JP2004186659A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】固定磁性層を適切に磁化固定できるとともに、再生出力の向上を図り、さらには狭ギャップ化等に適切に対応することが可能で、構造が簡単な磁気検出素子を提供する。
【解決手段】素子のトラック幅方向中央部には間欠部２０ｃが形成され、反強磁性層２０が設けられていない。したがって、前記間欠部２０ｃにセンス電流の分流を防止でき、再生出力の向上、磁気的な静電破壊に対する強度向上を図ることができ、また素子中央部の膜厚が減少することにより狭ギャップ化を図ることが可能である。また、フリー磁性層１４の磁化方向が形状異方性によって前記トラック幅方向に配向しているため、磁化配向手段を設ける必要がなく、素子の構造および製法を簡単にすることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置などに搭載されるスピンバルブ型薄膜素子などの磁気検出素子に係わり、特に固定磁性層と反強磁性層との交換結合領域を限定して配置した磁気検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスピンバルブ型の磁気検出素子は、フリー磁性層、非磁性層材料層、固定磁性層、反強磁性層が積層されて前記固定磁性層の磁化方向が固定されている。また、前記フリー磁性層はその両側から縦バイアス磁界が与えられて磁化方向が前記固定磁性層と交叉する方向へ向けられている。この種の磁気検出素子は前記積層体の上下にギャップ層と称される絶縁層を介して下部シールド層と上部シールド層が位置しており、下部シールド層と上部シールド層との間隔により外部磁界の検出の分解能が決まる。
【０００３】
しかし、従来は、前記固定磁性層の全域に反強磁性層が積層されているため、膜の積層方向の厚みが大きくなっている。そのため、上部シールド層と下部シールド層との距離が長くなって、前記分解能を小さくするのに限界がある。
【０００４】
そこで、以下の特許文献１に記載された発明では、前記反強磁性層の幅方向の中央部に肉薄部が設けられている。前記肉薄部を形成することにより、上下に位置するシールド層間の間隔をなるべく短くしようというものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１６３７１７号公報
【特許文献２】
特開平８−７２３５号公報
【特許文献３】
特開２０００−１１３４１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載されている磁気検出素子では、反強磁性層の中央部分に肉薄部を設けることにより、シールド層間の間隔を短くできる利点がある。しかしながら、前記肉薄部も固定磁性層に対して磁化固定力を発揮するものとして機能させているため、前記肉薄部もある程度の厚みを必要としている。そのため、前記肉薄部に電極層からセンス電流が比較的多く分流することを避けることができず、それが電流ロスとなって再生出力が低下する。
【０００７】
また、固定磁性層に反強磁性層が積層された磁気検出素子では、電極層から静電気放電（ＥＳＤ）による過渡電流が流れたとき、それによって素子内に熱が発生し、この熱が反強磁性層のブロッキング温度に近い温度となることも有りえる。このような場合に、固定磁性層のトラック幅の中央部分に、交換結合を発揮する反強磁性層が前記特許文献１のように薄く存在していると、この薄い部分での固定磁性層との交換結合が不安定になる。
【０００８】
特に、前記固定磁性層が単層の磁性層で構成されている場合は磁化固定が不安定になり易いが、固定磁性層がＲＫＫＹ結合により反平行状態に磁化されている第１の磁性層と第２の磁性層を有する人工フェリ構造であっても、一方の磁性層が反強磁性層に接している構造であると、反強磁性層との交換結合が不安定になった時点で、反強磁性層に接している磁性層の磁化が反転し、その結果固定磁性層の磁化の固定が不安定になる。
【０００９】
このように前記特許文献１に記載の発明では、磁気検出領域において反強磁性層を故意に肉薄部にしているため、前記のような固定磁性層の磁化固定を不安定にする現象を避けることができなくなる。
【００１０】
また特許文献２に記載されている磁気検出素子は、タンタル（Ｔａ）からなるバッファ層６２を下地として、その上に、ピン止め強磁性層７０が積層されたものである。ピン止め強磁性層７０は、第１のコバルト（Ｃｏ）フィルム７２と第２のコバルト（Ｃｏ）フィルム７４が、ルテニウム（Ｒｕ）フィルム７３を介して積層されたものである。第１のコバルト（Ｃｏ）フィルム７２と第２のコバルト（Ｃｏ）フィルム７４は各々の異方性磁界によって磁化が固定されている。第１のコバルト（Ｃｏ）フィルム７２と第２のコバルト（Ｃｏ）フィルム７４は反強磁性結合しており、互いに反平行方向に磁化されている。
【００１１】
特許文献２では、特許文献１と異なって、ピン止め強磁性層７０を磁化固定するための反強磁性層を設けていない。このため特許文献１のものに比べて分流ロスを低減させることができる。
【００１２】
しかし、特許文献２に記載されている磁気検出素子のように、タンタルからなるバッファ層上にＣｏフィルムを積層する構成では、ピン止め強磁性層７０の磁化方向を適切に固定できないことがわかった。このことは、特許文献３においても指摘されている。
【００１３】
特許文献３に記載の磁気検出素子は、特許文献２の問題を解決することを目的として発明されたものである。この磁気検出素子では、積層フェリ固定層の強磁性膜をＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成することによって誘導異方性を向上させている。
【００１４】
なお、特許文献３には、積層フェリ固定層の下にＴａからなる下地層を設けることも記載されているが、Ｔａ下地を設けた場合とＴａ下地を設けない場合を比較した実験結果（特許文献４の図４、図５、図６、図７）をみると、強磁性層にＣｏＦｅ合金を用いたときには、Ｔａ下地を設けない方が磁気抵抗変化も保磁力も大きくなることが示されている。
【００１５】
特許文献３には、積層フェリ固定層の誘導異方性を大きくするために、強磁性膜にＣｏＦｅ合金を使用すること、及び強磁性膜の磁歪を正にすることが記載されている。
【００１６】
自己固定式の固定磁性層の磁化を固定するために、最も重要な要素は固定磁性層の磁気弾性エネルギーに由来する一軸異方性である。特に固定磁性層の磁歪を最適化することが重要である。しかし、特許文献３には、固定磁性層の磁歪を最適化する機構に関する考察がなく、固定磁性層の磁歪を最適化するための具体的構成に関する記載はなされていない。
【００１７】
以上のように従来では、固定磁性層を強固に磁化固定できるとともに、再生出力を向上させることができ、さらには狭ギャップ化、静電破壊に適切に対応することができる構造は存在しなかった。
【００１８】
また従来のスピンバルブ型の磁気検出素子では、フリー磁性層の磁化方向を安定させるための縦バイアス層が設けられていたため、膜の積層構造が複雑であり、その結果製造コストの高いものであった。
【００１９】
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、磁気検出機能を発揮する領域で膜の積層厚みを薄くするとともに、センス電流の分流を低減でき、また固定磁性層の磁化を安定させることができる磁気検出素子を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外部からの磁界に応じて内部の磁化方向が変化するフリー磁性層と、内部の磁化方向が固定されている固定磁性層と、前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間に介在する非磁性材料層と、交換結合により前記固定磁性層内の磁化を固定する反強磁性層とを有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、および前記固定磁性層は、第１の方向の長さ寸法が前記第１の方向と直交する第２の方向の幅寸法よりも長く形成されて、前記フリー磁性層の内部磁化の向きは形状異方性によって前記第１の方向へ優先されており、
前記固定磁性層は、前記非磁性材料層に接する第２の磁性層と中間層と第１の磁性層とが積層されたもので、前記反強磁性層は、前記第１の方向に所定間隔の間欠部を介して前記第１の磁性層に接しており、
前記交換結合により前記第１の磁性層内の磁化の方向が前記第１の方向と交叉する方向に固定され、さらに前記第２の磁性層内の磁化の方向が前記第１の磁性層と反平行状態に設定され、
前記間欠部での、前記フリー磁性層の磁化の方向と前記固定磁性層内の磁化の方向とで電気抵抗が変化することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の磁気検出素子は、前記間欠部で、固定磁性層と反強磁性層との交換結合を生じさせないか、あるいは生じてもその磁界のみで前記固定磁性層の磁化を固定できないほど弱いものである。しかしながら、固定磁性層を第１の磁性層と第２の磁性層を有する人工フェリ構造とすることにより、前記間欠部においても固定磁性層の磁化を安定できるようにしている。
【００２２】
上記のように前記間欠部では、例えば固定磁性層と反強磁性層との交換結合を生じさせていないため、前記間欠部への静電気放電（ＥＳＤ）による過渡電流によって高温状態になっても、反強磁性層と固定磁性層との交換結合が不安定になる心配もなくなる。
【００２３】
また、前記間欠部には、両側の反強磁性層と同じ組成の非磁性金属が前記第１の磁性層と接して設けられており、前記間欠部での前記非磁性金属層は、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層となるように反強磁性層よりも薄く形成されているものとして構成することもできる。
【００２４】
この場合、前記間欠部に設けられた反強磁性層と同じ組成の非磁性金属層は反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層となる程度の厚さであるため、前記センス電流の分流による磁気抵抗効果のロス分を少なくでき、また前記間欠部での前記非磁性金属層は反強磁性を発揮しないため、前記固定磁性層との間に交換結合はほとんど生じておらず、高温になったときに固定磁性層の磁化を不安定とすることはない。
【００２５】
また本発明では、前記間欠部での、前記非磁性金属層内の結晶と前記固定磁性層内の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されていることが好ましい。
【００２６】
前記非磁性金属層と膜厚方向で対向する固定磁性層の部分は、固定磁性層自体の一軸異方性によっても磁化固定が強化されるものであることが好ましい。
【００２７】
強磁性体膜の磁気異方性磁界を決める要素には、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性、及び磁気弾性効果がある。このうち、結晶磁気異方性は多結晶をランダムに配向した結晶を有する膜では、異方性を一軸にそろえるのは難しい。一方、誘導磁気異方性は成膜時または熱処理時に一方向の磁場を与えることによって一軸性を帯び、磁気弾性効果は一軸性の応力を加えることによって一軸性を帯びる。
【００２８】
上記では、間欠部での固定磁性層の磁化を固定する一軸異方性を決める、誘導磁気異方性と磁気弾性効果のうち、磁気弾性効果に着目してなされたものである。
【００２９】
磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層にかかる応力と固定磁性層の中央部の磁歪定数によって規定される。
【００３０】
本発明では、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されているので、元々、二次元的に等方性であったギャップ膜等から作用する応力の対称性が崩れ、前記固定磁性層には、ハイト方向に引張応力が加えられる。そして、前記第１の磁性層は、磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、前記第１の磁性層の磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向）に平行方向となり、前記第１の磁性層の磁化方向がハイト方向に平行方向または反平行方向に固定される。
【００３１】
本発明では、間欠部での固定磁性層の磁歪定数を大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、前記間欠部での固定磁性層の一軸異方性を大きくするものである。間欠部での固定磁性層の一軸異方性が大きくなると、間欠部での固定磁性層の磁化は一定の方向に強固に固定されやすくなり、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００３２】
なお前記非磁性金属層は、前記固定磁性層の第１の磁性層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向することが好ましい。
【００３３】
上記の構成を満たすべく、例えば非磁性金属層は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）で形成される。
【００３４】
ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる非磁性金属層の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。
【００３５】
このような非磁性金属層を、間欠部での第１の磁性層と接合させることによって、前記間欠部での第１の磁性層の結晶構造に歪みを生じさせて前記間欠部での第１の磁性層の磁歪定数λを大きくさせることができる。
【００３６】
なお前記非磁性金属層の膜厚は、５Å以上５０Å以下であることが好ましい。
また少なくとも前記間欠部での、固定磁性層の第１の磁性層は、前記非磁性金属層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【００３７】
上述のごとく、本発明における前記非磁性金属層は、例えばｆｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものである。
【００３８】
従って、少なくとも前記間欠部での前記第１の磁性層が、ｆｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであると、間欠部にて、前記第１の磁性層を構成する原子と前記非磁性金属層を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。
【００３９】
しかし、前記間欠部での第１の磁性層の｛１１１｝面内の最近接原子間距離と、前記非磁性金属層の｛１１１｝面内の最近接原子間距離には、一定以上の差が生じるので、前記間欠部での第１の磁性層の前記非磁性金属層との界面付近では、前記間欠部での第１の磁性層を構成する原子と前記非磁性金属層を構成する原子が互いに重なり合いつつも、それぞれの結晶構造に歪みが生じている。すなわち、前記間欠部での第１の磁性層の結晶構造に歪を生じさせることによって磁歪定数λを大きくさせることができる。
【００４０】
例えば、前記固定磁性層の第１の磁性層を、ＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成すると、前記間欠部での第１の磁性層を、ｆｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向するものにできる。
【００４１】
または、少なくとも前記間欠部での、前記固定磁性層の第１の磁性層は、前記非磁性金属層側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであることが好ましい。
【００４２】
間欠部での前記第１の磁性層が、ｂｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであっても、前記間欠部での第１の磁性層を構成する原子と前記非磁性金属層を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。
【００４３】
このときも、前記間欠部での第１の磁性層の｛１１０｝面内の最近接原子間距離と、前記非磁性金属層の｛１１１｝面内の最近接原子間距離には、一定以上の差が生じ、前記間欠部での第１の磁性層と前記非磁性金属層の界面付近では、前記間欠部での第１の磁性層を構成する原子と前記非磁性金属層を構成する原子が互いに重なり合いつつも、それぞれの結晶構造に歪みが生じる。すなわち、前記間欠部での第１の磁性層の結晶構造に歪を生じさせることによって磁歪定数λを大きくさせることができる。
【００４４】
例えば、前記固定磁性層の第１の磁性層を、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成すると、前記間欠部での第１の磁性層を、ｂｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向するものにできる。なお、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）より、特にｙ＝５０附近の組成において磁歪定数λの値が大きいので、より大きな磁気弾性効果を発揮することができる。また、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、保磁力が大きく、前記間欠部での固定磁性層の磁化固定を強固にすることができる。
【００４５】
また、本発明では、少なくとも前記間欠部での、前記固定磁性層の第１の磁性層の、前記非磁性金属層側の界面付近は面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向しており、前記中間層側の界面付近は体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【００４６】
前記中間層側の界面付近をｂｃｃ構造にすることにより、磁歪定数λの値を大きくし、大きな磁気弾性効果を発揮させることができる。一方、前記間欠部での第１の磁性層の前記非磁性金属層側の界面付近をｆｃｃ構造にすると、間欠部での固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の結晶配向性が一定になり、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を高くすることができる。
【００４７】
例えば、前記固定磁性層の第１の磁性層の、前記非磁性金属層側の界面付近の組成をＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）またはＣｏにし、前記中間層側の界面付近の組成をＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）にすることによって、前記非磁性金属層側の界面付近は、ｆｃｃ構造であって、前記界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記中間層側の界面付近は、（ｂｃｃ）構造であって、前記界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものにできる。
【００４８】
また、前記中間層側の界面付近の組成が、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）であると、前記中間層を介した第１の磁性層と他の磁性層間のＲＫＫＹ相互作用が強くなるので好ましい。
【００４９】
なお、前記固定磁性層の第１の磁性層は、前記非磁性金属層側の界面から前記中間層側の界面に向かうに連れて、Ｆｅ濃度が徐々に大きくなるものであってもよい。
【００５０】
本発明では、前記非磁性金属層を構成する原子と、前記間欠部での前記第１の磁性層の原子とを、重なり合わせつつ、結晶構造に歪みを生じさせるために、前記非磁性金属層の前記界面と平行な面内方向における最近接原子間距離と、少なくとも間欠部での、前記固定磁性層の第１の磁性層の最近接原子間距離の差を、前記第１の磁性層の最近接原子間距離で割った値を、０．０５以上０．２０以下にすることが好ましい。
【００５１】
なお前記第１の磁性層は磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成されることが好ましい。
【００５２】
また、本発明は、非磁性材料層、前記第１の方向と交叉する方向に磁化方向が固定された固定磁性層および前記固定磁性層内の磁化方向を固定する反強磁性層が積層された積層体が、フリー磁性層を挟んで、２組設けられており、それぞれの組の積層体は、フリー磁性層に接する側から、非磁性材料層、固定磁性層および反強磁性層の順に配置されており、少なくとも一方の組の前記積層体と前記フリー磁性層とが前記いずれかに記載の構造であるいわゆるデュアルスピンバルブ型素子としても構成できる。
【００５３】
また本発明では、前記フリー磁性層内の磁化方向を前記第１の方向へ向ける縦バイアス手段が設けられていないものにできる。
【００５４】
縦バイアス層を設けないものでは、素子全体の構造を簡略化でき、しかも薄型化も可能となる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における第１の実施形態の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。図１に示す磁気検出素子１０は、フリー磁性層１４が反強磁性層２０よりも下側に形成されるタイプである。
【００５６】
前記磁気検出素子１０は、ＮｉＦｅ合金やセンダストなどの磁性材料製の下部シールド層（基板）１１の上面にＡｌ_２Ｏ_３などの絶縁材料で形成された下部ギャップ層１２が形成され、前記下部ギャップ層１２上にはＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒなどで形成されたシード層１３が形成されている。
【００５７】
前記シード層１３の上には、フリー磁性層１４が形成される。前記フリー磁性層１４はＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成される
前記フリー磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向から進入してくる外部磁界によって磁化変動する程度に、前記トラック幅方向に弱く単磁区化された状態にある。
【００５８】
前記フリー磁性層１４の上には非磁性材料層１５が形成されている。前記非磁性材料層１５は、固定磁性層１６とフリー磁性層１４との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００５９】
前記非磁性材料層１５の上には固定磁性層１６が形成されている。図１に示す実施の形態では、固定磁性層１６は人工フェリ構造である。前記固定磁性層は反強磁性層２０に接する側の第１の磁性層１７と、前記第１の磁性層１７と膜厚方向（図示Ｚ方向）で対向する第２の磁性層１８と、前記第１の磁性層１７と第２の磁性層１８との間に介在する中間層１９との３層構造である。
【００６０】
前記第１および第２の磁性層１７、１８は、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。例えば、前記第１の磁性層１７と第２の磁性層１８は、同一の材料で形成される。また単層構造であっても磁性層の積層構造であってもどちらでもよい。
【００６１】
また前記中間層１９は非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００６２】
前記フリー磁性層１４、前記非磁性材料層１５および前記固定磁性層１６は、前記第１の長さ方向（図示Ｘ方向；トラック幅方向という場合もある）の長さ寸法が、前記第１の方向とＸ−Ｙ平面に平行な方向（膜面と平行な方向）で直交する第２の方向であるハイト方向（図示Ｙ方向）の幅寸法よりも長く形成されている。したがって、前記フリー磁性層１４は形状異方性を有し、前記フリー磁性層１４内部の磁化がトラック幅方向に優先的に向いた状態である。ここで本明細書において「形状異方性」とは、所定の長さ寸法を有するフリー磁性層１４の磁化が前記長さ方向に配向することを意味する。前記フリー磁性層１４が形状異方性を有するには、前記フリー磁性層１４のトラック幅方向における両側端間の長さ寸法は１μｍ以上であることが好ましい。また、前記フリー磁性層１４の磁化を、前記第１の方向に、より適切に配向させ易くするには、前記形状異方性に加えて、誘導磁気異方性を付与することが好ましく、前記フリー磁性層１４が磁場中で成膜されることが好ましい。
【００６３】
また、前記フリー磁性層１４のトラック幅方向における両側端部（ここで言う「両側端部」とは間欠部２０ｃのトラック幅方向の両側領域を指し、以下同じである）のみに前記フリー磁性層１４を硬磁性層化できる元素（例えば、Ｐｔ，Ｃ，Ｂ，希土類）をイオン打ち込みすることにより、前記フリー磁性層１４の前記両側端部を硬磁性層とし、この硬磁性層を着磁することにより、前記フリー磁性層１４の磁化を安定させても良い。
【００６４】
前記磁気検出素子１０は、反強磁性層２０が前記第１の磁性層１７の前記第１の方向における両側端部１７ａ上に、間欠部２０ｃを介して分離して形成されている。前記反強磁性層２０は前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂ上には形成されていない。前記反強磁性層２０は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成されることが好ましいが、ＩｒＭｎ合金などＰｔＭｎ合金よりもブロッキング温度の低い反強磁性材料で形成されてもよい。前記反強磁性層２０の膜厚は、例えば８０Å〜３００Å程度で形成される。
【００６５】
前記反強磁性層２０は前記第１の磁性層１７との間に交換結合磁界を発生させるために、磁場中で熱処理が施される。前記反強磁性層２０は熱処理前ではその結晶構造が不規則格子であるが、熱処理後では少なくとも一部の結晶構造が規則格子となる。例えばＸ―Ｍｎ合金では、前記熱処理前は結晶構造がＸ原子、Ｍｎ原子の配列が不規則な面心立方格子であるが、前記熱処理後では少なくとも一部において、Ｘ原子、Ｍｎ原子の配列が規則的になり、Ｌ１０型（ＣｕＡｕＩ型）の面心正方格子の結晶構造に変態する。
【００６６】
磁場中熱処理が施されると前記反強磁性層２０は、上記したように少なくとも一部の不規則格子が規則格子に変態して前記反強磁性層２０と前記第１の磁性層１７の両側端部１７ａ，１７ａ間に交換結合磁界が発生し、前記第１の磁性層１７は前記第２の方向（図示Ｙ方向）に磁化固定される。図１に示す実施形態では、前記固定磁性層１６が２層の前記磁性層１７，１８とその間に介在する前記中間層１９との人工フェリ構造であるから、前記第１の磁性層１７と第２の磁性層１８間にＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界が作用し、前記第２の磁性層１８の両側端部１８ａ，１８ａは図示Ｙ方向とは逆方向に磁化固定される。一方、前記第１の磁性層１７および第２の磁性層１８の中央部１７ｂ，１８ｂでも上記したＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界は生じ、前記第１の磁性層１７および第２の磁性層１８の中央部１７ｂ，１８ｂの磁化は両側端部１７ａ，１８ａでの磁化方向に倣って反平行状態で磁化固定される。
【００６７】
前記反強磁性層２０の上にはＣｒなどで形成されたストッパ層２１が形成され、前記ストッパ層２１の上にはＴａなどで形成された保護層２２が形成されている。前記保護層２２上には例えばＡｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｗなどの非磁性導電材料で形成された電極層２３が形成され、さらに前記電極層２３上にＴａなどで形成された保護層２４が形成されている。
【００６８】
前記保護層２４から、前記反強磁性層２０間に形成された前記間欠部２０ｃ内から露出する前記固定磁性層１６の前記第１の磁性層１７上にかけて絶縁材料で形成された上部ギャップ層２５が形成され、前記上部ギャップ層２５上に磁性材料製の上部シールド層２６が形成される。
【００６９】
図１に示す実施の形態では、一方の前記反強磁性層２０と前記第１の磁性層１７との接触面２０ａの側端２０ｂと、他方の前記反強磁性層２０と前記第１の磁性層１７との接触面２０ａの側端２０ｂとの間、すなわち左右の反強磁性層２０と反強磁性層２０との間隔Ｃが、実質的な外部磁界の検出領域である。この検出領域の前記第１の方向の幅寸法をトラック幅（Ｔｗ）と呼ぶ。
【００７０】
図１に示す磁気検出素子の構造の特徴的部分について以下に説明する。図１に示す実施の形態では、前記固定磁性層１６が、第１および第２の磁性層１７，１８と、前記各磁性層１７，１８の間に介在する中間層１９との３層構造で構成されている。前記第１の磁性層１７と第２の磁性層１８間にはＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界が生じるため、両磁性層１７、１８の磁化は反平行状態になっている。
【００７１】
前記反強磁性層２０は、前記第１の磁性層１７の両側端部１７ａ，１７ａ上に、前記間欠部２０ｃを介して分離して設けられ、前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂ上には設けられていない。このため交換結合磁界は前記反強磁性層２０と接している前記第１の磁性層１７の両側端部１７ａ，１７ａの間でのみ生じ、前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂとの間には生じていない。したがって前記第１の磁性層１７および第２の磁性層１８の両側端部１７ａ、１８ａの磁化は前記交換結合磁界とＲＫＫＹ相互作用等により反平行状態を保ちながら前記第２の方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定されている。
【００７２】
一方、前記固定磁性層１６の第１の磁性層１７および第２の磁性層１８の中央部１７ｂ、１８ｂでは、各磁性層内部の交換相互作用により媒介されたバイアス磁界や上記したＲＫＫＹ相互作用によって反平行状態を保って前記第２の方向と平行な方向に固定されることが後述する実験でも確認されており、図１に示す実施の形態であれば、前記固定磁性層１６の磁化固定を適切に行うことが可能である。
【００７３】
すなわち図１のように固定磁性層１６上に設けられた反強磁性層２０は、前記固定磁性層１６の前記第１の方向における両側端部上に間欠部２０ｃを介して分離して設けられ、この両側端部でのみ交換結合磁界が生じるが、この第１の磁性層１７の構造に対して、前記固定磁性層１６を人工フェリ構造にすることで、前記固定磁性層１６全体の磁化を適切に前記第２の方向に磁化固定できる。
【００７４】
また、前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂ上には前記反強磁性層２０が設けられていないので、前記電極層２３から主に非磁性材料層１５を中心として流れるセンス電流が、前記反強磁性層２０に分流することが少なくなり、分流ロスを軽減できる結果、再生出力の向上を図ることが可能である。
【００７５】
また前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂ上には前記反強磁性層２０が設けられていないため、素子中央部での前記下部シールド層１１および前記上部シールド層２６との膜厚方向（図示Ｚ方向）への間隔は狭まり、いわゆる狭ギャップ化を図ることが可能である。フリー磁性層１４の中央部１４ｂが再生感度を持つ領域であるから、素子中央部でのギャップ長を短くできれば、再生波形のパルス幅（ＰＷ５０）の広がりや分解能の低下を適切に防止でき、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【００７６】
さらに、前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂ上に前記反強磁性層２０を設けないことで、前記固定磁性層１６の素子中央部での磁気的な静電破壊（ＥＳＤ）は起こりにくくなる。
【００７７】
固定磁性層に反強磁性層が積層された磁気検出素子では、電極層から静電気放電（ＥＳＤ）による過渡電流が流れたとき、それによって素子内に熱が発生し、この熱が反強磁性層のブロッキング温度に近い温度となることも有りえる。このような場合に、固定磁性層の前記第１の方向の中央部分に、交換結合を発揮する反強磁性層が存在していると、この反強磁性層が存在している部分での固定磁性層との交換結合が不安定になり、固定磁性層の磁化方向が動いてしまい、磁気的な静電破壊が起こり易い。
【００７８】
特に、固定磁性層が単層の磁性層で構成されている場合、磁化固定が不安定になり易いが、固定磁性層がＲＫＫＹ結合により反平行状態に磁化されている第１の磁性層と第２の磁性層を有する人工フェリ構造であっても、第１の磁性層が反強磁性層に接している構造であると、反強磁性層がブロッキング温度以上になって反強磁性層と第１の強磁性層との交換結合が不安定になり、そのとき電流による磁界が発生した場合に、反強磁性層に接している第１の磁性層の磁化が反転し、磁気的な静電破壊が生じる。
【００７９】
これに対し本発明のように、前記固定磁性層１６の第１の磁性層１７の前記第１の方向の中央部分に交換結合を発揮する反強磁性層が存在していなければ、前記第１の磁性層１７の磁化反転は起こらず（磁化反転が起こっても前記第１の磁性層１７の両側端部１７ａの交換結合の向きは不変であるため、前記過渡電流の流入が無くなれば、前記第１の磁性層１７の磁化方向は元に戻る）、前記固定磁性層１６の磁化の固定を安定させることができ、磁気的な静電破壊に対して強くなる。
【００８０】
このように、図１に示す磁気検出素子１０の構造では、固定磁性層１６の磁化を適切に前記第２の方向に磁化固定できるとともに、再生出力の向上や狭ギャップ化および静電破壊の抑制をも図ることができ、今後の更なる高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を提供することができる。
【００８１】
また、前記磁気検出素子１０では、前記フリー磁性層１４は形状異方性を有しており、前記フリー磁性層１４内部の磁化がトラック幅方向に向いた状態である。したがって、前記フリー磁性層１４の磁化をトラック幅方向に配向させるための手段、例えば永久磁石層を前記フリー磁性層１４の側方に設ける必要がなく、素子の構造や製造方法を簡単にすることができる。
【００８２】
なお図１に示した磁気検出素子１０は、下から、前記フリー磁性層１４、前記非磁性材料層１５、前記固定磁性層１６および前記反強磁性層２０の順に積層されているものを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積層されているものとして構成しても良い。
【００８３】
図２は本発明における第２の実施形態の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。図２に示す磁気検出素子１１０は、フリー磁性層１４の上方に第１の反強磁性層２０が設けられ、前記フリー磁性層１４の下方に第２の反強磁性層１３０が設けられているタイプである。
【００８４】
前記図２に示す磁気検出素子１１０のうち、図１に示した磁気検出素子１０と同様の構成部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８５】
前記磁気検出素子１１０は、フリー磁性層１４と下部シールド層１１１との間に、さらに下から順に、第２の反強磁性層１３０、第２の固定磁性層１１６および第２の非磁性材料層１１５が形成されている。
【００８６】
前記下部シールド層１１１はＮｉＦｅ合金やセンダストなどの磁性材料で形成される。前記下部シールド層１１１にはトラック幅方向の中央に膜厚方向（図示Ｚ方向）に突出する突出部１１１ａが設けられ、そのトラック幅方向の両側に凹部１１１ｂ，１１１ｂが設けられている。
【００８７】
図２に示すように前記下部シールド層１１１の突出部１１１ａの上面にはＡｌ_２Ｏ_３などの絶縁材料で形成された下部ギャップ層１４０が形成され、前記下部ギャップ層１４０は、前記突出部１１１ａのトラック幅方向における両側端面１１１ａ１，１１１ａ１から前記凹部１１１ｂの上面１１１ｂ１，１１１ｂ１にかけても形成されている。
【００８８】
図２に示すように前記下部シールド層１１１の凹部１１１ｂ、１１１ｂ１上および突出部１１１ａ上に形成された下部ギャップ層１４０上には、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒなどで形成されたシード層１４１が形成されている。
【００８９】
前記シード層１４１上には第２の反強磁性層１３０が形成されている。この第２の反強磁性層１３０は主に前記下部シールド層１１１に形成された前記凹部１１１ｂ内に埋められた状態になっている。前記第２の反強磁性層１３０は前記反強磁性層２０と同様の構造で形成され、例えばＰｔＭｎ合金などの反強磁性材料で形成される。
【００９０】
前記第２の反強磁性層１３０上には第２の固定磁性層１１６が形成されている。前記第２の固定磁性層１１６は前記固定磁性層１６と同様に人工フェリ構造である。前記固定磁性層１１６は前記第２の反強磁性層１３０に接する側の第１の磁性層１１７と、前記第１の磁性層１１７と膜厚方向（図示Ｚ方向）で対向する第２の磁性層１１８と、前記第１の磁性層１１７と第２の磁性層１１８との間に介在する中間層１１９との３層構造である。
【００９１】
前記第１および第２の磁性層１１７、１１８および中間層１１９は前記固定磁性層１６の前記第１および第２の磁性層１７、１８および中間層１９と同一の材料で形成される。また前記第２の固定磁性層１１６を構成する第１および第２の磁性層１１７，１１８は単層構造であっても磁性層の積層構造であってもどちらでもよい。
【００９２】
前記第２の反強磁性層１３０は前記下部シールド層１１１の突出部１１１ａ上に形成されたシード層１４１上には形成されておらず、前記突出部１１１ａ上に形成された前記シード層１４１の上面は前記第２の固定磁性層１１６に接している。前記第２の反強磁性層１３０は前記第２の固定磁性層１１６の第１の磁性層１１７の両側端部１１７ａ，１１７ａ下に間欠部１３０ｃを介して分離して設けられ、前記反強磁性層１３０と前記第１の磁性層１１７の両側端部１１７ａ，１１７ａとの間でのみ交換結合磁界が生じるが、この第１の磁性層１１７の構造に対して、前記固定磁性層１１６を人工フェリ構造にすることで、前記固定磁性層１１６全体の磁化を適切に前記第２の方向に磁化固定できる。
【００９３】
前記第２の反強磁性層１３０は前記第１の磁性層１１７との間に交換結合磁界を発生させるために、磁場中で熱処理が施される。前記第２の反強磁性層１３０は熱処理前ではその結晶構造が不規則格子であるが、熱処理後では少なくとも一部の結晶構造が規則格子となる。例えばＸ―Ｍｎ合金では、前記熱処理前は結晶構造がＸ原子、Ｍｎ原子の配列が不規則な面心立方格子であるが、前記熱処理後では少なくとも一部において、Ｘ原子、Ｍｎ原子の配列が規則的になり、Ｌ１０型（ＣｕＡｕＩ型）の面心正方格子の結晶構造に変態する。
【００９４】
磁場中熱処理が施されると上記したように前記第２の反強磁性層１３０の少なくとも一部の不規則格子は規則格子に変態し、前記第２の反強磁性層１３０と前記第２の固定磁性層１１６の第１の磁性層１１７の両側端部１１７ａ，１１７ａ間に交換結合磁界が発生し、前記第１の磁性層１１７は前記第２の方向に磁化固定される。図２に示す実施形態では、前記固定磁性層１１６が２層の前記磁性層１１７，１１８とその間に介在する前記中間層１１９との人工フェリ構造であるから、前記第１の磁性層１１７と第２の磁性層１１８間にＲＫＫＹ相互作用による反平行磁界が作用し、前記第２の磁性層１１８の両側端部１１８ａ，１１８ａは前記第２の方向とは逆方向に磁化固定される。一方、前記第１の磁性層１１７および第２の磁性層１１８の中央部１１７ｂ，１１８ｂでも上記したＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界は生じ、前記第１の磁性層１１７および第２の磁性層１１８の中央部１１７ｂ，１１８ｂの磁化は両側端部１１７ａ，１１８ａでの磁化方向に倣って反平行状態で磁化固定される。
【００９５】
前記第２の固定磁性層１１６と前記フリー磁性層１４の間には第２の非磁性材料層１１５が形成されている。前記第２の非磁性材料層１１５は、前記第２の固定磁性層１１６とフリー磁性層１４との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、前記非磁性層１５と同様の材料で形成されている。
【００９６】
前記フリー磁性層１４、前記第１および第２の非磁性材料層１５，１１５、前記第１および第２の固定磁性層１６，１１６は、前記第１の長さ方向の長さ寸法が、前記第２の方向の幅寸法よりも長く形成されている。したがって、前記フリー磁性層１４は形状異方性を有し、前記フリー磁性層１４内部の磁化がトラック幅方向に優先的に向いた状態である。前記フリー磁性層１４が形状異方性を有するには、前記フリー磁性層１４のトラック幅方向における両側端間の長さ寸法は、１μｍ以上であることが好ましい。また、前記フリー磁性層１４の磁化をトラック幅方向に安定化するには、前記形状異方性に加えて、誘導磁気異方性を付与することが好ましく、前記フリー磁性層１４が磁場中で成膜されることが好ましい。
【００９７】
図２に示す実施の形態では、一方の前記第２の反強磁性層１３０と前記第１の磁性層１１７との接触面１３０ａの側端１３０ｂと、他方の前記第２の反強磁性層１３０と前記第１の磁性層１１７との接触面１３０ａの側端１３０ｂとの間、すなわち左右の反強磁性層１３０と反強磁性層１３０との間隔Ｄが、前記トラック幅（Ｔｗ）と同じか、またはそれよりも小さくなっている。
【００９８】
前記磁気検出素子１１０では、下部シールド層１１１および上部シールド層２６の膜厚方向への間隔（いわゆるギャップ長）を狭くすることができ、狭ギャップ化に適切に対応できる。
【００９９】
図３は本発明における第３の実施形態の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。図３に示す磁気検出素子２１０は図２に示した前記磁気検出素子１１０と同様、フリー磁性層１４の上方に第１の反強磁性層２０が設けられ、前記フリー磁性層１４の下方に第２の反強磁性層２３０が設けられているタイプである。
【０１００】
前記図３に示す磁気検出素子２１０は図１および図２に示した前記磁気検出素子１０、１１０と共通した構造を有しているため、磁気検出素子２１０のうち前記磁気検出素子１０、１１０と同様の構成部分には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１０１】
図３に示す磁気検出素子２１０は、下部シールド層２１１に凹部が形成されておらず、前記下部シールド層２１１の上面は平面形状に構成されている。そして、前記下部シールド層２１１の上に下部ギャップ層１２、シード層１３が形成され、さらにその上に第２の反強磁性層２３０が積層されている。
【０１０２】
前記第２の反強磁性層２３０は一定の膜厚で前記第１の方向に延びて形成されている。
【０１０３】
前記第２の反強磁性層２３０は前記第１の磁性層１１７との間に交換結合磁界を発生させるために、磁場中で熱処理が施される。前記第２の反強磁性層２３０は熱処理前ではその結晶構造が不規則格子であるが、熱処理後では少なくとも一部の結晶構造が規則格子となる。例えばＸ―Ｍｎ合金では、前記熱処理前は結晶構造がＸ原子、Ｍｎ原子の配列が不規則な面心立方格子であるが、前記熱処理後では少なくとも一部において、Ｘ原子、Ｍｎ原子の配列が規則的になり、Ｌ１０型（ＣｕＡｕＩ型）の面心正方格子の結晶構造に変態する。
【０１０４】
磁場中熱処理が施されると前記第２の反強磁性層２３０と第２の固定磁性層１１６の第１の磁性層１１７のトラック幅方向の全領域間に交換結合磁界が発生し、前記第１の磁性層１１７は前記第２の方向に磁化固定される。図３に示す実施形態では、前記固定磁性層１１６が２層の前記磁性層１１７，１１８とその間に介在する前記中間層１１９との人工フェリ構造であるから、前記第１の磁性層１１７と第２の磁性層１１８間にＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界が作用し、前記第２の磁性層１１８は前記第２の方向とは逆方向に磁化固定される。
【０１０５】
前記磁気検出素子２１０も前記磁気検出素子１０，１１０と同様、前記フリー磁性層１４、前記第１および第２の非磁性材料層１５，１１５、前記第１および第２の固定磁性層１６，１１６は、前記第１の長さ方向の長さ寸法が、前記第２の方向の幅寸法よりも長く形成されている。したがって、前記フリー磁性層１４は形状異方性を有し、前記フリー磁性層１４内部の磁化がトラック幅方向に優先的に向いた状態である。前記フリー磁性層１４が形状異方性を有するには、前記フリー磁性層１４のトラック幅方向における両側端間の長さ寸法は１μｍ以上であることが好ましい。また、前記フリー磁性層１４の磁化をトラック幅方向に安定化させるには、前記形状異方性に加えて誘導磁気異方性を付与することが好ましく、前記フリー磁性層１４が磁場中で成膜されることが好ましい。
【０１０６】
前記磁気検出素子２１０では前記第２の反強磁性層２３０が前記シード層１３の上に一定の厚さを有して前記第１の方向に延びているため、素子構造を簡単にすることができ、またその製造も容易である。
【０１０７】
図１ないし図３に示す磁気検出素子１０、１１０および２１０は、素子両側端部上に電極層２３、２３が設けられ、前記電極層２３、２３からのセンス電流が前記多層膜の各層に対し膜面と平行な方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる構造であるが、本発明は、電極層からのセンス電流が多層膜に対し膜厚方向と平行な方向に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる構造にも適用可能である。その実施形態は図４ないし図６に示している。
【０１０８】
図４は図１に示す磁気検出素子１０をＣＰＰ型の構造に適用した第４の実施の形態である磁気検出素子３１０を示しており、図５は図２に示す磁気検出素子１１０をＣＰＰ型の構造に適用した第５の実施の形態である磁気検出素子４１０を示しており、図６は図３に示す磁気検出素子２１０をＣＰＰ型の構造に適用した第６の実施の形態である磁気検出素子５１０を示している。
【０１０９】
図４ないし図６において、図１ないし図３に示した前記磁気検出素子１０，１１０，２１０と同様の構造の構成部分には、同様の符号を付してその説明を省略する。
【０１１０】
図４ないし図６に示す各磁気検出素子３１０，４１０，５１０では、各下部シールド層１１，１１１，２１１はＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成されており、シールド機能のみならず下部電極層としての役割も有している。
【０１１１】
図４ないし図６に示す実施形態では、図１ないし図３において電極層２３，２３であった箇所に絶縁層１５０、１５０が形成されている。そして前記絶縁層１５０，１５０上から、前記反強磁性層２０間に形成された前記間欠部２０ｃ内から露出する前記固定磁性層１６の前記第１の磁性層１７上にかけて上部シールド層１５１が形成される。前記上部シールド層１５１はＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成され、シールド機能と上部電極層としての機能も有する。
【０１１２】
また、前記上部シールド層１５１と前記第１の磁性層１７は磁気的に分離されている必要があり、図４ないし図６に破線で示すように、非磁性導電層である上部ギャップ層１５２を設けることが好ましい。
【０１１３】
図４ないし図６に示す実施形態では、前記前記第１の磁性層１７上に前記絶縁層１５０，１５０を設けることで、前記上部シールド層１５１からのセンス電流がトラック幅方向の両側に分流するのを抑制でき再生出力の大きい磁気検出素子を製造することができる。
【０１１４】
なお図４ないし図６に示す前記非磁性材料層１５は、例えばＣｕで形成されているが、スピントンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前記非磁性材料層１５は、例えばＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁材料で形成される。
【０１１５】
以上図１ないし図６で説明した磁気検出素子１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０では、前記反強磁性層２０，１３０が、前記第１の磁性層１７および１１７の両側端部１７ａ，１７ａ上および１１７ａ，１１７ａ下に、間隔を空けて分離して設けられ、前記第１の磁性層１７，１１７の中央部１７ｂ上，１１７ｂ下には設けられていないものを例として説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、前記間欠部２０ｃに前記反強磁性層２０，１３０と同じ組成の非磁性金属層が設けられているものであっても良い。ただしこの場合、前記反強磁性層２０，１３０と同じ組成の非磁性金属層は、前記反強磁性層２０、１３０よりも膜厚（図示Ｚ方向）が薄く形成されていることが好ましい。この場合、反強磁性層２０，１３０と同じ組成の非磁性金属層の膜厚は、前記反強磁性層２０、１３０に磁場中で熱処理を施した場合でも、熱処理後にその結晶構造が規則格子とならずに、不規則格子の状態を維持できる厚さで形成される。
【０１１６】
このように、前記反強磁性層２０，１３０と同じ組成の非磁性金属層は熱処理によっても結晶構造が不規則格子の状態であるため反強磁性を有さず、したがって前記第１の磁性層１７，１１７との間には交換結合を生じない。非磁性金属層は薄いので、センス電流の分流を少なくでき出力の向上に寄与する。また交換結合を生じていないため、非磁性金属層が反強磁性層２０，１３０のブロッキング温度以上の高温になったときにも、固定磁性層１６，１１６の磁化が反転するなど磁化が不安定となることはない。
【０１１７】
ところで、前記非磁性金属層が設けられる場合には、以下のような工夫を施すことが、前記間欠部での固定磁性層１６，１１６、すなわち固定磁性層１６，１１６の中央部での磁化をさらに好ましく固定できる点で望ましい。
【０１１８】
図７は、図１に示す磁気検出素子において、第１の反強磁性層２０間の間欠部２０ｃ内に非磁性金属層６０が設けられた構造を示している。
【０１１９】
前記非磁性金属層６０は、その両側に形成された第１の反強磁性層２０と同じ組成で形成されているから、例えば前記非磁性金属層６０は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金によって形成されている。
【０１２０】
前記非磁性金属層６０の膜厚は、前記第１の反強磁性層２０の膜厚に比べて薄く、５Å以上５０Å以下であることが好ましい。
【０１２１】
ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる非磁性金属層６０の膜厚がこの範囲内であると、非磁性金属層６０の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。なお、非磁性金属層６０の膜厚が、５０Åより大きくなると、約２５０℃以上の熱が加わったときに、非磁性金属層６０の結晶構造が、前記第１の反強磁性層２０と同様に、ＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態するので好ましくない。ただし、前記非磁性金属層６０の膜厚が、５０Åより大きくても、約２５０℃以上の熱が加わらなければ、前記非磁性金属層６０の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。
【０１２２】
ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる非磁性金属層６０が面心立方構造（ｆｃｃ）の結晶構造を有するとき、この非磁性金属層６０と第１磁性層１７の中央部１７ｂとの界面には交換結合磁界は発生しないか、または極めて弱く、交換結合磁界によって第１磁性層１７の中央部１７ｂの磁化方向を固定することはできない。この点は既に上述した通りであり、前記第１の磁性層１７には、磁性層内部の交換相互作用により媒介されたバイアス磁界やＲＫＫＹ相互作用による結合磁界が作用している。
【０１２３】
この図７では、上記作用以外に固定磁性層１６の中央部での一軸異方性をも加味して、固定磁性層１６の中央部での磁化固定を安定化させるといったものである。
【０１２４】
図７に示す実施の形態では、第２の磁性層１８の膜厚の方が、第１の磁性層１７の膜厚より大きくなっている。例えば第２の磁性層１８の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）を向き、第１の磁性層１７の磁化はハイト方向と反平行方向を向いた状態で磁化が固定されている。
【０１２５】
第１の磁性層１７の膜厚は１０Å〜３０Åであり、第２の磁性層１８の膜厚は１５Å〜３５Åである。第１の磁性層１７の膜厚を厚くすると、保磁力は大きくなる。しかし、第１の磁性層１７の膜厚が大きいと分流損失が大きくなる。また、第１の磁性層１７の中央部１７ｂは、非磁性金属層６０と整合することによって結晶構造に歪みが生じ、この歪みによって磁歪定数λ及び一軸異方性を大きくしている。しかし、第１の磁性層１７の膜厚が大きすぎると、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの非磁性金属層との界面附近で生じた歪が第１磁性層１７の体積全体から見ると薄まってしまい、磁歪定数λ及び一軸異方性も小さくなってしまう。
【０１２６】
この実施の形態では、固定磁性層１６の中央部の磁化を固定する一軸異方性を決める、誘導磁気異方性と磁気弾性効果のうち、磁気弾性効果を主に利用している。
【０１２７】
磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層１６にかかる応力σと固定磁性層１６の中央部の磁歪定数λによって規定される。
【０１２８】
図１０は、図７に示された磁気検出素子を図示上側（図示Ｚ方向と反対方向）からみた部分平面図である。なお図１０には、磁気検出素子Ｔを構成する各層のうち、電極層２３と第１の磁性層１７を図示し、他の層を図示していない。
【０１２９】
また図１０に示すように磁気検出素子Ｔの周囲は、斜線で示される絶縁材料層６１によって埋められている。
【０１３０】
また前記磁気検出素子Ｔの記録媒体との対向面側の端面Ｆは露出しているか、またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる膜厚２０Å〜５０Åの薄い保護層で覆われているだけであり、開放端となっている。
【０１３１】
磁気検出素子Ｔの上下に位置するギャップ層１２，２５などから、磁気検出素子に作用する応力は元々は二次元的に等方性であったが端面Ｆが開放されたことによってその対称性が崩れ、その結果、磁気検出素子Ｔのハイト方向（図示Ｙ方向）に平行な方向に、一軸性の引っ張り応力が加えられている。さらに図１０に示すように電極層の内部応力に起因して電極層２３，２３からトラック幅方向に（図示Ｘ方向）に平行な方向及び反平行な方向に圧縮応力が発生し、この圧縮応力は磁気検出素子Ｔの下層側に伝播し、記録媒体との対向面側の端面Ｆが開放されている固定磁性層１６に、ハイト方向の引張り応力とトラック幅方向の圧縮応力が加えられる。そして、第１の磁性層１７は、磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成されると、磁気弾性効果によって、第１の磁性層１７の磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向；図示Ｙ方向）に平行方向となる。
【０１３２】
図７に示す実施の形態では、固定磁性層１６の中央部での磁歪定数を大きくすることによって、前記中央部に作用する磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層１６の中央部での一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層１６の中央部での一軸異方性が大きくなると、固定磁性層１６の中央部での磁化は、その両側のように第１の反強磁性層２０との交換結合磁界が無くても一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【０１３３】
具体的には，固定磁性層１６を構成する第１の磁性層１７の中央部１７ｂを、非磁性金属層６０と接合させることによって、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの結晶構造に歪みを生じさせて第１の磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪定数λを大きくさせている。
【０１３４】
前記非磁性金属層６０は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向するものである。
【０１３５】
一方、固定磁性層１６の第１の磁性層１７がＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成されていると、第１の磁性層１７は面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとる。また、第１の磁性層１７は、界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０１３６】
従って、第１の磁性層１７の中央部１７ｂを構成する原子と非磁性金属層６０を構成する原子が互いに重なりあいやすくなり、非磁性金属層６０内の結晶と固定磁性層１６内の中央部の結晶はエピタキシャルな状態になっている。
【０１３７】
しかし、第１の磁性層１７の中央部１７ｂでの｛１１１｝面内の最近接原子間距離と、非磁性金属層６０の｛１１１｝面内の最近接原子間距離には、一定以上の差があることが必要である。
【０１３８】
前記非磁性金属層６０を構成する原子と第１の磁性層１７の中央部１７ｂでの原子とを重なり合わせつつ、結晶構造に歪みを生じさせ、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪を大きくするために、非磁性金属層６０の材料である前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を調節することが好ましい。
【０１３９】
例えば、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を、５１原子％以上にすると、非磁性金属層６０に重なる第１の磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪が急激に増加する。また、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量が、５５原子％以上９５原子％以下であると、前記第１磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪が大きな値をとりつつ安定する。
【０１４０】
また、前記非磁性金属層６０の｛１１１｝面内の最近接原子間距離と、固定磁性層１６の第１の磁性層１７の中央部１７ｂでの｛１１１｝面内の最近接原子間距離との差を、第１の磁性層１７の中央部１７ｂでの｛１１１｝面内の最近接原子間距離で割った値（以下ミスマッチ値と呼ぶ）を、０．０５以上０．２０以下にすることが好ましい。
【０１４１】
本実施の形態の磁気検出素子では、図１１に模式的に示すように、非磁性金属層６０を構成する原子と第１の磁性層１７の中央部１７ｂでの原子とが重なり合いつつも、界面付近で結晶構造に歪みが生じている状態になる。
【０１４２】
図１１において符号Ｎ１は第１の磁性層１７の中央部１７ｂでの｛１１１｝面内の最近接原子間距離を示しており、符号Ｎ２は非磁性金属層６０の｛１１１｝面内の最近接原子間距離を示している。Ｎ１及びＮ２は、非磁性金属層６０と第１の磁性層１７の中央部１７ｂの界面から離れた歪みの影響の少ないところで測定する。
【０１４３】
このように、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの結晶構造に歪みが生じると、前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪定数λを大きくすることができるので、大きな磁気弾性効果を発揮することができる。
【０１４４】
ここで、前記非磁性金属層６０と第１の磁性層１７の中央部１７ｂでのミスマッチ値が小さすぎると、図１２に模式的に示すように、非磁性金属層６０の原子と第１の磁性層１７の中央部１７ｂの原子が重なりあったとき、界面付近の結晶構造に歪みが生じなくなり、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪定数λを大きくすることができなくなる。
【０１４５】
また前記非磁性金属層６０と第１の磁性層１７の中央部１７ｂでのミスマッチ値が大きくなりすぎると、図１３に模式的に示すように前記非磁性金属層６０の原子と第１の磁性層１７の中央部１７ｂの原子が重なりあわなくなり、非エピキャシタルまたは非整合な状態になる。非磁性金属層６０の原子と第１の磁性層１７の中央部１７ｂの原子が非エピキャシタルまたは非整合な状態になるときも、界面付近の結晶構造に歪みが生じなくなり、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪定数λを大きくすることができなくなる。
【０１４６】
また前記固定磁性層１６の第１の磁性層１７の中央部１７ｂが、体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであってもよい。
【０１４７】
例えば、固定磁性層１６の第１の磁性層１７がＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成されていると、第１の磁性層１７は体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとる。
【０１４８】
上述したように前記非磁性金属層６０は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものである。
【０１４９】
ｂｃｃ構造を有する結晶の｛１１０｝面として表される等価な結晶面の原子配列とｆｃｃ構造を有する結晶の｛１１１｝面として表される等価な結晶面の原子配列は類似しており、ｂｃｃ構造を有する結晶とｆｃｃ構造を有する結晶を、各々の原子が重なり合った整合状態、いわゆるヘテロエピタキシャルな状態にすることができる。
【０１５０】
さらに、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの｛１１０｝面内の最近接原子間距離と、非磁性金属層６０の｛１１１｝面内の最近接原子間距離には、一定以上の差が生じている。このため、第１の磁性層１７の中央部１７ｂと非磁性金属層６０の界面付近では、第１の磁性層１７の中央部１７ｂを構成する原子と非磁性金属層６０を構成する原子が互いに重なり合いつつも、それぞれの結晶構造に歪みが生じる。従って、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの結晶構造に歪を生じさせることによって、第１の磁性層１７の中央部１７ｂの磁歪定数λを大きくさせることができる。
【０１５１】
なお、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）より、特にｙ＝５０附近の組成において磁歪定数λの値が大きいので、より大きな磁気弾性効果を発揮することができる。また、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、保磁力が大きく、固定磁性層１６の中央部の磁化固定を強固にすることができる。
【０１５２】
なお、本発明では、第１の磁性層１７の中央部１７ｂと非磁性金属層６０の界面付近で、第１の磁性層１７の中央部１７ｂを構成する原子と、非磁性金属層６０を構成する原子の大部分が互いに重なり合う整合状態になっていればよい。例えば、図１１に模式的に示すように、一部に、第１の磁性層１７の中央部１７ｂを構成する原子と、非磁性金属層６０を構成する原子が重なり合わない領域があってもよい。
【０１５３】
また第２の磁性層１８の材料には、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）のどちらを用いてもよい。
【０１５４】
第２の磁性層１８の材料に、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）を用いると、正磁歪を大きくすることができる。ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、保磁力が大きく、固定磁性層１６の中央部での磁化固定を強固にすることができる。また中間層１９を介した第１の磁性層１７と第２の磁性層１８間のＲＫＫＹ相互作用が強くなる。
【０１５５】
一方、第２の磁性層１８は、非磁性材料層１５に接しており、磁気抵抗効果に大きな影響を及ぼす層なので、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）を用いて形成すると磁気抵抗効果の劣化が少ない。
【０１５６】
また図７に示す実施の形態では、電極層２３，２３がＣｒ（クロム）またはα−ＴａまたはＲｈで形成され、しかも電極層２３，２３の結晶格子面の膜面平行方向の面間隔がＣｒ（ｂｃｃ）の｛１１０｝面の場合、０．２０４４ｎｍ以上、α−Ｔａ（ｂｃｃ）の｛１１０｝面の場合、０．２３３７ｎｍ以上、Ｒｈ（ｆｃｃ）の｛１１１｝面の場合、０．２２００ｎｍ以上であると、その下の固定磁性層１６に加わる圧縮応力を大きくすることができる。このとき、図１０に示される矢印方向、すなわち電極層２３，２３の外側方向に向けて、電極層２３，２３が延伸し、固定磁性層１６に対し、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に平行な方向及び反平行な方向に圧縮応力が加えられる。
【０１５７】
前記電極層２３，２３の結晶格子面の膜面平行方向の面間隔は、Ｘ線回折や電子線回折によって測定することができる。なお、バルク状態のＣｒ、α−Ｔａ、Ｒｈは、結晶格子面の膜面平行方向の面間隔がＣｒ（ｂｃｃ）の｛１１０｝面で０．２０４０ｎｍ、α−Ｔａ（ｂｃｃ）の｛１１０｝面で０．２３３２ｎｍ、Ｒｈ（ｆｃｃ）の｛１１１｝面で０．２１９６ｎｍであり、前記面間隔がこの値以上になると電極層２３，２３が固定磁性層１６に対し圧縮応力を与えるように作用する。
【０１５８】
前記電極層２３，２３をＣｒによって形成したときと、Ａｕのような軟い金属材料によって形成したときとでは、前記圧縮応力に以下のような違いが生じる。
【０１５９】
例えば、下から順に、バイアス下地層：Ｃｒ（５０Å）／ハードバイアス層：ＣｏＰｔ（２００Å）／中間層：Ｔａ（５０Å）／電極層：Ａｕ（８００Å）／保護層：Ｔａ（５０Å）が積層された膜が生じさせる圧縮応力は、２８０ＭＰａである。
【０１６０】
これに対し、下から順に、バイアス下地層：Ｃｒ（５０Å）／ハードバイアス層：ＣｏＰｔ（２００Å）／中間層：Ｔａ（５０Å）／電極層：Ｃｒ（１４００Å）／保護層：Ｔａ（５０Å）が積層された膜が生じさせる圧縮応力は、６７０ＭＰａである。
【０１６１】
なお前記電極層２３，２３をスパッタ成膜するときには、イオンビームスパッタ法を用い、スパッタ装置内のＡｒまたはＸｅ、Ｋｒ等の圧力を５×１０^−３Ｐａ〜１×１０^−１Ｐａに小さくする。スパッタ装置内のＡｒまたはＸｅ、Ｋｒ等の圧力が小さいと、電極層２３を形成するＣｒ等の原子がＡｒまたはＸｅ等の原子に衝突する確率が減少するので、Ｃｒ等の原子は高いエネルギーを保持したまま堆積していく。既に成膜されているＣｒ等の膜に、ターゲットから飛来したＣｒ等の原子が大きなエネルギーをもって衝突して埋め込まれていくと、電極層２３，２３が外側方向に向けて延伸する。
【０１６２】
また前記フリー磁性層１４の磁歪は負磁歪にすることが好ましい。上記したように、磁気検出素子には、両側から圧縮応力が加わっているので、負磁歪のフリー磁性層１４は磁気弾性効果によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に平行または反平行方向が磁化容易軸になりやすくなる。
【０１６３】
なお、フリー磁性層１４の中央部付近の圧縮応力は、両端部の圧縮応力よりも小さいので、磁界検出感度の低下を抑えることができる。
【０１６４】
フリー磁性層１４の磁歪定数λは、−８×１０^−６≦λ≦−０．５×１０^−６の範囲であることが好ましい。前記フリー磁性層１４の磁歪λが負に大きすぎると、磁気検出素子の再生感度が低下する。一方、フリー磁性層２４の磁歪λ（絶対値）が大きすぎると、磁気検出素子の再生波形に乱れが生じやすい。
【０１６５】
また、このように非磁性金属層６０及び第１の磁性層１７の構造を適正化することで、特に図７のように前記固定磁性層１６のトラック幅方向への長さ寸法が長く延ばして形成された形態では、前記固定磁性層１６の中央部の磁化の安定化を促進させることが可能である。
【０１６６】
上記のようにフリー磁性層１４はトラック幅方向（第１の方向）に長く延ばして形成され、形状異方性によって磁化を前記トラック幅方向に向けさせている。一方、固定磁性層１６もフリー磁性層１４と同様にトラック幅方向に長く伸ばして形成されているから、トラック幅方向に形状異方性がつき易くなるが、図７では、特に磁気弾性効果を利用して、前記第１の磁性層１６の中央部１６ｂでの磁化をハイト方向に安定して向けることが可能になり、再生出力が大きく安定した再生機能を有する磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【０１６７】
図８は、図２に示す磁気検出素子の変形例であり、図７と同様にトラック幅方向における第１の反強磁性層２０間に、膜厚の薄い、前記第１の反強磁性層２０と同じ組成の非磁性金属層６０が形成されている。前記非磁性金属層６０及び第１の磁性層１７の好ましい形態に関しては図７に詳しく説明したので、そちらを参照されたい。
【０１６８】
また図８では、トラック幅方向の第２の反強磁性層１３０間の間欠部１３０ｃにも、膜厚の薄い、前記第２の反強磁性層１３０と同じ組成の非磁性金属層６３が形成されている。前記非磁性金属層６３は、前記非磁性金属層６０とその材質や結晶配向等が全て同じなので、ここでは特に説明しない。また固定磁性層１１６を構成する第１の磁性層１１７の材質や結晶配向等についても、第１の磁性層１７と全て同じなので、ここでは特に説明しない。
【０１６９】
図８に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、第１の反強磁性層２０間、及び第２の反強磁性層１３０間の各間欠部２０ｃ，１３０ｃ内に、膜厚の薄い非磁性金属層６０，６３を設けることで、前記固定磁性層１６，１１６の中央部での磁化をより安定化させることができ、再生出力が大きく安定した再生機能を有する磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１７０】
図９は、図８に示す磁気検出素子の変形例である。図９では、前記第２の反強磁性層１３０間に形成された前記非磁性金属層６３と、シード層１４１間に、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌから選ばれる１種あるいは２種以上からなる非磁性金属層６４が介在している。
【０１７１】
Ｒｕなどからなる非磁性金属層６４の｛１１１｝面内又はＣ面内の最近接原子間距離は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる非磁性金属層６３の｛１１１｝面内の最近接原子間距離より小さい値を有し、かかる場合、シード層１４１から非磁性金属層６３にかけて、膜面平行方向の最近接原子間距離を段階的に広げることができ、第１の磁性層１１７の中央部１１７ｂに必要以上の歪みが生じ部分的に非整合となる領域の比率を抑えることができる。
【０１７２】
図１４ないし図１６は、固定磁性層１１６（反強磁性層が上側に設けられた固定磁性層１６も同じ態様の実施が可能であるが、ここでは反強磁性層が固定磁性層よりも下側に設けられた固定磁性層１１６について説明することとする）の他の様態を示す部分断面図である。なお図１４ないし図１６に示す固定磁性層１１６は、図８の素子中央部附近を拡大したものである。
【０１７３】
図１４に示されるように、固定磁性層１１６を構成する第１の磁性層１１７は、非磁性金属層６３側にｆｃｃ磁性層１１７ｂ１が設けられ、中間層１１９側にｂｃｃ磁性層１１７ｂ２が設けられたものであってもよい。
【０１７４】
ｆｃｃ磁性層１１７ｂ１とは、面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向する磁性層であり、ｂｃｃ磁性層１１７ｂ２とは、体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している磁性層である。
【０１７５】
ｆｃｃ磁性層１１７ｂ１は、ＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）を用いて形成され、ｂｃｃ磁性層１１７ｂ２は、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成される。
【０１７６】
第１の磁性層１１７の中間層１１９側の界面付近をｂｃｃ構造にすることにより、前記第１の磁性層１１７の中央部１１７ｂでの磁歪定数λの値を大きくし、大きな磁気弾性効果を発揮させることができる。また中間層１１９側の組成が、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）であると中間層１１９を介した第１の磁性層１１７と第２の磁性層１１８間のＲＫＫＹ相互作用が強くなる。
【０１７７】
一方、第１の磁性層１１７の非磁性金属層６３側の界面付近をｆｃｃ構造にすると、固定磁性層１１６の中央部、非磁性材料層１１５の中央部及びフリー磁性層１４の中央部の結晶配向性が一定になり、結晶粒も大きくなって磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を高くすることができる。
【０１７８】
また図１５に示されるように、固定磁性層１１６を構成する第２の磁性層１１８は、非磁性材料層１１５側にｆｃｃ磁性層１１８ｂ２が設けられ、中間層１１９側にｂｃｃ磁性層１１８ｂ１が設けられたものであってもよい。
【０１７９】
ｆｃｃ磁性層１１８ｂ２とは、面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向する磁性層であり、ｂｃｃ磁性層１１８ｂ１とは、体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している磁性層である。
【０１８０】
ｆｃｃ磁性層１１８ｂ２は、ＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）を用いて形成され、ｂｃｃ磁性層１１８ｂ１は、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成される。
【０１８１】
第２の磁性層１１８の中間層１１９側の界面付近をｂｃｃ構造にすることにより、前記第２の磁性層１１８の中央部１１８ｂでの磁歪定数λの値を大きくでき、大きな磁気弾性効果を発揮させることができる。また中間層１１９側の組成が、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）であると、中間層１１９を介した第１の磁性層１１７と第２の磁性層１１８間のＲＫＫＹ相互作用が強くなる。
【０１８２】
一方、第１の磁性層１１７の中央部１１７ｂの非磁性金属層６３側の界面付近をｆｃｃ構造にすることによって、磁気抵抗効果の劣化を抑えることができる。
【０１８３】
または、図１６に示されるように、固定磁性層１１６を構成する第１の磁性層１１７は、非磁性金属層６３側にｆｃｃ磁性層１１７ｂ１が設けられ、中間層１１９側にｂｃｃ磁性層１１７ｂ２が設けられたものであり、かつ、第２の磁性層１１８は、非磁性材料層１１５側にｆｃｃ磁性層１１８ｂ２が設けられ、非磁性中間層１１９側にｂｃｃ磁性層１１８ｂ１が設けられたものであってもよい。
【０１８４】
なお、図１４ないし図１６では、第１の磁性層１１７をｆｃｃ磁性層１１７ｂ１とｂｃｃ磁性層１１７ｂ２とが積層された構造にし、または、第２の磁性層１１８を、ｂｃｃ磁性層１１８ｂ１とｆｃｃ磁性層１１８ｂ２とが積層された構造にしている。
【０１８５】
しかし、本発明では、固定磁性層１１６の第１の磁性層１１７が、非磁性金属層６３側の界面付近で、面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、中間層１１９側の界面付近で、体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向していればよい。
【０１８６】
従って、固定磁性層１１６の第１の磁性層１１７は、非磁性金属層６３側の界面付近でＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）の組成を有し、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、非磁性金属層６３側の界面付近から中間層１１９側の界面に向かうに連れて、Ｆｅ濃度が徐々に大きくなって、中間層１１９側の界面付近で、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）の組成を有し、体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向したものであってもよい。
【０１８７】
また、第２の磁性層１１８も同様に、非磁性材料層１１５側の界面付近から中間層１１９側の界面に向かうに連れて、Ｆｅ濃度が徐々に大きくなるＣｏＦｅ合金で形成されてよい。
【０１８８】
【実施例】
図１７（実施例）および図２０（比較例）に示す構造の磁気検出素子を用いて一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊及び再生出力（規格化出力）を求めた。
【０１８９】
図１７（実施例）は、磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図の模式図であり、膜構成は、下からシード層：（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_{６０ａｔ％}Ｃｒ_{４０ａｔ％}（６０Å）／フリー磁性層：Ｎｉ_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}（３５Å）／Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（１０Å）／非磁性材料層：Ｃｕ（２１Å）／固定磁性層：［第２の磁性層：Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（ＸÅ）／中間層：Ｒｕ（９Å）／第１の磁性層：Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（ＹÅ）］／反強磁性層：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（２００Å）の順である。なお括弧書きは膜厚を示している。
【０１９０】
図１７に示すようにフリー磁性層は第１の方向であるトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化が向けられているが、前記フリー磁性層の磁化を制御するための永久磁石層や他の反強磁性層は設けられていない。また図１７に示すように前記第１の磁性層と第２の磁性層は第２の方向であるハイト方向（図示Ｙ方向）に平行な方向で且つ互いに磁化が反平行状態になっている。
【０１９１】
また図１７に示すように第１の反強磁性層間には間隔が空けられ、この間隔内からは固定磁性層を構成する第１の磁性層が露出している。そして前記間隔の第１の方向における幅寸法がトラック幅ＲＴｗであり、前記トラック幅ＲＴｗは物理的なトラック幅（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅａｄ Ｔｒａｃｋ Ｗｉｄｔｈ）である。
【０１９２】
上記のように第１の磁性層の膜厚はＸÅで、第２の磁性層の膜厚はＹÅであり、これら各磁性層の膜厚を変化させて、トラック幅Ｔｗと一方向性交換バイアス磁界及び前記トラック幅Ｔｗと規格化出力との関係について求めた。なお一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊とは、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の最大値の半分の値になる時の外部磁界の大きさを前記一方向性交換バイアス磁界（ＨｅＸ＊）と定める。一方向性交換バイアス磁界には、前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界のほか、前記固定磁性層は人工フェリ構造であるため、前記固定磁性層を構成するＣｏＦｅ間で発生するＲＫＫＹ交換相互作用における結合磁界などを含む磁界の大きさである。この一方向性交換バイアス磁界が大きいほど前記固定磁性層を所定の方向に適切にピン止めすることが可能になる。
【０１９３】
図１８に示すように、トラック幅ＲＴｗが広がるにつれて一方向性交換バイアス磁界は低下する。しかし前記トラック幅ＲＴｗが約０．２２μｍ程度でも１００ｋＡ／ｍ程度の高い一方向性交換バイアス磁界を生じている。前記固定磁性層の磁化固定には最低で８０ｋＡ／ｍ程度の一方向性交換バイアス磁界が必要であると考えられることからすると、前記トラック幅ＲＴｗの設定にある程度の自由度があることがわかった。
【０１９４】
図１９は、前記トラック幅ＲＴｗと、前記トラック幅ＲＴｗで規格化された再生出力（ΔＶ／ＲＴｗ）との関係を示すグラフである。規格化出力は、磁気検出素子の図示Ｙ方向から、±１００Ｏｅ（±７９６０Ａ／ｍ）の一様磁界を印加したときの電圧変化量ΔＶを、トラック幅ＲＴｗで割ったものである。
【０１９５】
図１９に示すように、トラック幅ＲＴｗが大きくなるにつれて、規格化出力は若干低下する傾向を見せるが、規格化出力は前記トラック幅ＲＴｗが０．２μｍを超えても１２ｍＶ／μｍ以上を保っていることがわかる。
【０１９６】
図２０（比較例）は、磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図の模式図であり、膜構成は、図１７の磁気検出素子の膜構成と同じである。図２０に示すようにフリー磁性層は前記第１の方向に磁化が向けられているが、前記フリー磁性層の磁化を制御するための永久磁石層や他の反強磁性層は設けられていない。また図２０に示すように前記第１の磁性層と第２の磁性層は前記第２の方向に平行な方向で且つ互いに磁化が反平行状態になっている。
【０１９７】
なお図１７の場合と同様に第１の磁性層の膜厚はＸÅで、第２の磁性層の膜厚はＹÅであり、これら各磁性層の膜厚を変化させて、トラック幅ＲＴｗと一方向性交換バイアス磁界及び前記トラック幅ＲＴｗと規格化出力との関係について求めた。なお図２０に示す磁気検出素子は図１７のように反強磁性層には前記第１の方向に間隔が空けられておらず、前記反強磁性層は前記第１の磁性層上の全面に設けられている。前記反強磁性層の上に設けられた電極層に図２０に示すように前記第１の方向に間隔が空けられ、前記間隔の第１の方向における幅寸法がトラック幅ＲＴｗであり、前記トラック幅ＲＴｗは物理的なトラック幅（ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅａｄ Ｔｒａｃｋ Ｗｉｄｔｈ）である。
【０１９８】
図２１に示すように、トラック幅ＲＴｗが広がっても一方向性交換バイアス磁界の大きさにはさほど大きな変化が見られない。同様に図２２に示すように、規格化出力の大きさもトラック幅ＲＴｗが広がっても変化しない。
【０１９９】
本発明の実施形態の磁気検出素子は図１７のように、反強磁性層にトラック幅方向に所定の間隔を空けて成るものであるが、まず図１８と図２１に示す一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊を比べて見ると、実施例の方が比較例に比べて前記一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊は小さくなる。これは実施例の場合、素子の中央部の前記第１の磁性層上に第１の反強磁性層が設けられていないため、素子の中央部で交換結合磁界が生じないためであると考えられるが、実施例でもトラック幅ＲＴｗの大きさを適切に制御すれば前記固定磁性層を適切に磁化固定できるだけの一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊を得ることができることがわかった。
【０２００】
上記したように前記一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊は最低、８０ｋＡ／ｍ程度以上あれば足りると考えられるので図１８に示すように前記トラック幅ＲＴｗを０．２μｍ以下にすれば、前記一方向性交換バイアス磁界を８０ｋＡ／ｍ程度以上得ることが可能であるとわかった。
【０２０１】
次に図１９と図２２に示す規格化出力を比べて見ると、実施例の方が比較例に比べて前記規格化出力は大きくなる。これは実施例のように素子の中央部の第１の磁性層上に反強磁性層を設けないことで、電極層から流れるセンス電流の分流ロスが減るためであると考えられる。
【０２０２】
つまり、実施例のように素子の中央部の第１の磁性層上に反強磁性層を設けない構成とすれば、固定磁性層の第１の磁性層と第２の磁性層を磁化固定できるだけの十分な一方向性交換バイアス磁界を得ることができると共に、従来に比べて再生出力を大きくすることができることがわかった。
【０２０３】
また図１８および図１９に示すように第１の磁性層と第２の磁性層の膜厚は、互いに薄く且つ膜厚差が小さい方が、一方向性交換バイアス磁界及び規格化出力を大きくできることがわかった。
【０２０４】
次に、図１７（実施例）に示す構造の磁気検出素子を用いて印加磁場と出力との関係を求めた。
【０２０５】
図２３に示すように、実施例では縦バイアス磁界が付与されていないが、グラフの傾きはほぼ一定であり、バルクハウゼンノイズやヒステリシスが発生していない。これは、フリー磁性層が形状異方性によって、磁化方向がトラック幅方向に配向しているためであると考えられる。
【０２０６】
上記は、図１７に示す試料に示すように第１の方向における第１の反強磁性層間に間隔が設けられるものの、この間隔内に前記第１の反強磁性層と同じ組成の非磁性金属層が設けられていない場合での実験であった。
【０２０７】
そこで今度は、前記非磁性金属層と固定磁性層を構成する第１の磁性層とに着目して以下の実験を試みた。
【０２０８】
まずＰｔＭｎ層（非磁性金属層）にＣｏＦｅ層（第１の磁性層）を積層し、ＰｔＭｎ層の組成比を変化させたときのＣｏＦｅの磁歪の変化を調べた。
【０２０９】
以下の多層膜を成膜し、２９０℃で４時間アニールした。
シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２Å）／Ｐｔ_ｘＭｎ_{１００−ｘ}（３０Å）／Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（２０Å）／Ｒｕ（９Å）
磁歪の測定には光梃子法を用いた。レーザ光線を上記多層膜の表面に当てた状態て、前記多層膜の膜面平行方向に磁界を印加する。磁歪による多層膜の曲がりをレーザ光線の反射角度の変化として読み取り、多層膜の磁歪定数を検出する。
【０２１０】
結果を図２４に示す。図２４に示されるように、ＰｔＭｎ層のＰｔ濃度が高くなる程、多層膜の磁歪定数が大きくなる。特に、Ｐｔ濃度が５１原子％以上になると、磁歪定数が急激に増加し、Ｐｔ濃度が５５原子％以上になると磁歪定数の増加率が緩やかになる。
【０２１１】
これは、ＰｔＭｎ層のＰｔ濃度が高くなる程、ＰｔＭｎの結晶格子定数が大きくなり、ＰｔＭｎ層とＣｏＦｅ層の界面付近の歪みが大きくなるためであると考えられる。
【０２１２】
次に、ＰｔＭｎ層にＣｏＦｅ層を積層したときと、ＰｔＭｎ層にＣｏ層を積層したときのＣｏ及びＣｏＦｅの磁歪定数を比較した。
【０２１３】
以下の多層膜を成膜し、２９０℃で４時間アニールした。
シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２Å）／Ｐｔ_５０Ｍｎ_５０（０Åまたは３０Å）／第１の磁性層（ＸÅ）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｕ（８５Å）／Ｔａ（３０Å）（ただし、第１の磁性層はＣｏ_９０Ｆｅ_１０またはＣｏ）
なお磁歪の測定には光梃子法を用いた。
【０２１４】
結果を図２５に示す。第１の磁性層がＣｏであっても、ＣｏＦｅであっても、ＰｔＭｎ層が下層にあるほうが、ＰｔＭｎ層がないものに比べて磁歪定数が大きくなっている。また、第１の磁性層がＣｏであるほうが、ＣｏＦｅであるものよりも磁歪定数が大きくなっている。
【０２１５】
また、第１の磁性層をＣｏとし、第１の磁性層の下層にＰｔＭｎ層（３０Å）を設けたとき、第１の磁性層の膜厚を大きくしていくと、第１の磁性層の膜厚が１６Åから２０Åの範囲で磁歪定数の増加が見られるが、第１の磁性層の膜厚が２０Åより大きくなると磁歪定数が減少している。
【０２１６】
これは、第１の磁性層が厚くなりすぎると、第１の磁性層とＰｔＭｎ層の界面付近に生じた歪みによる磁歪定数増大の効果が小さくなることを示している。
【０２１７】
次に、第１の磁性層の上にＰｔＭｎ層を形成して、Ｃｏ及びＣｏＦｅの磁歪定数を比較した。
【０２１８】
以下の多層膜を成膜し、２９０℃で４時間アニールした。
シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２Å）／Ｃｕ（８５Å）／Ｒｕ（９Å）／第１の磁性層（ＸÅ）／Ｐｔ_５０Ｍｎ_５０（０Åまたは３０Å）／Ｔａ（３０Å）（ただし、第１の磁性層はＣｏ_９０Ｆｅ_１０またはＣｏ）
磁歪の測定には光梃子法を用いた。
【０２１９】
結果を図２６に示す。第１の磁性層の上にＰｔＭｎ層を形成したときも、第１の磁性層の下にＰｔＭｎ層を形成したときの結果と同様の傾向をしめした。
【０２２０】
すなわち、第１の磁性層がＣｏであっても、ＣｏＦｅであっても、ＰｔＭｎ層が上層にあるほうが、ＰｔＭｎ層がないものに比べて磁歪定数が大きくなっている。また、第１の磁性層がＣｏであるほうが、ＣｏＦｅであるものよりも磁歪定数が大きくなっている。また、第１の磁性層をＣｏとし、第１の磁性層の上層にＰｔＭｎ層（３０Å）を設けたとき、第１の磁性層の膜厚を大きくしていくと、第１の磁性層の膜厚が１６Åから１９Åの範囲で磁歪定数の増加が見られるが、第１の磁性層の膜厚が１９Åより大きくなると磁歪定数が減少している。
【０２２１】
次に、積層人工フェリ構造の多層膜にＰｎＭｎ層を重ねて磁歪を測定した。以下の多層膜を成膜し、２９０℃で４時間アニールした。
【０２２２】
シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２Å）／Ｐｔ_５０Ｍｎ_５０（３０Å）／第１の磁性層（１６Å）／Ｒｕ（９Å）／第２の磁性層（４０Å）／Ｃｕ（８５Å）／Ｔａ（３０Å）（ただし、第１の磁性層、第２の磁性層はＣｏ_９０Ｆｅ_１０、Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０またはＣｏ）
磁歪の測定にはベンディング法を用いた。ベンディング法とは、上記多層膜を湾曲させて一軸性の歪みを与え、逆磁歪効果による一軸異方性の変化から磁歪定数を測定する方法である。その結果を表１に示す。
【０２２３】
【表１】

【０２２４】
この実験結果から、第１の磁性層、第２の磁性層がＣｏであるほうが、ＣｏＦｅであるものよりも磁歪定数が大きくなることがわかる。
【０２２５】
図２４ないし図２６、及び表１に示す実験結果から、例えば図７のように第１の反強磁性層２０間に薄い膜厚（５０Å以下）で、前記第１の反強磁性層２０と同じ組成の非磁性金属層６０を設ければ、前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂでの磁歪定数を大きくでき、磁気弾性効果によって、前記第１の磁性層１７の中央部１７ｂをより安定して磁化固定できることがわかった。
【０２２６】
【発明の効果】
本発明の磁気検出素子では、素子のトラック幅方向中央部に間欠部が形成されており、前記間欠部には反強磁性層が設けられていない。したがって、素子中央部に位置する間欠部にセンス電流が分流することを防止できるため、再生出力の向上を図ることができる。またセンス電流や静電気放電（ＥＳＤ）による過渡電流によって発生し、トラック幅方向中央部に集中し易い熱が、前記中央部において反強磁性層の交換結合磁界の方向を反転させることがない（素子の両側端部に設けられている反強磁性層の温度はあまり上昇しない）ため、磁気的な静電破壊に対する強度向上を図ることができる。また、素子中央部の磁気検出素子の膜厚を減少させることによって狭ギャップ化に適切に対応することが可能である。さらに、前記フリー磁性層の磁化方向が、前記フリー磁性層自体の形状異方性によって前記トラック幅方向に配向しているため、例えば永久磁石層などの磁化配向手段を設ける必要がなく、素子の構造および製法を簡単にすることができる。
【０２２７】
また前記間欠部に、反強磁性層と同じ組成の非磁性金属層が、前記反強磁性層より薄い膜厚で形成されている場合でも、磁気弾性効果を利用することで、前記固定磁性層の中央部での磁化固定力をさらに強いものにでき、出力が大きく且つ出力の安定性や対称性も向上させることが可能な磁気検出素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図４】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図５】本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図６】本発明の第６の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図７】本発明の第７の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図８】本発明の第８の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図９】本発明の第９の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１０】図７に示された磁気検出素子の部分平面図、
【図１１】非磁性金属層と固定磁性層の第１の磁性層の中央部が整合しつつ、歪みが生じている状態を示す模式図、
【図１２】非磁性金属層と固定磁性層の第１の磁性層の中央部が整合している状態を示す模式図、
【図１３】非磁性金属層と固定磁性層の第１の磁性層の中央部が非整合している状態を示す模式図、
【図１４】本発明の磁気検出素子の固定磁性層の中央部付近の部分断面図、
【図１５】本発明の磁気検出素子の固定磁性層の中央部付近の部分断面図、
【図１６】本発明の磁気検出素子の固定磁性層の中央部付近の部分断面図、
【図１７】実験に使用した磁気検出素子（実施例）の構造を示す模式図、
【図１８】図１７の磁気検出素子を使用して求めた、トラック幅ＲＴｗと一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊との関係を示すグラフ、
【図１９】図１７の磁気検出素子を使用して求めた、トラック幅ＲＴｗと規格化出力との関係を示すグラフ、
【図２０】実験に使用した磁気検出素子（比較例）の構造を示す模式図、
【図２１】図２０の磁気検出素子を使用して求めた、トラック幅ＲＴｗと一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊との関係を示すグラフ、
【図２２】図２０の磁気検出素子を使用して求めた、トラック幅ＲＴｗと規格化出力との関係を示すグラフ、
【図２３】図１７の磁気検出素子を使用して求めた、印加磁場と出力との関係を示すグラフ、
【図２４】ＰｔＭｎ層にＣｏＦｅ層を積層し、ＰｔＭｎ層の組成比を変化させたときのＣｏＦｅの磁歪の変化を示すグラフ、
【図２５】ＰｔＭｎ層にＣｏＦｅ層を積層したときと、ＰｔＭｎ層にＣｏ層を積層したときのＣｏ及びＣｏＦｅの磁歪定数を示すグラフ、
【図２６】ＣｏＦｅ層の上にＰｔＭｎ層を積層したときと、Ｃｏ層の上にＰｔＭｎ層を積層したときのＣｏ及びＣｏＦｅの磁歪定数を示すグラフ、
【符号の説明】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０ 磁気検出素子
１１，１１１，２１１ 下部シールド層
１２，１４０ 下部ギャップ層
１３，１４１ シード層
１４ フリー磁性層
１５ 非磁性材料層
１６ 固定磁性層
１７ 第１の磁性層
１８ 第２の磁性層
１９ 中間層
２０ 反強磁性層
２０ｃ，１３０ｃ 間欠部
２３ 電極層
２５ 上部ギャップ層
２６，１５１ 上部シールド層
６０、６３、６４ 非磁性金属層
６１ 絶縁材料層
１３０，２３０ 第２の反強磁性層
１１６ 第２の固定磁性層
１１７ 第１の磁性層
１１８ 第２の磁性層
１１９ 中間層
１５０ 絶縁層
１５２ 上部ギャップ層

Claims (16)

1. 外部からの磁界に応じて内部の磁化方向が変化するフリー磁性層と、内部の磁化方向が固定されている固定磁性層と、前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間に介在する非磁性材料層と、交換結合により前記固定磁性層内の磁化を固定する反強磁性層とを有する磁気検出素子において、
   前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、および前記固定磁性層は、第１の方向の長さ寸法が前記第１の方向と直交する第２の方向の幅寸法よりも長く形成されて、前記フリー磁性層の内部磁化の向きは形状異方性によって前記第１の方向へ優先されており、
   前記固定磁性層は、前記非磁性材料層に接する第２の磁性層と中間層と第１の磁性層とが積層されたもので、前記反強磁性層は、前記第１の方向に所定間隔の間欠部を介して前記第１の磁性層に接しており、
   前記交換結合により前記第１の磁性層内の磁化の方向が前記第１の方向と交叉する方向に固定され、さらに前記第２の磁性層内の磁化の方向が前記第１の磁性層と反平行状態に設定され、
   前記間欠部での、前記フリー磁性層の磁化の方向と前記固定磁性層内の磁化の方向とで電気抵抗が変化することを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記間欠部には、両側の反強磁性層と同じ組成の非磁性金属層が前記第１の磁性層と接して設けられており、前記間欠部での前記非磁性金属層は、前記反強磁性層よりも薄く形成された不規則結晶構造の層である請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記間欠部での、前記非磁性金属層内の結晶と前記固定磁性層内の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されている請求項２記載の磁気検出素子。
4. 前記非磁性金属層は、前記固定磁性層の第１の磁性層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項３記載の磁気検出素子。
5. 前記非磁性金属層の膜厚は、５Å以上５０Å以下である請求項３または４に記載の磁気検出素子。
6. 少なくとも前記間欠部での、前記固定磁性層の第１の磁性層は、前記非磁性金属層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項３ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
7. 前記固定磁性層の第１の磁性層は、ＣｏまたはＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）からなる請求項６記載の磁気検出素子。
8. 少なくとも前記間欠部での、前記固定磁性層の第１の磁性層は、前記非磁性金属層側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項３ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記固定磁性層の第１の磁性層は、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）からなる請求項８記載の磁気検出素子。
10. 少なくとも前記間欠部での、前記固定磁性層の第１の磁性層の、前記非磁性金属層側の界面付近は面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向しており、前記中間層側の界面付近は体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項３ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. 前記固定磁性層の第１の磁性層の、前記非磁性金属層側の界面付近の組成はＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≦２０ ｘ＋ｙ＝１００）またはＣｏであり、前記中間層側の界面付近の組成はＣｏ_ｘＦｅ_ｙ（ｙ≧２０ ｘ＋ｙ＝１００）である請求項１０記載の磁気検出素子。
12. 前記固定磁性層の第１の磁性層は、前記非磁性金属層側の界面から前記中間層側の界面に向かうに連れて、Ｆｅ濃度が徐々に大きくなる請求項１１記載の磁気検出素子。
13. 前記非磁性金属層の前記界面と平行な面内方向における最近接原子間距離と、少なくとも前記間欠部での、前記固定磁性層の第１の磁性層の最近接原子間距離の差を、前記第１の磁性層の最近接原子間距離で割った値が、０．０５以上０．２０以下である請求項３ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
14. 前記第１の磁性層は磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成される請求項３ないし１３のいずれかに記載の磁気検出素子。
15. 非磁性材料層、前記第１の方向と交叉する方向に磁化方向が固定された固定磁性層および前記固定磁性層内の磁化方向を固定する反強磁性層が積層された積層体が、フリー磁性層を挟んで、２組設けられており、それぞれの組の積層体は、フリー磁性層に接する側から、非磁性材料層、固定磁性層および反強磁性層の順に配置されており、少なくとも一方の組の前記積層体と前記フリー磁性層とが請求項１ないし１４のいずれかに記載の構造であることを特徴とする磁気検出素子。
16. 前記フリー磁性層内の磁化方向を前記第１の方向へ向ける縦バイアス手段が設けられていない請求項１ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子。

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