙
げられる。磁化固着層は磁化固定層との交換結合によ
り、膜面方向に磁化が固着される。Examples of the material of the magnetization pinned layer include ferromagnetic materials having an easy axis of magnetization in the plane (indicating in-plane magnetic anisotropy), such as Co 90 Fe 10 , CoFeNi, and FeCo. Usually, the magnetization fixed layer is formed in contact with the magnetization fixed layer. Examples of the material of the magnetization fixed layer include antiferromagnetic materials such as PtMn, IrMn, FeMn, and NiMn. The magnetization of the magnetization pinned layer is pinned in the film surface direction by exchange coupling with the magnetization pinned layer.
【００２３】磁化自由層と磁化固着層との間に挟まれる
非磁性中間層は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサーの場合には導
電性非磁性材料たとえばＣｕを主成分とする金属で形成
され、ＴＭＲセンサーの場合には非導電性非磁性材料た
とえばＡｌ−Ｏなどの酸化物で形成される。In the case of the CPP-GMR sensor, the non-magnetic intermediate layer sandwiched between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer is formed of a conductive non-magnetic material, for example, a metal containing Cu as a main component. In some cases, it is formed of a non-conductive non-magnetic material, for example, an oxide such as Al-O.
【００２４】上記の各層を含む磁気抵抗効果膜に対し
て、必要に応じて下地層および保護層を設けてもよい。
下地層および保護層の材料としては、ＴａやＴｉなどの
金属が挙げられる。An underlayer and a protective layer may be provided on the magnetoresistive film including the above layers, if necessary.
Examples of the material for the underlayer and the protective layer include metals such as Ta and Ti.
【００２５】磁気抵抗効果膜の膜面に垂直な方向にセン
ス電流を通電する１対の電極層は、磁気抵抗効果膜の下
部に設けられた下部ギャップ層および下部シールド層
と、磁気抵抗効果膜の上部に設けられた上部ギャップ層
および上部シールド層とを含む。下部ギャップ層および
上部ギャップ層の材料としては、導電性非磁性材料、た
とえばＣｕ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどが挙げられる。
下部シールド層および上部シールド層の材料としては、
導電性を有する軟磁性材料、たとえばＮｉＦｅ、ＦｅＳ
ｉＡｌ、アモルファスＣｏＺｒＮｂなどが挙げられる。The pair of electrode layers for passing a sense current in the direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect film includes a lower gap layer and a lower shield layer provided under the magnetoresistive effect film, and the magnetoresistive effect film. A top gap layer and a top shield layer provided on the top of the. Examples of the material of the lower gap layer and the upper gap layer include conductive non-magnetic materials such as Cu, Ta, Cr, Ti and W.
As materials for the lower shield layer and the upper shield layer,
Conductive soft magnetic material such as NiFe, FeS
Examples thereof include iAl and amorphous CoZrNb.
【００２６】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効
果センサーでも、磁化固着層は磁化が膜面内に固着され
ている。また、磁気抵抗効果膜の磁化自由層側に、膜面
に対してほぼ垂直に磁化された硬磁性膜が設けられ、磁
化自由層の膜面にほぼ垂直なバイアス磁界を印加してい
るので、磁化自由層の磁化は信号磁束がないときには膜
面に対してほぼ垂直に配向している。磁化自由層の磁化
は信号磁束に応じて回転し、磁化固着層の磁化と磁化自
由層の磁化との間でほぼ平行状態とほぼ反平行状態とを
作り出すことができるので、磁気抵抗効果を得ることが
できる。Also in the magnetoresistive effect sensor according to the second embodiment of the present invention, the magnetization of the magnetization pinned layer is pinned in the film plane. Further, since a hard magnetic film magnetized almost perpendicular to the film surface is provided on the magnetization free layer side of the magnetoresistive effect film, and a bias magnetic field almost perpendicular to the film surface of the magnetization free layer is applied, The magnetization of the magnetization free layer is oriented substantially perpendicular to the film surface when there is no signal magnetic flux. The magnetization of the magnetization free layer rotates according to the signal magnetic flux, and a nearly parallel state and an approximately antiparallel state can be created between the magnetization of the magnetization pinned layer and the magnetization of the magnetization free layer, so that a magnetoresistive effect is obtained. be able to.
【００２７】この磁気抵抗効果センサーの動作時にも、
膜面に垂直に通電されるセンス電流により磁化自由層の
膜面内で円を描くように電流磁界が誘導されるが、磁化
自由層の膜面に対してほぼ垂直にバイアス磁界が印加さ
れているので、磁化自由層における磁区の形成を防止で
き、バルクハウゼンノイズの発生を抑制できる。Even during operation of this magnetoresistive effect sensor,
A sense magnetic field that is applied perpendicularly to the film surface induces a current magnetic field in a circle in the film surface of the magnetization free layer, but a bias magnetic field is applied almost perpendicularly to the film surface of the magnetization free layer. Therefore, it is possible to prevent the formation of magnetic domains in the magnetization free layer and suppress the generation of Barkhausen noise.
【００２８】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効
果センサーにおいては、硬磁性層と磁化自由層との間に
非磁性層を設けてもよい。このように非磁性層を設けて
硬磁性層から磁化自由層へのハードバイアス磁界を最適
化すれば、信号磁束に対する磁化自由層の感度を向上さ
せることができる。In the magnetoresistive effect sensor according to the second embodiment of the present invention, a nonmagnetic layer may be provided between the hard magnetic layer and the magnetization free layer. By thus providing the nonmagnetic layer and optimizing the hard bias magnetic field from the hard magnetic layer to the magnetization free layer, the sensitivity of the magnetization free layer to the signal magnetic flux can be improved.
【００２９】また、磁気抵抗効果膜の磁化自由層と非磁
性中間層との間に、磁化自由層にバイアス磁界を印加す
る第２の硬磁性層を設けてもよい。さらに、第２の硬磁
性層と磁化自由層との間に第２の非磁性層を設けてもよ
い。これらの第２の硬磁性層や第２の非磁性層も、磁化
自由層へのハードバイアス磁界を最適化するために設け
られる。A second hard magnetic layer for applying a bias magnetic field to the magnetization free layer may be provided between the magnetization free layer and the nonmagnetic intermediate layer of the magnetoresistive film. Further, a second nonmagnetic layer may be provided between the second hard magnetic layer and the magnetization free layer. These second hard magnetic layer and second nonmagnetic layer are also provided in order to optimize the hard bias magnetic field to the magnetization free layer.
【００３０】第２の実施形態の磁気抵抗効果センサーを
構成する各層に用いられる材料について、第１の実施形
態の磁気抵抗効果センサーに対して追加された層の材料
を主として以下に説明する。Regarding the materials used for each layer constituting the magnetoresistive effect sensor of the second embodiment, the materials of the layers added to the magnetoresistive effect sensor of the first embodiment will be mainly described below.
【００３１】磁気抵抗効果膜の磁化自由層側に設けられ
る硬磁性層の材料としては、たとえば結晶構造がｈｃｐ
構造（最密六方構造）であり、垂直磁気異方性を示す強
磁性材料が挙げられる。このような強磁性材料は、Ｃｏ
を主成分とする金属を含むものが代表的であるが、他の
ｈｃｐ構造を有する金属を用いることもできる。硬磁性
層の材料として、希土類元素（ＲＥ）と鉄族遷移元素
（ＴＭ）との合金で垂直磁気異方性を示し、保磁力の小
さいＧｄＦｅ、ＧｄＦｅＣｏなども挙げることができ
る。なお、硬磁性層の製膜時に膜面垂直方向に一定磁界
を印加することにより誘導磁気異方性を導入してもよ
い。硬磁性層の垂直磁気異方性はトルク磁力計で容易に
確認できる。As a material of the hard magnetic layer provided on the magnetization free layer side of the magnetoresistive film, for example, the crystal structure is hcp.
A ferromagnetic material having a structure (closest hexagonal structure) and exhibiting perpendicular magnetic anisotropy can be mentioned. Such a ferromagnetic material is Co
A metal containing a metal as a main component is typical, but a metal having another hcp structure can also be used. As a material for the hard magnetic layer, GdFe, GdFeCo, or the like, which is an alloy of a rare earth element (RE) and an iron group transition element (TM) and which exhibits perpendicular magnetic anisotropy and has a small coercive force, can be used. The induced magnetic anisotropy may be introduced by applying a constant magnetic field in the direction perpendicular to the film surface when forming the hard magnetic layer. The perpendicular magnetic anisotropy of the hard magnetic layer can be easily confirmed with a torque magnetometer.
【００３２】磁気抵抗効果膜の磁化自由層と非磁性中間
層との間に第２の硬磁性層を設ける場合にも、上記の硬
磁性層と同様な材料を用いることができる。When the second hard magnetic layer is provided between the magnetization free layer and the non-magnetic intermediate layer of the magnetoresistive film, the same material as the above hard magnetic layer can be used.
【００３３】硬磁性層と磁化自由層との間に設けられる
非磁性層としては、たとえば少なくともＲｕとＣｏを含
有する合金が挙げられる。なお、この非磁性層として、
下地層を兼ねるＴａ、ＣｏＦｅＣｒなどを用いてもよ
い。このような非磁性層を設ければ、硬磁性層から磁化
自由層へのハードバイアス磁界を最適化するのに有利で
ある。As the nonmagnetic layer provided between the hard magnetic layer and the magnetization free layer, for example, an alloy containing at least Ru and Co can be mentioned. As the non-magnetic layer,
You may use Ta, CoFeCr, etc. which also serve as a base layer. Providing such a non-magnetic layer is advantageous in optimizing the hard bias magnetic field from the hard magnetic layer to the magnetization free layer.
【００３４】第２の硬磁性層と磁化自由層との間に第２
の非磁性層を設ける場合にも、上記と同様に、少なくと
もＲｕとＣｏを含有する合金を用いることが好ましい。Between the second hard magnetic layer and the magnetization free layer, the second
Also in the case of providing the non-magnetic layer, it is preferable to use an alloy containing at least Ru and Co, as in the above.
【００３５】第２の実施形態の磁気抵抗効果センサーに
おける磁化自由層の磁気異方性は特に限定されず、垂直
磁気異方性を示すものでも、面内磁気異方性を示すもの
でもよい。The magnetic anisotropy of the magnetization free layer in the magnetoresistive effect sensor according to the second embodiment is not particularly limited, and may exhibit perpendicular magnetic anisotropy or in-plane magnetic anisotropy.
【００３６】第２の実施形態の磁気抵抗効果センサーに
おいて、磁化固着層、磁化固定層、磁化自由層と磁化固
着層との間の非磁性中間層、下地層、保護層、および電
極層（ギャップ層とシールド層）については、第１の実
施形態で説明したのと同様な材料を用いることができ
る。In the magnetoresistive effect sensor of the second embodiment, the magnetization pinned layer, the magnetization pinned layer, the nonmagnetic intermediate layer between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer, the underlayer, the protective layer, and the electrode layer (gap). For the layers and the shield layer, the same materials as described in the first embodiment can be used.
【００３７】上記の各実施形態に係る磁気抵抗効果セン
サーは、磁気ディスク装置に適用することができる。す
なわち、本発明に係る磁気ディスク装置は、上述したよ
うな磁気抵抗効果センサーと、少なくとも１つの磁気デ
ィスクと、磁気センサーからの信号処理系を有するもの
である。The magnetoresistive effect sensor according to each of the above embodiments can be applied to a magnetic disk device. That is, the magnetic disk device according to the present invention has the above-described magnetoresistive effect sensor, at least one magnetic disk, and a signal processing system from the magnetic sensor.
【００３８】なお、特開平１１−２１３６５０号公報に
は、非磁性中間層を挟んで設けられた低い保磁力を有す
る第１の垂直磁化膜と高い保磁力を有する第２の垂直磁
化膜を有する磁気抵抗効果膜が開示されている。この磁
気抵抗効果膜は磁気抵抗メモリに適用されるものであ
り、書き込み線に電流を流したときに一方の垂直磁化膜
の磁化が反転することを利用して記録を行っている。し
かし、このように非磁性中間層を挟んで設けられた２層
の強磁性層がどちらも垂直磁化膜である磁気抵抗効果膜
を磁気ディスク装置に適用した場合、磁気抵抗変化率が
小さいという問題がある。これに対して、本発明に係る
磁気抵抗効果センサーでは、磁化自由層の磁化は膜面に
対してほぼ垂直に配向しているが、磁化固着層の磁化は
膜面内に配向しているので、磁気ディスク装置に適用し
た場合に十分な磁気抵抗変化率を得ることができる。In Japanese Patent Laid-Open No. 11-213650, there is provided a first perpendicular magnetization film having a low coercive force and a second perpendicular magnetization film having a high coercive force, which are provided with a non-magnetic intermediate layer interposed therebetween. A magnetoresistive film is disclosed. This magnetoresistive film is applied to a magnetoresistive memory, and recording is performed by utilizing the fact that the magnetization of one perpendicular magnetization film is reversed when a current is passed through the write line. However, when a magnetoresistive effect film in which both of the two ferromagnetic layers sandwiching the nonmagnetic intermediate layer are perpendicular magnetization films is applied to the magnetic disk device, the magnetoresistance change rate is small. There is. On the other hand, in the magnetoresistive effect sensor according to the present invention, the magnetization of the magnetization free layer is oriented almost perpendicular to the film surface, but the magnetization of the magnetization pinned layer is oriented in the film surface. When applied to a magnetic disk device, a sufficient magnetoresistance change rate can be obtained.
【００３９】[0039]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、各
部の特徴をわかりやすく図示するために特徴となる部分
を拡大している場合があり、各部材の寸法比率が実際と
同じであるとは限らない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, the characteristic portions may be enlarged in order to clearly show the characteristics of the respective portions, and the dimensional ratios of the respective members are not always the same as the actual ones.
【００４０】図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して本発明
の第１の実施例における磁気抵抗効果センサー（ＣＰＰ
−ＧＭＲセンサー）の構成を説明する。図１（Ａ）は磁
気抵抗効果センサーを媒体対向面に対して垂直な面で切
断した断面図であり、この図には磁気記録媒体の断面図
も示している。図１（Ｂ）は磁気抵抗効果センサーを媒
体対向面から見た平面図である。Referring to FIGS. 1A and 1B, a magnetoresistive effect sensor (CPP) according to the first embodiment of the present invention.
-GMR sensor) will be described. FIG. 1A is a cross-sectional view of the magnetoresistive effect sensor taken along a plane perpendicular to the medium facing surface, and this figure also shows a cross-sectional view of the magnetic recording medium. FIG. 1B is a plan view of the magnetoresistive effect sensor viewed from the medium facing surface.
【００４１】図１（Ａ）に示すように、磁気記録媒体は
媒体基板１上に磁気記録層２を有する。なお、この図に
は示さないが、磁気記録層２の下には下地層や軟磁性下
引き層、磁気記録層２の上には保護層などが設けられ
る。As shown in FIG. 1A, the magnetic recording medium has a magnetic recording layer 2 on a medium substrate 1. Although not shown in the figure, an underlayer or a soft magnetic undercoat layer is provided below the magnetic recording layer 2, and a protective layer or the like is provided above the magnetic recording layer 2.
【００４２】この磁気記録媒体の上方に、膜面が媒体表
面に対して垂直になるように磁気抵抗効果センサーが配
置される。ここでは、磁気抵抗効果センサーの各層に用
いられる材料については詳細に説明しないが、既述した
ような材料を用いることができる。A magnetoresistive effect sensor is arranged above the magnetic recording medium such that the film surface is perpendicular to the medium surface. Here, the material used for each layer of the magnetoresistive effect sensor will not be described in detail, but the material as described above can be used.
【００４３】図１（Ａ）および（Ｂ）において、１１は
基板であり、この基板１１としてはＡｌ2Ｏ3層を有する
Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ基板などが用いられる。基板１１上に
は、下部シールド層１２が形成されている。下部シール
ド層１２上には下部ギャップ層１４とその周囲の絶縁層
１３が形成されている。絶縁層１３および下部ギャップ
層１４上には磁気抵抗効果膜１５が形成されている。[0043] In FIG. 1 (A) and (B), 11 denotes a substrate, such as Al 2 O 3 · TiC substrate having the Al 2 O 3 layer is used as the substrate 11. A lower shield layer 12 is formed on the substrate 11. A lower gap layer 14 and an insulating layer 13 around the lower gap layer 14 are formed on the lower shield layer 12. A magnetoresistive effect film 15 is formed on the insulating layer 13 and the lower gap layer 14.
【００４４】この磁気抵抗効果膜１５は、媒体磁束に応
じて磁化方向が変化する磁化自由層１５１と、非磁性中
間層１５２と、磁化固着層１５３と、反強磁性層からな
る磁化固定層１５４と、保護層１５５を順に積層した構
造を有する。磁化固着層１５３は面内磁気異方性を有す
る強磁性材料で形成され、反強磁性層からなる磁化固定
層１５４によって磁化が膜面内に（媒体面に向いて）固
着されている。磁化自由層１５１は、たとえばＣｏを主
成分とした金属を含んだ垂直磁気異方性を有する強磁性
材料で形成され、媒体磁束がない状態では磁化が膜面に
対してほぼ垂直に配向している。図１では、非磁性中間
層１５２はＣｕを含む金属などの導電性非磁性材料で形
成されているが、Ａｌ−Ｏなどの非導電性非磁性材料で
形成してもよい。The magnetoresistive film 15 has a magnetization free layer 151 whose magnetization direction changes according to the magnetic flux of the medium, a nonmagnetic intermediate layer 152, a magnetization pinned layer 153, and a magnetization pinned layer 154 composed of an antiferromagnetic layer. And a structure in which the protective layer 155 is sequentially stacked. The magnetization fixed layer 153 is formed of a ferromagnetic material having in-plane magnetic anisotropy, and the magnetization is fixed in the film surface (toward the medium surface) by the magnetization fixed layer 154 made of an antiferromagnetic layer. The magnetization free layer 151 is made of, for example, a ferromagnetic material having perpendicular magnetic anisotropy containing a metal containing Co as a main component, and the magnetization is oriented substantially perpendicular to the film surface in the absence of magnetic flux from the medium. There is. In FIG. 1, the nonmagnetic intermediate layer 152 is formed of a conductive nonmagnetic material such as a metal containing Cu, but may be formed of a nonconductive nonmagnetic material such as Al—O.
【００４５】磁気抵抗効果膜１５上には、上部ギャップ
層１７とその周囲の絶縁層１６が形成されている。さら
に、絶縁層１６および上部ギャップ層１７上には上部シ
ールド層１８が形成されている。An upper gap layer 17 and an insulating layer 16 around the upper gap layer 17 are formed on the magnetoresistive film 15. Further, an upper shield layer 18 is formed on the insulating layer 16 and the upper gap layer 17.
【００４６】下部シールド層１２および下部ギャップ層
１４は一体的に下部電極層として機能し、上部シールド
層１８および上部ギャップ層１７は一体的に上部電極層
として機能し、これらの１対の電極層により、磁気抵抗
効果膜１５に対して膜面垂直方向にセンス電流が通電さ
れる。The lower shield layer 12 and the lower gap layer 14 integrally function as a lower electrode layer, and the upper shield layer 18 and the upper gap layer 17 integrally function as an upper electrode layer. As a result, a sense current is applied to the magnetoresistive effect film 15 in the direction perpendicular to the film surface.
【００４７】図２（Ａ）および（Ｂ）を参照して、上記
の磁気抵抗効果センサーの動作原理を概略的に説明す
る。図２（Ａ）および（Ｂ）には、磁化自由層１５１、
非磁性中間層１５２、磁化固着層１５３および磁化固定
層１５４と、磁化自由層１５１および磁化固着層１５３
の磁化方向を示している。With reference to FIGS. 2A and 2B, the operation principle of the magnetoresistive effect sensor described above will be schematically described. In FIGS. 2A and 2B, the magnetization free layer 151,
Nonmagnetic intermediate layer 152, magnetization pinned layer 153 and magnetization pinned layer 154, magnetization free layer 151 and magnetization pinned layer 153
Shows the magnetization direction of.
【００４８】上述したように磁化固着層１５３の磁化は
磁化固定層１５４との交換結合により膜面内に固着され
ている。一方、磁化自由層１５１の磁化は媒体磁束のな
い場合には膜面垂直方向に配向している。媒体磁束が加
わると、磁化自由層１５１の磁化は膜面垂直方向から面
内方向へ配向しようとする。As described above, the magnetization of the magnetization pinned layer 153 is pinned in the film plane by exchange coupling with the magnetization pinned layer 154. On the other hand, the magnetization of the magnetization free layer 151 is oriented in the direction perpendicular to the film surface when there is no medium magnetic flux. When the medium magnetic flux is applied, the magnetization of the magnetization free layer 151 tends to be oriented from the direction perpendicular to the film surface to the in-plane direction.
【００４９】このとき、図２（Ａ）のように、媒体磁束
が上向きであると、磁化自由層１５１の磁化と磁化固着
層１５３の磁化とが反平行に近づき、センス電流Ｉを膜
面垂直方向に通電したときのコンダクタンスが小さくな
る。逆に、図２（Ｂ）のように、媒体磁束が下向きであ
ると、磁化自由層１５１の磁化と磁化固着層１５３の磁
化とが平行に近づき、センス電流Ｉを膜面垂直方向に通
電したときのコンダクタンスが大きくなる。このよう
な、コンダクタンスの変化を利用して、媒体磁束を検出
することができる。At this time, if the medium magnetic flux is upward as shown in FIG. 2A, the magnetization of the magnetization free layer 151 and the magnetization of the magnetization pinned layer 153 approach antiparallel, and the sense current I is perpendicular to the film surface. The conductance becomes smaller when electricity is applied in the direction. On the contrary, as shown in FIG. 2B, when the medium magnetic flux is downward, the magnetization of the magnetization free layer 151 and the magnetization of the magnetization pinned layer 153 approach parallel, and the sense current I is applied in the direction perpendicular to the film surface. When the conductance increases. The medium magnetic flux can be detected by utilizing such a change in conductance.
【００５０】上記の動作時に、膜面垂直方向に通電され
るセンス電流により、磁化自由層において膜面内方向に
円を描くように電流磁界が誘導される（図８参照）。し
かし、本発明に係る磁気抵抗効果センサーでは、磁化自
由層１５１の磁化容易軸が膜面垂直方向に配向している
ので、磁化自由層１５１に図９のような還流磁区などの
磁区が形成されにくく、バルクハウゼンノイズの発生を
抑制できる。At the time of the above operation, the current magnetic field is induced in the magnetization free layer so as to draw a circle in the in-plane direction by the sense current passed in the direction perpendicular to the film plane (see FIG. 8). However, in the magnetoresistive effect sensor according to the present invention, since the easy axis of magnetization of the magnetization free layer 151 is oriented in the direction perpendicular to the film surface, a magnetic domain such as a reflux domain as shown in FIG. 9 is formed in the magnetization free layer 151. It is difficult to suppress Barkhausen noise.
【００５１】次に、図３を参照して本発明の第２の実施
例における磁気抵抗効果センサーの構成を説明する。Next, the structure of the magnetoresistive effect sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００５２】図３に示す磁気抵抗効果センサーは、磁気
抵抗効果膜１５の磁化自由層１５１に接して硬磁性層３
１を設けている以外は、図１に示す磁気抵抗効果センサ
ーと同様の構成を有する。この硬磁性層３１は、膜面に
対してほぼ垂直に磁化され、磁化自由層１５１の膜面に
ほぼ垂直なバイアス磁界を印加し、その結果、磁化自由
層１５１の磁化は膜面にほぼ垂直に配向している。以
下、図３を参照して、この磁気抵抗効果センサーをより
詳細に説明する。In the magnetoresistive effect sensor shown in FIG. 3, the hard magnetic layer 3 is in contact with the magnetization free layer 151 of the magnetoresistive effect film 15.
1 has the same configuration as the magnetoresistive effect sensor shown in FIG. The hard magnetic layer 31 is magnetized almost perpendicularly to the film surface and applies a bias magnetic field almost perpendicular to the film surface of the magnetization free layer 151. As a result, the magnetization of the magnetization free layer 151 is almost perpendicular to the film surface. Oriented. Hereinafter, the magnetoresistive effect sensor will be described in more detail with reference to FIG.
【００５３】図３において、基板１１上には、下部シー
ルド層１２が形成されている。下部シールド層１２上に
は下部ギャップ層１４とその周囲の絶縁層１３が形成さ
れている。絶縁層１３および下部ギャップ層１４上に
は、Ｃｏを主成分とした金属を含む垂直磁気異方性を有
する強磁性材料からなる硬磁性層３１が形成されてお
り、その磁化は膜面にほぼ垂直に配向している。硬磁性
層３１上に磁気抵抗効果膜１５が形成されている。In FIG. 3, the lower shield layer 12 is formed on the substrate 11. A lower gap layer 14 and an insulating layer 13 around the lower gap layer 14 are formed on the lower shield layer 12. A hard magnetic layer 31 made of a ferromagnetic material having a perpendicular magnetic anisotropy containing a metal containing Co as a main component is formed on the insulating layer 13 and the lower gap layer 14, and its magnetization is almost on the film surface. It is vertically oriented. The magnetoresistive effect film 15 is formed on the hard magnetic layer 31.
【００５４】この磁気抵抗効果膜１５は、媒体磁束に応
じて磁化方向が変化する磁化自由層１５１と、非磁性中
間層１５２と、磁化固着層１５３と、反強磁性層からな
る磁化固定層１５４と、保護層１５５を順に積層した構
造を有する。磁化固着層１５３は面内磁気異方性を有す
る強磁性材料で形成され、反強磁性層からなる磁化固定
層１５４によって磁化が膜面内に（媒体面に向いて）固
着されている。磁化自由層１５１は、たとえばＣｏを主
成分とした金属を含んだ垂直磁気異方性を有する強磁性
材料で形成され、硬磁性層３１からのバイアス磁界によ
り、媒体磁束がない状態では磁化が膜面に対してほぼ垂
直に配向している。図３では、非磁性中間層１５２はＣ
ｕを含む金属などの導電性非磁性材料で形成されている
が、Ａｌ−Ｏなどの非導電性非磁性材料で形成してもよ
い。The magnetoresistive film 15 has a magnetization free layer 151 whose magnetization direction changes according to the magnetic flux of the medium, a nonmagnetic intermediate layer 152, a magnetization pinned layer 153, and a magnetization pinned layer 154 composed of an antiferromagnetic layer. And a structure in which the protective layer 155 is sequentially stacked. The magnetization fixed layer 153 is formed of a ferromagnetic material having in-plane magnetic anisotropy, and the magnetization is fixed in the film surface (toward the medium surface) by the magnetization fixed layer 154 made of an antiferromagnetic layer. The magnetization free layer 151 is formed of, for example, a ferromagnetic material having perpendicular magnetic anisotropy containing a metal containing Co as a main component, and is magnetized by a bias magnetic field from the hard magnetic layer 31 in the absence of medium magnetic flux. It is oriented almost perpendicular to the plane. In FIG. 3, the non-magnetic intermediate layer 152 is C
Although it is formed of a conductive non-magnetic material such as metal containing u, it may be formed of a non-conductive non-magnetic material such as Al-O.
【００５５】磁気抵抗効果膜１５上には、上部ギャップ
層１７とその周囲の絶縁層１６が形成されている。さら
に、上部ギャップ層１７上には上部シールド層１８が形
成されている。An upper gap layer 17 and an insulating layer 16 around the upper gap layer 17 are formed on the magnetoresistive film 15. Further, an upper shield layer 18 is formed on the upper gap layer 17.
【００５６】下部シールド層１２および下部ギャップ層
１４は一体的に下部電極層として機能し、上部シールド
層１８および上部ギャップ層１７は一体的に上部電極層
として機能し、これらの１対の電極層により、磁気抵抗
効果膜１５に対して膜面垂直方向にセンス電流が通電さ
れる。The lower shield layer 12 and the lower gap layer 14 integrally function as a lower electrode layer, and the upper shield layer 18 and the upper gap layer 17 integrally function as an upper electrode layer. Thus, the sense current is applied to the magnetoresistive effect film 15 in the direction perpendicular to the film surface.
【００５７】上述したように、硬磁性層３１から磁気抵
抗効果膜１５の磁化自由層１５１の膜面垂直方向にハー
ドバイアス磁界が印加されるので、媒体磁束がない場合
には磁化自由層１５１の磁化を膜面に対してほぼ垂直に
配向している。この場合、硬磁性層３１の組成や膜厚を
制御することによりハードバイアス磁界を最適化でき
る。As described above, since the hard bias magnetic field is applied from the hard magnetic layer 31 in the direction perpendicular to the film surface of the magnetization free layer 151 of the magnetoresistive effect film 15, when there is no medium magnetic flux, the magnetization free layer 151 of The magnetization is oriented almost perpendicular to the film surface. In this case, the hard bias magnetic field can be optimized by controlling the composition and film thickness of the hard magnetic layer 31.
【００５８】図３に示す第２の実施例の磁気抵抗効果セ
ンサーも、図２（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明した
原理で動作する。この磁気抵抗効果センサーでも、磁化
自由層１５１の磁化容易軸が膜面垂直方向に配向してい
るので、磁化自由層１５１に還流磁区などの磁区が形成
されにくく、バルクハウゼンノイズの発生を抑制でき
る。The magnetoresistive effect sensor of the second embodiment shown in FIG. 3 also operates on the principle described with reference to FIGS. 2A and 2B. Also in this magnetoresistive effect sensor, since the easy axis of magnetization of the magnetization free layer 151 is oriented in the direction perpendicular to the film surface, it is difficult to form a magnetic domain such as a reflux domain in the magnetization free layer 151, and Barkhausen noise can be suppressed. .
【００５９】次に、図４〜図６を参照して本発明の他の
実施例における磁気抵抗効果センサー５の構成を説明す
る。Next, the construction of the magnetoresistive effect sensor 5 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００６０】図４に示す磁気抵抗効果センサーは、硬磁
性層３１と磁気抵抗効果膜１５の磁化自由層１５１との
間に非磁性層３２を設けている以外は、図３に示す磁気
抵抗効果センサーと同様の構成を有する。The magnetoresistive effect sensor shown in FIG. 4 has the magnetoresistive effect shown in FIG. 3 except that the nonmagnetic layer 32 is provided between the hard magnetic layer 31 and the magnetization free layer 151 of the magnetoresistive effect film 15. It has the same structure as the sensor.
【００６１】非磁性層３２としては、たとえば少なくと
もＲｕとＣｏを含有する合金を用いることが望ましい。
なお、この非磁性層３２として、下地層を兼ねるＴａ、
ＣｏＦｅＣｒなどを用いてもよい。このような非磁性層
３２を設け、その組成や膜厚を制御することにより、硬
磁性層３１から磁化自由層１５１へのハードバイアス磁
界を最適化することができる。As the nonmagnetic layer 32, it is desirable to use an alloy containing at least Ru and Co, for example.
As the non-magnetic layer 32, Ta which also serves as an underlayer,
CoFeCr or the like may be used. By providing such a nonmagnetic layer 32 and controlling the composition and film thickness thereof, the hard bias magnetic field from the hard magnetic layer 31 to the magnetization free layer 151 can be optimized.
【００６２】図５に示す磁気抵抗効果センサーは、磁気
抵抗効果膜の磁化自由層１５１と非磁性中間層１５２と
の間に第２の硬磁性層３３を設け、磁化自由層１５１を
硬磁性層３１と第２の硬磁性層３３とで挟んだ以外は、
図３に示す磁気抵抗効果センサーと同様の構成を有す
る。In the magnetoresistive effect sensor shown in FIG. 5, the second hard magnetic layer 33 is provided between the magnetization free layer 151 and the nonmagnetic intermediate layer 152 of the magnetoresistive effect film, and the magnetization free layer 151 is the hard magnetic layer. Except that it is sandwiched between 31 and the second hard magnetic layer 33.
It has the same structure as the magnetoresistive effect sensor shown in FIG.
【００６３】このような構成により、硬磁性層３１およ
び第２の硬磁性層３３の両方から磁化自由層１５１にハ
ードバイアス磁界を印加するようにして、ハードバイア
ス磁界を最適化することができる。With such a configuration, the hard bias magnetic field can be optimized by applying the hard bias magnetic field to the magnetization free layer 151 from both the hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 33.
【００６４】図６に示す磁気抵抗効果センサーは、第２
の硬磁性層３３と磁気抵抗効果膜の磁化自由層１５１と
の間に第２の非磁性層３４を設けた以外は、図５に示す
磁気抵抗効果センサーと同様の構成を有する。The magnetoresistive effect sensor shown in FIG.
5 has the same configuration as the magnetoresistive effect sensor shown in FIG. 5, except that the second nonmagnetic layer 34 is provided between the hard magnetic layer 33 and the magnetization free layer 151 of the magnetoresistive effect film.
【００６５】第２の非磁性層３４としては、たとえば少
なくともＲｕとＣｏを含有する合金を用いることが望ま
しい。このように、磁化自由層１５１の一方の面に非磁
性層３２を介して硬磁性層３１を設け、他方の面に第２
の非磁性層３４を介して第２の硬磁性層３３を設け、こ
れらの組成や膜厚を制御することにより、磁化自由層１
５１へ印加されるハードバイアス磁界を最適化すること
ができる。As the second nonmagnetic layer 34, it is desirable to use an alloy containing at least Ru and Co, for example. In this way, the hard magnetic layer 31 is provided on one surface of the magnetization free layer 151 via the nonmagnetic layer 32, and the second magnetic layer is formed on the other surface.
The second hard magnetic layer 33 is provided via the non-magnetic layer 34, and the composition and the film thickness of these layers are controlled to control the magnetization free layer 1.
The hard bias magnetic field applied to 51 can be optimized.
【００６６】なお、以上の説明では、基板１１側に磁化
自由層１５１が形成され、その上に非磁性中間層１５２
を介して磁化固着層１５３が形成されているトップ型の
磁気抵抗効果膜を用いているが、基板１１側に磁化固着
層が形成され、その上に非磁性中間層を介して磁化自由
層が形成されているボトム型の磁気抵抗効果膜を用いて
もよい。In the above description, the magnetization free layer 151 is formed on the substrate 11 side, and the nonmagnetic intermediate layer 152 is formed thereon.
Although the top type magnetoresistive film in which the magnetization fixed layer 153 is formed is used, the magnetization fixed layer is formed on the substrate 11 side, and the magnetization free layer is formed thereon via the nonmagnetic intermediate layer. You may use the bottom type magnetoresistive effect film currently formed.
【００６７】次に、図７を参照して、本発明に係る磁気
ディスク装置（ＨＤＤ）を説明する。図７において、磁
気ディスク７１はスピンドル７２に装着されている。軸
７３にはアクチュエータアーム７４が取り付けられ、サ
スペンション７５およびその先端のヘッドスライダ７６
を支持している。このヘッドスライダ７６の下面に、磁
気ディスク７１に対向して、上述したような磁気抵抗効
果センサーが設けられている。磁気抵抗効果センサーか
らの信号は、内蔵されている信号処理系７７によって処
理される。Next, a magnetic disk device (HDD) according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the magnetic disk 71 is mounted on the spindle 72. An actuator arm 74 is attached to the shaft 73, and a suspension 75 and a head slider 76 at its tip are provided.
I support you. The magnetoresistive effect sensor as described above is provided on the lower surface of the head slider 76 so as to face the magnetic disk 71. The signal from the magnetoresistive effect sensor is processed by the built-in signal processing system 77.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、膜
面垂直方向に流れるセンス電流によって誘導される膜面
内の電流磁界による磁化自由層での還流磁区などの磁区
形成を防ぐことができ、バルクハウゼンノイズの発生を
抑制できる磁気抵抗効果センサー、およびこの磁気抵抗
効果センサーを用いた磁気ディスク装置を提供すること
ができる。As described above in detail, according to the present invention, it is possible to prevent the formation of a magnetic domain such as a reflux magnetic domain in the magnetization free layer due to the current magnetic field in the film plane induced by the sense current flowing in the direction perpendicular to the film plane. Therefore, it is possible to provide a magnetoresistive effect sensor capable of suppressing the generation of Barkhausen noise, and a magnetic disk device using the magnetoresistive effect sensor.
【図１】第１の実施例における磁気抵抗効果センサーを
媒体対向面に対して垂直な面で切断した断面図、および
媒体対向面から見た平面図。FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive effect sensor according to a first embodiment taken along a plane perpendicular to a medium facing surface, and a plan view seen from the medium facing surface.
【図２】本発明に係る磁気抵抗効果センサーの動作原理
を概略的に説明する図。FIG. 2 is a diagram schematically explaining the operation principle of the magnetoresistive effect sensor according to the present invention.
【図３】第２の実施例における磁気抵抗効果センサーを
媒体対向面に対して垂直な面で切断した断面図。FIG. 3 is a sectional view of the magnetoresistive effect sensor according to the second embodiment taken along a plane perpendicular to the medium facing surface.
【図４】他の実施例における磁気抵抗効果センサーを媒
体対向面に対して垂直な面で切断した断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a magnetoresistive effect sensor according to another example taken along a plane perpendicular to the medium facing surface.
【図５】他の実施例における磁気抵抗効果センサーを媒
体対向面に対して垂直な面で切断した断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a magnetoresistive effect sensor according to another example taken along a plane perpendicular to the medium facing surface.
【図６】他の実施例における磁気抵抗効果センサーを媒
体対向面に対して垂直な面で切断した断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a magnetoresistive effect sensor according to another example taken along a plane perpendicular to the medium facing surface.
【図７】本発明に係る磁気ディスク装置を示す斜視図。FIG. 7 is a perspective view showing a magnetic disk device according to the present invention.
【図８】膜面に垂直方向に通電されるセンス電流により
誘導される電流磁界を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a current magnetic field induced by a sense current passed in a direction perpendicular to the film surface.
【図９】従来の磁気抵抗効果センサーの磁化自由層にお
いて形成される磁区を示す図。FIG. 9 is a diagram showing magnetic domains formed in a magnetization free layer of a conventional magnetoresistive effect sensor.
１…媒体基板 ２…磁気記録層 １１…基板 １２…下部シールド層 １３…絶縁層 １４…下部ギャップ層 １５…磁気抵抗効果膜 １５１…磁化自由層 １５２…非磁性中間層 １５３…磁化固着層 １５４…磁化固定層 １５５…保護層 １６…絶縁層 １７…上部ギャップ層 １８…上部シールド層 ３１…硬磁性層 ３２…非磁性層 ３３…第２の硬磁性層 ３４…第２の非磁性層 ７１…磁気ディスク ７２…スピンドル ７３…軸 ７４…アクチュエータアーム ７５…サスペンション ７６…ヘッドスライダ ７７…信号処理系 1 ... Medium substrate 2 ... Magnetic recording layer 11 ... Substrate 12 ... Lower shield layer 13 ... Insulating layer 14 ... Lower gap layer 15 ... Magnetoresistive film 151 ... Magnetization free layer 152 ... Non-magnetic intermediate layer 153 ... Magnetization pinned layer 154 ... Magnetization pinned layer 155 ... Protective layer 16 ... Insulating layer 17 ... Upper gap layer 18 ... Upper shield layer 31 ... Hard magnetic layer 32 ... Non-magnetic layer 33 ... Second hard magnetic layer 34 ... Second non-magnetic layer 71 ... Magnetic disk 72 ... Spindle 73 ... Axis 74 ... Actuator arm 75 ... Suspension 76 ... Head slider 77 ... Signal processing system
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Claims (16)
層および磁化自由層を有し、前記磁化固着層は磁化が膜
面内に固着され、前記磁化自由層は磁化容易軸が膜面に
対してほぼ垂直に配向している磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜の膜面に垂直な方向にセンス電流を
通電する１対の電極層とを有することを特徴とする磁気
抵抗効果センサー。1. A magnetization pinned layer and a magnetization free layer provided with a non-magnetic intermediate layer sandwiched therebetween, wherein the magnetization pinned layer has magnetization pinned in the film plane, and the magnetization free layer has an easy axis of magnetization. A magnetoresistive film comprising: a magnetoresistive film oriented substantially perpendicular to the plane; and a pair of electrode layers for passing a sense current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film. Effect sensor.
層および磁化自由層を有し、前記磁化固着層は磁化が膜
面内に固着されている磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜の前記磁化自由層側に設けられ、膜
面に対してほぼ垂直に磁化され、前記磁化自由層の膜面
にほぼ垂直なバイアス磁界を印加する硬磁性層と、 前記磁気抵抗効果膜の膜面に垂直な方向にセンス電流を
通電する１対の電極層とを有することを特徴とする磁気
抵抗効果センサー。2. A magnetoresistive film having a magnetization pinned layer and a magnetization free layer provided with a non-magnetic intermediate layer sandwiched therebetween, wherein the magnetization pinned layer has a magnetization pinned in a film plane, and the magnetoresistive film. A hard magnetic layer provided on the magnetization free layer side of the effect film, magnetized substantially perpendicular to the film surface, and applying a bias magnetic field substantially perpendicular to the film surface of the magnetization free layer; A magnetoresistive effect sensor comprising: a pair of electrode layers for passing a sense current in a direction perpendicular to a film surface.
設けられた非磁性層を有することを特徴とする請求項２
に記載の磁気抵抗効果センサー。3. A non-magnetic layer provided between the hard magnetic layer and the magnetization free layer.
The magnetoresistive effect sensor described in.
前記非磁性中間層との間に設けられ、前記磁化自由層に
バイアス磁界を印加する第２の硬磁性層を有することを
特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵抗効果セン
サー。4. A second hard magnetic layer that is provided between the magnetization free layer and the nonmagnetic intermediate layer of the magnetoresistive film and that applies a bias magnetic field to the magnetization free layer. The magnetoresistive effect sensor according to claim 2 or 3.
の間に設けられた第２の非磁性層を有することを特徴と
する請求項４に記載の磁気抵抗効果センサー。5. The magnetoresistive effect sensor according to claim 4, further comprising a second non-magnetic layer provided between the second hard magnetic layer and the magnetization free layer.
であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
記載の磁気抵抗効果センサー。6. The magnetoresistive effect sensor according to claim 1, wherein the crystal structure of the magnetization free layer is an hcp structure.
磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項６に
記載の磁気抵抗効果センサー。7. The magnetoresistive effect sensor according to claim 6, wherein the magnetization free layer is formed of a ferromagnetic material containing Co as a main component.
あることを特徴とする請求項２または３に記載の磁気抵
抗効果センサー。8. The magnetoresistive effect sensor according to claim 2, wherein the crystal structure of the hard magnetic layer is an hcp structure.
性材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記
載の磁気抵抗効果センサー。9. The magnetoresistive effect sensor according to claim 8, wherein the hard magnetic layer is formed of a ferromagnetic material containing Co as a main component.
ｐ構造であることを特徴とする請求項２または３に記載
の磁気抵抗効果センサー。10. The crystal structure of the second hard magnetic layer is hc.
The magnetoresistive effect sensor according to claim 2 or 3, which has a p structure.
する強磁性材料で形成されていることを特徴とする請求
項１０に記載の磁気抵抗効果センサー。11. The magnetoresistive effect sensor according to claim 10, wherein the second hard magnetic layer is formed of a ferromagnetic material containing Co as a main component.
に設けられた前記非磁性層が少なくともＲｕおよびＣｏ
を含有する合金で形成されていることを特徴とする請求
項３に記載の磁気抵抗効果センサー。12. The non-magnetic layer provided between the hard magnetic layer and the magnetization free layer is at least Ru and Co.
The magnetoresistive effect sensor according to claim 3, wherein the magnetoresistive effect sensor is formed of an alloy containing.
との間に設けられた前記第２の非磁性層が少なくともＲ
ｕおよびＣｏを含有する合金で形成されていることを特
徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果センサー。13. The second nonmagnetic layer provided between the second hard magnetic layer and the magnetization free layer has at least R.
The magnetoresistive effect sensor according to claim 5, wherein the magnetoresistive effect sensor is formed of an alloy containing u and Co.
で形成されていることを特徴とする請求項１ないし１３
のいずれかに記載の磁気抵抗効果センサー。14. The nonmagnetic intermediate layer is formed of a conductive nonmagnetic material.
The magnetoresistive effect sensor according to any one of 1.
料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし１
３のいずれかに記載の磁気抵抗効果センサー。15. The non-magnetic intermediate layer is formed of a non-conductive non-magnetic material.
The magnetoresistive effect sensor according to any one of 3 above.
の磁気抵抗効果センサーと、磁気ディスクと、磁気抵抗
効果センサーからの信号を処理する信号処理系を有する
ことを特徴とする磁気ディスク装置。16. A magnetic disk device comprising the magnetoresistive effect sensor according to claim 1, a magnetic disk, and a signal processing system for processing a signal from the magnetoresistive effect sensor.
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|---|---|---|---|
| JP2002024733A JP2003229612A (en) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | Magnetoresistance effect sensor and magnetic disk device |
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|---|---|
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-
2002
- 2002-01-31 JP JP2002024733A patent/JP2003229612A/en active Pending
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