JP2005051251A - Magnetic detection element - Google Patents

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Masaji Saito
正路 斎藤
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Alps Alpine Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic detection element for improving resistance change amount (ΔR) and resistance change rate (ΔR/R), by improving a material and a film structure of a fixing magnetic layer and/or a free magnetic layer in a CPP (current perpendicular to the plane) magnetic detection element. <P>SOLUTION: The fixed magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 form magnetic layers 17 and 22 formed of a ferromagnetic as well as half-metallic alloy layers. The magnetic layers 17 and 22, consisting of the alloy layers having the half-metal property, have a large β value as compared with the conventional CoFe alloy or the like, and since the specific resistance value ρ is large, the resistance change amount ΔR can be made larger than that of the conventional, and the resistance change rate (ΔR/R) can be properly improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、CPP(current perpendicular to the plane)型の磁気検出素子に係り、特に抵抗変化率(ΔR/R)の向上を効果的に図ることが可能な磁気検出素子に関する。   The present invention relates to a CPP (current perpendicular to the plane) type magnetic detection element, and more particularly to a magnetic detection element capable of effectively improving the rate of change in resistance (ΔR / R).

図8は従来における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である。   FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the structure of a conventional magnetic detection element as seen from the side facing the recording medium.

符号1は、下部電極であり、前記下部電極1の上にPtMnなどの反強磁性層2が形成されている。さらに前記反強磁性層2の上にはCoFeなどで形成された固定磁性層3が形成され、前記固定磁性層3の上にはCuなどで形成された非磁性材料層4が形成され、さらに前記非磁性材料層4の上にはNiFeなどで形成されたフリー磁性層5が形成されている。図8に示すように前記フリー磁性層5の上には上部電極6が形成されている。   Reference numeral 1 denotes a lower electrode, and an antiferromagnetic layer 2 such as PtMn is formed on the lower electrode 1. Further, a pinned magnetic layer 3 made of CoFe or the like is formed on the antiferromagnetic layer 2, a nonmagnetic material layer 4 made of Cu or the like is formed on the pinned magnetic layer 3, and A free magnetic layer 5 made of NiFe or the like is formed on the nonmagnetic material layer 4. As shown in FIG. 8, an upper electrode 6 is formed on the free magnetic layer 5.

図8に示すように、前記固定磁性層3の磁化は、前記反強磁性層2との交換異方性磁界によって図示Y方向に固定される。   As shown in FIG. 8, the magnetization of the pinned magnetic layer 3 is pinned in the Y direction in the drawing by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer 2.

また前記フリー磁性層5の磁化は、前記フリー磁性層5のトラック幅方向(図示X方向)の両側に形成された図示しないハードバイアス層からの縦バイアス磁界によって図示X方向に揃えられる。   The magnetization of the free magnetic layer 5 is aligned in the X direction in the figure by a longitudinal bias magnetic field from a hard bias layer (not shown) formed on both sides of the free magnetic layer 5 in the track width direction (X direction in the figure).

図8に示す磁気検出素子は、電極1、6から流れる電流が、反強磁性層2からフリー磁性層5までの多層膜を膜厚方向(図示Y方向)に流れるCPP(current perpendicular to the plane)型と呼ばれる磁気検出素子である。   The magnetic detection element shown in FIG. 8 has a CPP (current perpendicular to the plane) in which a current flowing from the electrodes 1 and 6 flows in a film thickness direction (Y direction in the drawing) through a multilayer film from the antiferromagnetic layer 2 to the free magnetic layer 5. ) Type magnetic detection element.

CPP型の磁気検出素子は、電極から流れる電流が、反強磁性層2からフリー磁性層5までの多層膜を膜面と平行な方向(図示X方向)に流れるCIP(current in the plane)型の磁気検出素子に比べて、素子サイズの狭小化によって再生出力を大きくでき、CPP型は、今後の高記録密度化に伴う素子サイズの狭小化に適切に対応できるものと期待された。
特表平08−504303号公報 特開平11−135857号公報 特開2000−106462号公報 特開2001−160640号公報 特開2001−237471号公報
The CPP type magnetic sensing element is a CIP (current in the plane) type in which a current flowing from an electrode flows in a multilayer film from the antiferromagnetic layer 2 to the free magnetic layer 5 in a direction parallel to the film surface (X direction in the drawing). As compared with the conventional magnetic detection element, the reproduction output can be increased by narrowing the element size, and the CPP type is expected to be able to appropriately cope with the narrowing of the element size accompanying the future increase in recording density.
Japanese National Patent Publication No. 08-504303 Japanese Patent Laid-Open No. 11-135857 JP 2000-106462 A JP 2001-160640 A JP 2001-237471 A

ところで今後の高記録密度化に向けたCPP型磁気検出素子の実用化の一つの課題として、抵抗変化率(ΔR/R)の向上がある。抵抗変化率の向上を図るには、抵抗変化量(ΔR)を向上させなければならない。   By the way, as one of the problems in practical use of the CPP type magnetic sensing element for the future higher recording density, there is an improvement in the resistance change rate (ΔR / R). In order to improve the resistance change rate, the resistance change amount (ΔR) must be improved.

前記抵抗変化量(ΔR)は、{β/(1−β)}・ρ・tに比例することがわかっている。ここでβは、強磁性層(固定磁性層3及びフリー磁性層5)の材質によって決定される値であり、ρ↓/ρ↑=(1+β)/(1−β){ここでρ↓は、伝導電子のうちダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値である}なる関係式が成り立っている。 It is known that the resistance change amount (ΔR) is proportional to {β 2 / (1-β 2 )} · ρ F · t F. Here, β is a value determined by the material of the ferromagnetic layer (pinned magnetic layer 3 and free magnetic layer 5), and ρ ↓ / ρ ↑ = (1 + β) / (1-β) {where ρ ↓ is , Ρ ↑ is the specific resistance value of the conduction electrons of the down spin among the conduction electrons, and ρ ↑ is the specific resistance value of the conduction electrons of the up spin among the conduction electrons.

またρは強磁性層の比抵抗値(ダウンスピン及びアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値の平均値)であり、tは強磁性層の膜厚である。 Further, ρ F is a specific resistance value of the ferromagnetic layer (an average value of specific resistance values for conduction electrons of down spin and up spin), and t is a film thickness of the ferromagnetic layer.

従来、強磁性層としてはCoFe合金などが使用されていた。前記CoFe合金は、前記β値が概ね0.5であり、また比抵抗値ρは、概ね16μΩ・cmであった。 Conventionally, a CoFe alloy or the like has been used as the ferromagnetic layer. The CoFe alloy had a β value of approximately 0.5 and a specific resistance value ρ F of approximately 16 μΩ · cm.

また「How predictable is the current perpendicular to plane magnetoresistance?(invited)」(J.Appl.Phys.79(8),15 April 1996)の表1には、Coのβ値が0.38〜0.54、Ni84Fe16のβ値が0.34〜0.66であることが記載されている。   Table 1 of “How predictable is the current perpendicular to plane magnetoresistance? (Invited)” (J. Appl. Phys. 79 (8), 15 April 1996) shows that the β value of Co is 0.38 to 0.54. Ni84Fe16 has a β value of 0.34 to 0.66.

また「Andreev reflection:A new means to determine the spin polarization of ferromagnetic materials」(1999 American Institute of Physics)のグラフ4には、NiFe、Co、Ni及びFeの分極率Pが概ね0.33〜0.45であることが開示されている。なおここで「分極率P」は、上記したβ値と相関があり、分極率Pが大きいとβ値(絶対値)も大きくなることがわかっている。   Further, in graph 4 of “Andreev reflection: A new means to determine the spin polarization of refractive materials” (1999 American Institute of Physics), the polarizabilities P of NiFe, Co, Ni, and Fe are approximately 0.33 to 0.45. It is disclosed that. Here, “polarizability P” correlates with the β value described above, and it is known that the β value (absolute value) increases as the polarizability P increases.

しかしながらCoFe合金、Co、Ni84Fe16、NiFe、Ni及びFeなどの磁性材料では、前記β値や分極率Pなどが十分に大きな値ではなく、今後の高記録密度化に適切に対応するには、さらに抵抗変化量(ΔR)を大きくして、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが期待された。 However, in the case of magnetic materials such as CoFe alloy, Co, Ni 84 Fe 16 , NiFe, Ni and Fe, the β value and the polarizability P are not sufficiently large values. Was expected to increase the resistance change rate (ΔR / R) by further increasing the resistance change amount (ΔR).

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に磁性層の材質および膜構造を改良することで、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and in particular, by improving the material and film structure of the magnetic layer, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) are improved. An object of the present invention is to provide a magnetic detection element capable of performing the above-described operation.

本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されていることを特徴とするものである。
The present invention provides a magnetic sensing element provided with a multilayer film having an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer, and a current flows in a direction perpendicular to the film surface of each layer of the multilayer film.
At least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer is formed to have a ferromagnetic and half-metal alloy layer.

本発明において、強磁性且つハーフメタル的な前記合金層のβ値の絶対値は0.7以上であることが好ましい。   In the present invention, the absolute value of β value of the ferromagnetic and half-metal alloy layer is preferably 0.7 or more.

ここでβは、強磁性層の材質によって決定される値であり、ρ↓/ρ↑=(1+β)/(1−β){ここでρ↓は、伝導電子のうちダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値である。   Here, β is a value determined by the material of the ferromagnetic layer, and ρ ↓ / ρ ↑ = (1 + β) / (1-β) {where ρ ↓ is a conduction electron of a down spin among conduction electrons. It is a specific resistance value, and ρ ↑ is a specific resistance value for conduction electrons of upspin among conduction electrons.

本発明はCPP型の磁気検出素子であり、センス電流は、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に流れる。   The present invention is a CPP type magnetic detection element, and a sense current flows in a direction perpendicular to the film surface of each layer of the multilayer film.

本発明では、前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されていることに特徴がある。「ハーフメタル(Half-metal)的」とは、強磁性体や反強磁性体において、片方のスピンの伝導電子が金属的な振る舞いをし、他方のスピンの伝導電子が絶縁体的な振る舞いをすることをいう。   The present invention is characterized in that at least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer is formed to have a ferromagnetic and half-metal alloy layer. “Half-metal” means that the conduction electron of one spin behaves like a metal and the conduction electron of the other spin behaves like an insulator in a ferromagnet or antiferromagnet. To do.

従来、強磁性層に使用されていたCoFe合金などの磁性材料は、金属的な性質を有していたが、ハーフメタル的な性質を有する合金層は、前記CoFe合金などに比べてβ値あるいは分極率Pが大きく(具体的にはβ値(絶対値)は0.7以上または分極率P(絶対値)は0.5以上)、また比抵抗値ρも大きいことから、前記固定磁性層及び/またはフリー磁性層に前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を含むことで、従来よりも抵抗変化量ΔRを大きくすることができ、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが可能になる。   Conventionally, a magnetic material such as a CoFe alloy used for a ferromagnetic layer has a metallic property, but an alloy layer having a half-metallic property has a β value or Since the polarizability P is large (specifically, the β value (absolute value) is 0.7 or more or the polarizability P (absolute value) is 0.5 or more) and the specific resistance value ρ is also large, the fixed magnetic layer In addition, by including the ferromagnetic and half-metal alloy layer in the free magnetic layer, the resistance change amount ΔR can be increased as compared with the conventional case, and the resistance change rate (ΔR / R) is appropriately improved. It becomes possible.

前記β値が大きくなることにより抵抗変化量(ΔR)が大きくなる理由(メカニズム)は、前記β値が大きくなると、片方のスピンの伝導電子に対する比抵抗値(ρ↓)が大きくなり、逆に他方のスピンの伝導電子に対する比抵抗値(ρ↑)は小さくなり、これはすなわち前記片方のスピンの伝導電子が強磁性層内を流れにくくなりあるいはシャットアウトされて前記ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなる(絶縁的な挙動を示す)一方、他方のスピンの伝導電子が強磁性層内を流れやすくなり他方のスピンの伝導電子の平均自由行程が延びる(金属的な挙動を示す)ことでアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差が大きくなったからであると考えられる。   The reason (mechanism) that the amount of change in resistance (ΔR) increases as the β value increases is that the specific resistance value (ρ ↓) of one spin with respect to conduction electrons increases as the β value increases. The specific resistance value (ρ ↑) of the other spin with respect to the conduction electron is reduced, that is, the conduction electron of the one spin becomes difficult to flow through the ferromagnetic layer or shut out, and the average of the conduction electrons of the down spin is reduced. While the free path is shortened (shows insulating behavior), the conduction electrons of the other spin tend to flow in the ferromagnetic layer, and the mean free path of the conduction electrons of the other spin is extended (shows metallic behavior) This is thought to be because the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons is increased.

また前記分極率Pが大きくなることにより抵抗変化量(ΔR)が大きくなる理由(メカニズム)は、前記分極率Pが大きくなると、片方のスピンはフェルミエネルギー近傍の状態密度が高く(=個数が多く)なり、一方、他方のスピンはフェルミエネルギー近傍の状態密度が低く(=個数が少なく)なり、これによって前記アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差が大きくなって、抵抗変化量(ΔR)が大きくなったからであると考えられる。   The reason (mechanism) that the resistance change amount (ΔR) is increased by increasing the polarizability P is that, when the polarizability P is increased, one of the spins has a higher density of states in the vicinity of Fermi energy (= more number). On the other hand, the other spin has a low density of states in the vicinity of Fermi energy (= the number is small), which increases the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons, thereby increasing resistance. This is probably because the amount of change (ΔR) has increased.

このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、前記スピン偏極性の大きさは、フリー磁性層26と固定磁性層20との相対的な磁化方向の関係で変化する。   Such an action is called spin polarization, and the magnitude of the spin polarization changes depending on the relative magnetization direction relationship between the free magnetic layer 26 and the pinned magnetic layer 20.

本発明では、強磁性且つハーフメタル的な前記合金層のキュリー温度Tcが200℃以上であることが好ましい。   In the present invention, the Curie temperature Tc of the ferromagnetic and half-metal alloy layer is preferably 200 ° C. or higher.

また本発明では、前記合金層は、La0.7Sr0.3MnO、CrO、あるいはFeで形成されることが好ましい。 In the present invention, the alloy layer is preferably formed of La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 , CrO 2 , or Fe 3 O 4 .

また本発明では、前記固定磁性層及び/またはフリー磁性層は2層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層以外の磁性層に前記強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成されることが好ましい。前記合金層がMnを多量に含む組成の場合には、非磁性導電材料層とこのMnとが拡散しやすく、拡散したMnはアップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を短くしてしまい、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を低下させるおそれがあるものと考えられる。従って強磁性且つハーフメタル的な合金層がMnを多量に含む組成である場合には、前記合金層を非磁性導電材料層から離した位置に形成することが抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図る上で好ましいものと思われる。   In the present invention, the pinned magnetic layer and / or the free magnetic layer has a laminated structure of two or more magnetic layers, and the magnetic layers other than the magnetic layer in contact with the nonmagnetic conductive material layer are included in the magnetic layers. A ferromagnetic and half-metal alloy layer is preferably formed. When the alloy layer has a composition containing a large amount of Mn, the nonmagnetic conductive material layer and this Mn are likely to diffuse, and the diffused Mn shortens the spin diffusion distance and the mean free path of up-spin conduction electrons. Therefore, it is considered that the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) may be reduced. Therefore, when the ferromagnetic and half-metal alloy layer has a composition containing a large amount of Mn, it is necessary to form the alloy layer at a position away from the nonmagnetic conductive material layer. It is considered preferable for improving the rate (ΔR / R).

また本発明では、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成された磁性層以外の磁性層はCoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金あるいはCoのいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the magnetic layers other than the magnetic layer on which the ferromagnetic and half-metal alloy layer is formed are formed of any one of a magnetic material of CoFe alloy, CoFeNi alloy, NiFe alloy, or Co.

また本発明では、前記固定磁性層及び/またはフリー磁性層は磁性層の3層構造からなり、それら3層のうち、真ん中の磁性層に強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成されることが好ましい。このように前記非磁性導電材料層と前記合金層とを離すことで、上記したように非磁性導電材料層との間での拡散を防止し伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を長く延ばすことができること、および前記合金層を反強磁性層からも離すことで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を大きなものにできるなどの効果を期待することができる。   In the present invention, the pinned magnetic layer and / or free magnetic layer has a three-layer structure of magnetic layers, and among these three layers, a ferromagnetic and half-metal alloy layer is formed in the middle magnetic layer. Is preferred. By separating the nonmagnetic conductive material layer and the alloy layer in this manner, diffusion between the nonmagnetic conductive material layer and the spin diffusion distance and mean free path of conduction electrons are prolonged as described above. It is possible to expect the effect that the exchange coupling magnetic field generated between the pinned magnetic layer and the antiferromagnetic layer can be increased by separating the alloy layer from the antiferromagnetic layer.

なお本発明では、かかる場合、前記真ん中の磁性層以外の磁性層はCoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金あるいはCoのいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。   In the present invention, in such a case, the magnetic layer other than the middle magnetic layer is preferably formed of a magnetic material of any one of CoFe alloy, CoFeNi alloy, NiFe alloy, and Co.

また本発明では、前記固定磁性層及び/またはフリー磁性層は、第1磁性層と第2磁性層間に非磁性中間層が介在する積層フェリ構造であり、少なくとも前記磁性層のうち非磁性導電材料層と接する側の第1磁性層が、上記した前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を有する多層構造、あるいは前記強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造で形成されることが好ましい。   In the present invention, the pinned magnetic layer and / or the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure in which a nonmagnetic intermediate layer is interposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer, and at least the nonmagnetic conductive material of the magnetic layer. The first magnetic layer on the side in contact with the layer is preferably formed of a multilayer structure having the ferromagnetic and half-metal alloy layer described above or a single-layer structure of the ferromagnetic and half-metal alloy layer. .

以上詳述した本発明によれば、固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されている。   According to the present invention described in detail above, at least one of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer is formed to have a ferromagnetic and half-metal alloy layer.

従来、磁性層に使用されていたCoFe合金などの磁性材料は、金属的な性質を有していたが、ハーフメタル的な性質を有する合金層を用いることで、β値が大きくなり、また比抵抗値ρも大きくなることから、従来よりも抵抗変化量ΔRを大きくすることができ、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが可能になる。   Conventionally, magnetic materials such as CoFe alloys used for magnetic layers have metallic properties. However, by using an alloy layer having half-metallic properties, the β value increases and Since the resistance value ρ is also increased, the resistance change amount ΔR can be increased as compared with the conventional case, and the resistance change rate (ΔR / R) can be appropriately improved.

また本発明では、固定磁性層及びフリー磁性層に含まれる強磁性且つハーフメタル的な合金層の形成位置を適正化することで、より効果的に抵抗変化量ΔRを大きくすることができ、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが可能になる。   In the present invention, the resistance change ΔR can be increased more effectively by optimizing the formation position of the ferromagnetic and half-metal alloy layer included in the pinned magnetic layer and the free magnetic layer. It is possible to appropriately improve the rate of change (ΔR / R).

図1は本発明の第1実施形態の磁気検出素子の全体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。なお、図1ではX方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the entire structure of the magnetic detection element according to the first embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. In FIG. 1, only the central portion of the element extending in the X direction is shown broken away.

図1に示す磁気検出素子は、記録媒体に記録された信号を再生するためのものである。図示していないが、この磁気検出素子上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。   The magnetic detection element shown in FIG. 1 is for reproducing a signal recorded on a recording medium. Although not shown, a recording inductive head may be laminated on the magnetic detection element.

また前記磁気検出素子は、例えばアルミナ−チタンカーバイト(Al−TiC)で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。前記スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。 The magnetic detection element is formed on a trailing end face of a slider made of, for example, alumina-titanium carbide (Al 2 O 3 —TiC). The slider is bonded to an elastically deformable support member made of stainless steel or the like on the side opposite to the surface facing the recording medium to constitute a magnetic head device.

図1に示す符号10は、NiFe合金などの磁性材料で形成された下部シールド層10である。この実施形態では前記下部シールド層10が下部電極を兼ねている。   Reference numeral 10 shown in FIG. 1 is a lower shield layer 10 made of a magnetic material such as a NiFe alloy. In this embodiment, the lower shield layer 10 also serves as a lower electrode.

前記上部シールド層10の上には非磁性材料で形成された下地層11が形成されている。前記下地層11が下部ギャップ層を兼ねている。前記下地層11は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少なくとも1種以上で形成されることが好ましい。前記下地層11は例えば50Å以下程度の膜厚で形成される。   A base layer 11 made of a nonmagnetic material is formed on the upper shield layer 10. The underlayer 11 also serves as a lower gap layer. The underlayer 11 is preferably formed of at least one of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The underlayer 11 is formed with a film thickness of about 50 mm or less, for example.

次に前記下地層11の上にはシードレイヤ12が形成される。前記シードレイヤ12を形成することで、前記シードレイヤ12上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や抵抗変化率(ΔR/R)の向上などをより適切に図ることができる。   Next, a seed layer 12 is formed on the base layer 11. By forming the seed layer 12, the crystal grain size in the direction parallel to the film surface of each layer formed on the seed layer 12 can be increased, and improvement in current-carrying reliability represented by improvement in electromigration resistance, The resistance change rate (ΔR / R) can be improved more appropriately.

前記シードレイヤ12はNiFe合金、NiFeCr合金やCrなどで形成される。前記シードレイヤ12は形成されていなくてもよい。   The seed layer 12 is formed of NiFe alloy, NiFeCr alloy, Cr, or the like. The seed layer 12 may not be formed.

次に前記シードレイヤ12上には反強磁性層13が形成される。前記反強磁性層13は、元素X(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。あるいは前記反強磁性層13は、元素Xと元素X′(ただし元素X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素である)とMnを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。   Next, an antiferromagnetic layer 13 is formed on the seed layer 12. The antiferromagnetic layer 13 is an antiferromagnetic material containing an element X (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. Preferably it is formed. Alternatively, the antiferromagnetic layer 13 includes an element X and an element X ′ (where the element X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, One or two of Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements It is preferable to be formed of an antiferromagnetic material containing Mn and the above elements.

これらの反強磁性材料は、耐食性に優れしかもブロッキング温度も高く次に説明する固定磁性層24との界面で大きな交換異方性磁界を発生し得る。また前記反強磁性層13は80Å以上で300Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。   These antiferromagnetic materials have excellent corrosion resistance and a high blocking temperature, and can generate a large exchange anisotropic magnetic field at the interface with the pinned magnetic layer 24 described below. The antiferromagnetic layer 13 is preferably formed with a thickness of 80 to 300 mm.

次に前記反強磁性層13の上には固定磁性層20が形成されている。この実施形態では前記固定磁性層20は5層構造で形成されている。   Next, a pinned magnetic layer 20 is formed on the antiferromagnetic layer 13. In this embodiment, the pinned magnetic layer 20 has a five-layer structure.

前記固定磁性層20を構成する符号14の単層、および符号19の多層は磁性層であり、前記第2磁性層14と第1磁性層19との間に、Ruなどで形成された非磁性中間層15が介在し、この構成により、前記第2磁性層14と第1磁性層19の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆる積層フェリ構造と呼ばれる。なおこの明細書においては、積層フェリ構造において、非磁性材料層(非磁性導電材料層)21と接する側の磁性層を第1磁性層と、もう一方の磁性層を第2磁性層と呼ぶ。前記非磁性中間層15は、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。   The single magnetic layer 14 and the multilayer 19 of the pinned magnetic layer 20 are magnetic layers, and are nonmagnetic formed of Ru or the like between the second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19. The intermediate layer 15 is interposed, and this configuration makes the magnetization directions of the second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19 antiparallel to each other. This is called a so-called laminated ferri structure. In this specification, in the laminated ferrimagnetic structure, the magnetic layer in contact with the nonmagnetic material layer (nonmagnetic conductive material layer) 21 is called a first magnetic layer, and the other magnetic layer is called a second magnetic layer. The nonmagnetic intermediate layer 15 is formed of one kind of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu or an alloy of two or more kinds thereof. In particular, it is preferably formed of Ru.

前記反強磁性層13と前記固定磁性層20の前記反強磁性層13に接する第2磁性層14との間には磁場中熱処理によって交換異方性磁界が発生し、例えば前記第2磁性層14の磁化がハイト方向(図示Y方向)に固定された場合、もう一方の第1磁性層19を構成する3層の磁性層はRKKY相互作用により、ハイト方向とは逆方向(図示Y方向と逆方向)に磁化され固定される。この構成により前記固定磁性層20の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層20と前記反強磁性層13との界面で発生する交換異方性磁界を見かけ上大きくすることができる。   An exchange anisotropic magnetic field is generated between the antiferromagnetic layer 13 and the second magnetic layer 14 of the pinned magnetic layer 20 in contact with the antiferromagnetic layer 13 by heat treatment in a magnetic field, for example, the second magnetic layer. 14 is fixed in the height direction (Y direction shown in the figure), the three magnetic layers constituting the other first magnetic layer 19 are opposite to the height direction (Y direction shown in the figure) due to the RKKY interaction. Magnetized in the opposite direction) and fixed. With this configuration, the magnetization of the pinned magnetic layer 20 can be stabilized, and the exchange anisotropic magnetic field generated at the interface between the pinned magnetic layer 20 and the antiferromagnetic layer 13 can be apparently increased.

なお例えば、前記第2磁性層14の膜厚は10〜70Å程度、多層からなる第1磁性層19の膜厚は、20Å〜80Å程度で形成される。また非磁性中間層15の膜厚は3Å〜10Å程度で形成される。   For example, the film thickness of the second magnetic layer 14 is about 10 to 70 mm, and the film thickness of the first magnetic layer 19 composed of multiple layers is about 20 to 80 mm. The film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 15 is about 3 to 10 mm.

また前記第2磁性層14と第1磁性層19はそれぞれ単位面積当たりの磁気モーメントが異なっている。前記磁気モーメントは飽和磁化Ms×膜厚tで設定され、前記第2磁性層14と第1磁性層19の磁気モーメントを異ならせることで適切に前記第2磁性層14と第1磁性層19を積層フェリ構造にすることが可能である。   The second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19 have different magnetic moments per unit area. The magnetic moment is set as saturation magnetization Ms × film thickness t, and the second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19 are appropriately formed by making the magnetic moments of the second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19 different. A laminated ferri structure is possible.

前記固定第1磁性層19の上には非磁性材料層(非磁性導電材料層)21が形成されている。前記非磁性材料層21は例えばCuなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。前記非磁性材料層21は例えば25Å程度の膜厚で形成される。   A nonmagnetic material layer (nonmagnetic conductive material layer) 21 is formed on the fixed first magnetic layer 19. The nonmagnetic material layer 21 is formed of a conductive material having a low electrical resistance, such as Cu. The nonmagnetic material layer 21 is formed with a film thickness of about 25 mm, for example.

次に前記非磁性材料層21の上にはフリー磁性層26が形成される。この実施形態では、前記フリー磁性層26は磁性層の3層構造で形成される。また前記フリー磁性層26の全体の膜厚は、20Å以上で200Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。   Next, a free magnetic layer 26 is formed on the nonmagnetic material layer 21. In this embodiment, the free magnetic layer 26 is formed of a three-layer structure of magnetic layers. The total thickness of the free magnetic layer 26 is preferably about 20 to 200 mm.

前記フリー磁性層26の上には、非磁性材料で形成された保護層25が形成されている。前記保護層25は上部ギャップ層をも兼ねる。前記保護層25は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少なくとも1種以上で形成されることが好ましい。前記保護層25は例えば50Å以下程度の膜厚で形成される。   A protective layer 25 made of a nonmagnetic material is formed on the free magnetic layer 26. The protective layer 25 also serves as an upper gap layer. The protective layer 25 is preferably formed of at least one of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The protective layer 25 is formed with a film thickness of about 50 mm or less, for example.

図1に示すように、下地層11から保護層25までの多層膜に比べて、前記下部シールド層10は、トラック幅方向(図示X方向)に長く延ばされて形成されている。そして前記多層膜のトラック幅方向(図示X方向)の両側であって延出した前記下部シールド層10上にはAlやSiOなどの絶縁材料で形成された絶縁層40が形成されている。この実施形態では前記絶縁層40の上面は、前記フリー磁性層26の下面より下側に形成され、前記絶縁層40上に形成されたCoPtCr合金などで形成されたハードバイアス層27が前記フリー磁性層26の両側端面に磁気的に接続された状態になっている。なお前記ハードバイアス層27は前記フリー磁性層26の両側端面に少なくとも一部、磁気的に接続されていればよい。前記ハードバイアス層27からの縦バイアス磁界が前記フリー磁性層26内に流入することで前記フリー磁性層26の磁化はトラック幅方向(図示X方向)と平行な方向に単磁区化される。前記フリー磁性層26の磁化状態は、前記固定磁性層20の磁化状態と異なって外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化されている。 As shown in FIG. 1, the lower shield layer 10 is formed to extend longer in the track width direction (X direction in the drawing) than the multilayer film from the base layer 11 to the protective layer 25. An insulating layer 40 made of an insulating material such as Al 2 O 3 or SiO 2 is formed on the lower shield layer 10 extending on both sides of the multilayer film in the track width direction (X direction in the drawing). ing. In this embodiment, the upper surface of the insulating layer 40 is formed below the lower surface of the free magnetic layer 26, and the hard bias layer 27 formed of a CoPtCr alloy or the like formed on the insulating layer 40 is used as the free magnetic layer. The layer 26 is magnetically connected to both end faces of the layer 26. The hard bias layer 27 may be at least partially magnetically connected to both end faces of the free magnetic layer 26. When a longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 27 flows into the free magnetic layer 26, the magnetization of the free magnetic layer 26 is made into a single domain in a direction parallel to the track width direction (X direction in the drawing). Unlike the magnetization state of the pinned magnetic layer 20, the magnetization state of the free magnetic layer 26 is weakly single-domained to such an extent that magnetization can be reversed with respect to an external magnetic field.

前記ハードバイアス層27の上にはAlやSiOなどの絶縁材料で形成された絶縁層28が形成されている。このように前記ハードバイアス層27の上下は絶縁層40、28によって囲まれている。 An insulating layer 28 made of an insulating material such as Al 2 O 3 or SiO 2 is formed on the hard bias layer 27. Thus, the upper and lower sides of the hard bias layer 27 are surrounded by the insulating layers 40 and 28.

図1に示すように、前記保護層25の上面と前記絶縁層28の上面はほぼ同一平面状に形成された状態にあり、前記保護層25上から前記絶縁層28上にかけてNiFe合金などの磁性材料で形成された上部シールド層29が形成されている。前記上部シールド層29は磁気検出素子の上部電極をも兼ねている。   As shown in FIG. 1, the upper surface of the protective layer 25 and the upper surface of the insulating layer 28 are substantially coplanar, and a magnetic layer such as a NiFe alloy is formed on the protective layer 25 to the insulating layer 28. An upper shield layer 29 made of a material is formed. The upper shield layer 29 also serves as an upper electrode of the magnetic detection element.

図1に示す実施形態では、前記下部シールド層10及び上部シールド層29がシールド機能のみならず電極としても機能しているため、前記下地層11から保護層25間までの膜厚でギャップ長Glを決定でき、前記ギャップ長Glの長さ寸法を短くすることができる。   In the embodiment shown in FIG. 1, since the lower shield layer 10 and the upper shield layer 29 function not only as a shield function but also as an electrode, the gap length Gl is the same as the film thickness from the base layer 11 to the protective layer 25. And the length dimension of the gap length Gl can be shortened.

図1に示す実施形態では、下地層11から保護層25までの多層膜の上下に電極を兼用したシールド層10、29が形成され、前記シールド層10、29間を流れる電流は、前記多層膜を膜厚方向(図示Z方向)に流れるCPP(current perpendicular to the plane)型となっている。前記電流は、前記ハードバイアス層27の上下が絶縁層40、28で囲まれていることで、このハードバイアス層27に分流することなく適切に前記多層膜内を流れ、再生出力の向上を図ることが可能になっている。   In the embodiment shown in FIG. 1, shield layers 10 and 29 that also serve as electrodes are formed above and below the multilayer film from the base layer 11 to the protective layer 25, and the current flowing between the shield layers 10 and 29 is Is a CPP (current perpendicular to the plane) type that flows in the film thickness direction (Z direction in the figure). Since the upper and lower sides of the hard bias layer 27 are surrounded by the insulating layers 40 and 28, the current flows through the multilayer film appropriately without being divided into the hard bias layer 27, thereby improving the reproduction output. It is possible.

この磁気検出素子では、ハードディスクなどの記録媒体の走行方向はZ方向であり、記録媒体からの洩れ磁界がY方向に与えられると、フリー磁性層26の磁化が図示X方向と平行な方向からY方向へ向けて変化する。このフリー磁性層26内での磁化の方向の変動と、固定磁性層20の第1磁性層19の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し(これを磁気抵抗効果という)、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。   In this magnetic detection element, the traveling direction of a recording medium such as a hard disk is the Z direction. When a leakage magnetic field from the recording medium is applied in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 26 starts from a direction parallel to the X direction in the figure. It changes in the direction. The electrical resistance changes depending on the relationship between the fluctuation of the magnetization direction in the free magnetic layer 26 and the fixed magnetization direction of the first magnetic layer 19 of the fixed magnetic layer 20 (this is referred to as magnetoresistance effect). A leakage magnetic field from the recording medium is detected by a voltage change based on the value change.

図1に示す磁気検出素子の特徴的部分について以下に説明する。図1に示す実施形態では、前記非磁性材料層21と接する側の固定磁性層20の第1磁性層19が磁性層の3層構造となっている。前記第1磁性層19が実際に磁気抵抗効果に寄与する層であるので、特にこの第1磁性層19を以下のような構造にすることで、従来に比べて高い抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが可能になる。   A characteristic part of the magnetic detection element shown in FIG. 1 will be described below. In the embodiment shown in FIG. 1, the first magnetic layer 19 of the pinned magnetic layer 20 on the side in contact with the nonmagnetic material layer 21 has a three-layer structure of magnetic layers. Since the first magnetic layer 19 is a layer that actually contributes to the magnetoresistive effect, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change (ΔR) higher than those of the prior art can be obtained by making the first magnetic layer 19 particularly as follows. It becomes possible to obtain the rate of change in resistance (ΔR / R).

前記第1磁性層19を構成する3層の磁性層のうち真ん中の磁性層17が強磁性且つハーフメタル的な合金層である。「強磁性」である必要性は、この合金が使用される層が第1磁性層19の一部を成し、磁化をハイト方向(図示Y方向)に適切にピン止めする必要があるからである。ここで「ハーフメタル(Half-metal)的」とは、強磁性体や反強磁性体において、片方のスピンの伝導電子が金属的な振る舞いをし、他方のスピンの伝導電子が絶縁体的な振る舞いをすることをいう。   Of the three magnetic layers constituting the first magnetic layer 19, the middle magnetic layer 17 is a ferromagnetic and half-metal alloy layer. The necessity of being “ferromagnetic” is because the layer in which this alloy is used forms part of the first magnetic layer 19 and the magnetization needs to be appropriately pinned in the height direction (Y direction in the figure). is there. Here, “Half-metal” means that in one of the ferromagnetic and antiferromagnetic materials, the conduction electron of one spin behaves like a metal and the conduction electron of the other spin is like an insulator. To behave.

抵抗変化量(ΔR)は、{β/(1−β)}・ρ・tに比例する。ここでβは、磁性層17の材質によって変化する値(なおβは−1よりも大きく1よりも小さい範囲内の値)であり、このβ値が大きいほど抵抗変化量(ΔR)を大きくできる。前記強磁性且つハーフメタル的な合金のβ値は、従来、強磁性層として使用されてきたCoFe合金やNiFe合金のそれに比べて大きく、これによって「ハーフメタル的」な性質を帯びる。なお本発明では、0.7以上のβ値(絶対値)を有し、あるいは後述する分極率P(絶対値)を0.5以上有する強磁性合金を「ハーフメタル的」と規定する。 The resistance change amount (ΔR) is proportional to {β 2 / (1-β 2 )} · ρ F · t F. Here, β is a value that varies depending on the material of the magnetic layer 17 (note that β is a value within a range larger than −1 and smaller than 1), and the larger the β value, the larger the resistance change amount (ΔR). . The β value of the ferromagnetic and half-metal alloy is larger than that of the CoFe alloy and NiFe alloy conventionally used as the ferromagnetic layer, and thus has a “half-metal” property. In the present invention, a ferromagnetic alloy having a β value (absolute value) of 0.7 or more or a polarizability P (absolute value) described later of 0.5 or more is defined as “half-metal”.

前記β値には、ρ↓(ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値)/ρ↑(アップスピンの伝導電子に対する比抵抗値)=(1+β)/(1―β)なる関係が成り立っている。すなわちβ値が大きくなるということは、ρ↓が大きくなり且つρ↑が小さくなることを意味する。   The β value has the following relationship: ρ ↓ (specific resistance value for downspin conduction electrons) / ρ ↑ (specific resistance value for upspin conduction electrons) = (1 + β) / (1−β). That is, an increase in β value means that ρ ↓ is increased and ρ ↑ is decreased.

従って前記β値が大きくなるほど、ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値(ρ↓)は大きくなるから強磁性層内を前記ダウンスピンの伝導電子は流れ難くあるいはシャットアウトされて前記ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程は短くなり(絶縁的な挙動を示す)、一方、アップスピンの伝導電子に対する比抵抗値(ρ↑)は小さくなるから強磁性層内を前記アップスピンの伝導電子は流れやすくなり前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程は延び(金属的な挙動を示す)、前記アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差が大きくなると考えられる。このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、β値が高い、具体的には0.7以上のβ値(絶対値)を有する強磁性且つハーフメタル的な合金は、このスピン偏極性が強く働き、前記平均自由行程差はよりいっそう大きくなる。   Therefore, as the β value increases, the specific resistance value (ρ ↓) for down-spin conduction electrons increases. Therefore, the down-spin conduction electrons hardly flow or are shut out in the ferromagnetic layer, and the down-spin conduction electrons. On the other hand, the resistivity of the up-spin conduction electrons (ρ ↑) is small, so the up-spin conduction electrons are more likely to flow through the ferromagnetic layer. It is considered that the mean free path of the up-spin conduction electrons is extended (shows a metallic behavior), and the difference in mean free path between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons is increased. Such an action is called spin polarization, and a ferromagnetic and half-metal alloy having a high β value, specifically, a β value (absolute value) of 0.7 or more has a strong spin polarization. Working, the mean free path difference becomes even larger.

そして抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)は、アップスピン及びダウンスピンの伝導電子の各平均自由行程差に対して正の相関を示すから、従来よりも前記β値が大きいハーフメタル的な合金を使用したことよるアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差の拡大によって抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)が増大し、今後の高記録密度化に適切に対応することが可能な磁気検出素子を製造することが可能になるのである。   The resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) are positively correlated with the mean free path difference between the up-spin and down-spin conduction electrons. The amount of change in resistance (ΔR) and rate of change in resistance (ΔR / R) are increased by increasing the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons due to the use of a half-metal alloy. This makes it possible to manufacture a magnetic detection element that can appropriately cope with an increase in recording density.

「ハーフメタル的」な性質を有するか否かは、上記したβ値以外に分極率Pの大きさによって判断することもできると考えられる。前記分極率Pはβ値と相関があり、分極率Pが大きいとβ値(絶対値)が大きくなることがわかっている。   Whether or not it has a “half-metal” property can be determined by the magnitude of the polarizability P in addition to the β value described above. The polarizability P correlates with the β value, and it is known that the β value (absolute value) increases when the polarizability P increases.

前記分極率Pの大きさは抵抗変化量(ΔR)に比例するので、前記分極率Pが大きくなるほど前記抵抗変化量(ΔR)を大きくすることができる。前記分極率PはP=(N↑−N↓)/(N↑+N↓)(ただしPは、−1≦P≦1である)で示され、N↑は、フェルミエネルギー付近におけるアップスピンの伝導電子数であり、N↓は、フェルミエネルギー付近におけるダウンスピンの伝導電子数であり、フェルミエネルギー付近における伝導電子が、実際に伝導に寄与する。   Since the magnitude of the polarizability P is proportional to the resistance change amount (ΔR), the resistance change amount (ΔR) can be increased as the polarizability P increases. The polarizability P is expressed by P = (N ↑ −N ↓) / (N ↑ + N ↓) (where P is −1 ≦ P ≦ 1), where N ↑ is the upspin in the vicinity of Fermi energy. The number of conduction electrons, N ↓ is the number of down-spin conduction electrons near the Fermi energy, and the conduction electrons near the Fermi energy actually contribute to conduction.

上記関係式によれば、N↑が大きくなり{すなわちフェルミエネルギー近傍の状態密度が高くなり(=個数が多くなり)}、N↓が小さくなる{すなわちフェルミエネルギー近傍の状態密度が低くなる(=個数が少なくなる)}ほど分極率Pは大きくなり、よって抵抗変化量(ΔR)は大きくなる。   According to the above relational expression, N ↑ increases {that is, the density of states in the vicinity of Fermi energy increases (= the number increases)} and N ↓ decreases {that is, the density of states in the vicinity of Fermi energy decreases (= The smaller the number), the higher the polarizability P, and the larger the resistance change (ΔR).

N↑が大きくなりN↓が小さくなるということは、強磁性層内をアップスピンによる伝導電子が流れやすくなって前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程が延び、一方、ダウンスピンによる伝導電子が流れ難くなりあるいはシャットアウトされて前記ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなったことを意味し、よって前記アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差が大きくなって、抵抗変化量(ΔR)が大きくなるものと考えられる。   The fact that N ↑ becomes larger and N ↓ becomes smaller means that conduction electrons due to upspin flow easily in the ferromagnetic layer, and the mean free path of conduction electrons due to upspin is extended, while conduction electrons due to downspin are reduced. It means that the mean free path of the down-spin conduction electrons is shortened due to difficulty in flowing or being shut out, and thus the difference in the mean free path of the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons is increased. It is considered that the resistance change amount (ΔR) increases.

従って前記分極率Pが大きい強磁性且つハーフメタル的な合金を磁性層17として使用することが好ましい。具体的には前記分極率P(絶対値)は0.5以上であることが好ましい。本発明では、前記分極率P(絶対値)が0.5以上である強磁性材料を「ハーフメタル的」な性質を有しているものとする。   Therefore, it is preferable to use a ferromagnetic and half-metal alloy having a large polarizability P as the magnetic layer 17. Specifically, the polarizability P (absolute value) is preferably 0.5 or more. In the present invention, it is assumed that the ferromagnetic material having the polarizability P (absolute value) of 0.5 or more has a “half-metal” property.

なおスピン偏極性の大きさは、フリー磁性層26と固定磁性層20との相対的な磁化方向の関係で変化する。   The magnitude of the spin polarization varies depending on the relative magnetization direction relationship between the free magnetic layer 26 and the pinned magnetic layer 20.

また強磁性且つハーフメタル的な合金層は、CoFe合金などに比べて比抵抗値(ρ)も大きいので、前記第1磁性層19の真ん中の磁性層17を強磁性且つハーフメタル的な合金層とすることで、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることができる。なおここで言う「比抵抗値(ρ)」とは、アップスピンの伝導電子に対する比抵抗値とダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値の平均値のことである。 Further, since the ferromagnetic and half-metal alloy layer has a larger specific resistance value (ρ F ) than that of the CoFe alloy or the like, the magnetic layer 17 in the middle of the first magnetic layer 19 is made of a ferromagnetic and half-metal alloy. By using a layer, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved. The “specific resistance value (ρ F )” referred to here is an average value of the specific resistance value for up-spin conduction electrons and the specific resistance value for down-spin conduction electrons.

前記磁性層17として使用される材質は、上記したように強磁性且つハーフメタル的な合金であることと、さらにキュリー温度(Tc)が200℃以上であることが好ましい。前記キュリー温度(Tc)が200℃よりも低いと使用環境温度等からして実際にデバイスとして使用できない。また比抵抗ρは、50μΩ・cm以上であることが好ましい。これによって従来、磁性層としてCoFe合金などを使用していた場合に比べて、より適切に抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることができる。本発明では、前記抵抗変化率(ΔR/R)は30%以上であることが好ましい。 The material used for the magnetic layer 17 is preferably a ferromagnetic and half-metal alloy as described above, and the Curie temperature (Tc) is preferably 200 ° C. or higher. If the Curie temperature (Tc) is lower than 200 ° C., it cannot be actually used as a device due to the use environment temperature or the like. The specific resistance ρ F is preferably 50 μΩ · cm or more. As a result, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved more appropriately than in the case where a CoFe alloy or the like is conventionally used as the magnetic layer. In the present invention, the rate of change in resistance (ΔR / R) is preferably 30% or more.

前記強磁性且つハーフメタル的な合金層の材質として本発明では以下の(1)〜(3)の材質を挙げることができる。   Examples of the material of the ferromagnetic and half-metal alloy layer include the following materials (1) to (3).

(1)組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金。 (1) The composition formula is X 2 YZ (where X is one element selected from Group IIIA to Group IIB of the periodic table, Y is Mn, Z is Al, Si, Ga, Ge, In, Sn) , Tl, Pb, Sb, or one or more elements selected from Hesler alloy.

このホイスラー合金の結晶構造は、L2構造である。具体的な材質としては、CoMnZ(Zは、Al、Si、Ga、Ge、Snのうちから選択された1種または2種以上の元素)を挙げることができる。 The crystal structure of this Heusler alloy is the L2 structure. Specific examples of the material include Co 2 MnZ (Z is one or more elements selected from Al, Si, Ga, Ge, and Sn).

また元素Zを2種類以上含んだホイスラー合金としては具体的に、Co0.5Mn0.25(Al100−aSi0.25(ただしaは0〜100)を挙げることができる。 Specific examples of Heusler alloys containing two or more elements Z include Co 0.5 Mn 0.25 (Al 100-a Si a ) 0.25 (where a is 0 to 100).

(2)組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金。 (2) The composition formula is XYZ (where X is one element selected from IIIA group to IIB group of the periodic table, Y is Mn, Z is Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, Tl) Heusler alloy represented by one or more elements selected from Pb, Sb).

このホイスラー合金の結晶構造は、C1構造である。具体的な材質としては、NiMnSb、PtMnSb、PdMnSb、PtMnSnを挙げることができる。 The crystal structure of this Heusler alloy is C1 2 structure. Specific examples of the material include NiMnSb, PtMnSb, PdMnSb, and PtMnSn.

これら材質の具体的な分極率Pについて説明する。上記した「Andreev reflection:A new means to determine the spin polarization of ferromagnetic materials」(1999 American Institute of Physics)のグラフ4には、NiMnSbの分極率Pが0.55であることが開示されている。   Specific polarizabilities P of these materials will be described. Graph 4 of “Andreev reflection: A new means to determine the spin polarization of refractive materials” (1999 American Institute of Physics) discloses that the polarization rate P of NiMnSb is 0.55.

また「New Class of Materials:Half-Metallic Ferromagnets」(1983 The American Physical Society)の表1には、理論計算により求めたNiMnSb、PtMnSb、PdMnSb、PtMnSnのN(E)↑、N(E)↓が記載されており、この数値を用いて分極率Pを計算すると、NiMnSbの分極率Pは1、PtMnSbの分極率Pは1、PdMnSbの分極率Pは0.51、及びPtMnSnの分極率Pは−0.33である。なおPtMnSnは組成比を調整することで分極率Pを絶対値で0.5以上にできるものと考えられる。   In Table 1 of “New Class of Materials: Half-Metallic Ferromagnets” (1983 The American Physical Society), N (E) ↑ and N (E) ↓ of NiMnSb, PtMnSb, PdMnSb, and PtMnSn obtained by theoretical calculation are shown. When the polarizability P is calculated using this numerical value, the polarizability P of NiMnSb is 1, the polarizability P of PtMnSb is 1, the polarizability P of PdMnSb is 0.51, and the polarizability P of PtMnSn is -0.33. In addition, it is thought that PtMnSn can make polarizability P 0.5 or more by an absolute value by adjusting a composition ratio.

(3)La0.7Sr0.3MnO、CrO、あるいはFe
なお上記した「Andreev reflection:A new means to determine the spin polarization of ferromagnetic materials」(1999 American Institute of Physics)のグラフ4には、La0.7Sr0.3MnOの分極率Pが0.55、CrOの分極率Pが0.9であることが開示されている。
(3) La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 , CrO 2 , or Fe 3 O 4
Note that, in the graph 4 of “Andreev reflection: A new means to determine the spin polarization of refractive materials” (1999 American Institute of Physics), the polarizability P of La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 is 0.55. It is disclosed that the polarizability P of CrO 2 is 0.9.

上記したホイスラー合金、あるいはLa0.7Sr0.3MnO、CrO、Feは、いずれもβ値(絶対値)が0.7以上あるいは分極率P(絶対値)が0.5以上で強磁性且つハーフメタル的な性質を有し、これらの材質のいずれかで磁性層17を形成することで、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を従来に比べて向上させることができる。またこれら材質はいずれもキュリー温度(Tc)が200℃以上で、また比抵抗値(ρ)も50μΩ・cm以上と大きい。 The above-mentioned Heusler alloy, La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 , CrO 2 , and Fe 3 O 4 each have a β value (absolute value) of 0.7 or more or a polarizability P (absolute value) of 0. 5 or more has ferromagnetic and half-metallic properties. By forming the magnetic layer 17 with any of these materials, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be compared with the conventional one. Can be improved. All of these materials have a Curie temperature (Tc) of 200 ° C. or higher and a specific resistance value (ρ F ) of 50 μΩ · cm or higher.

次に前記磁性層17の上下に形成されている磁性層16と18は、従来から使用されている磁性材料、具体的にはCoFe合金、CoFeNi合金、あるいはNiFe合金、Coのいずれかで形成されることが好ましい。   Next, the magnetic layers 16 and 18 formed above and below the magnetic layer 17 are made of a conventionally used magnetic material, specifically, a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, a NiFe alloy, or Co. It is preferable.

まず非磁性材料層21と接して形成される磁性層18を、CoFe合金などの磁性材料で形成することで、この磁性層18と非磁性材料層21間での元素の拡散をより適切に防止でき、アップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を長く延ばし、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが可能である。   First, the magnetic layer 18 formed in contact with the nonmagnetic material layer 21 is formed of a magnetic material such as a CoFe alloy, so that the diffusion of elements between the magnetic layer 18 and the nonmagnetic material layer 21 can be more appropriately prevented. In addition, it is possible to lengthen the spin diffusion distance and mean free path of up-spin conduction electrons, and appropriately improve the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R).

例えば、前記磁性層18が、上記した(1)や(2)のホイスラー合金であると、前記ホイスラー合金に含まれるMnが、Cuなどで形成された非磁性材料層21と拡散し、拡散したMnはアップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を短くし抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を低下させてしまう虞がある。従って図1のように、強磁性且つハーフメタル的な合金で形成された磁性層17を、前記非磁性材料層21から離れた位置に形成し、前記磁性層17と非磁性材料層21との間にCoFe合金などで形成された磁性層18を介在させることで、上記した拡散を適切に防止することが可能になると考えられる。なお前記磁性層18はCoFe合金で形成することがより上記した拡散を防止できて好ましい。   For example, when the magnetic layer 18 is the Heusler alloy (1) or (2) described above, Mn contained in the Heusler alloy diffuses and diffuses with the nonmagnetic material layer 21 formed of Cu or the like. Mn shortens the spin diffusion distance and mean free path of up-spin conduction electrons, and may decrease the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R). Therefore, as shown in FIG. 1, the magnetic layer 17 formed of a ferromagnetic and half-metal alloy is formed at a position away from the nonmagnetic material layer 21, and the magnetic layer 17 and the nonmagnetic material layer 21 are formed. It is considered that the above diffusion can be appropriately prevented by interposing the magnetic layer 18 formed of a CoFe alloy or the like therebetween. The magnetic layer 18 is preferably formed of a CoFe alloy because the above diffusion can be prevented.

次に図1に示すように、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層17とRuなどで形成された非磁性中間層15との間にCoFe合金などで形成された磁性層16を介在させることで、前記第2磁性層14との間で発生するRKKY相互作用による反強磁性結合を強めることができると考えられ、前記第1磁性層19の磁化のピン止めを適切に行うことが可能になる。   Next, as shown in FIG. 1, a magnetic layer formed of a CoFe alloy or the like between a magnetic layer 17 formed of a ferromagnetic and half-metal alloy layer and a nonmagnetic intermediate layer 15 formed of Ru or the like. It is considered that the antiferromagnetic coupling due to the RKKY interaction generated between the second magnetic layer 14 and the second magnetic layer 14 can be strengthened, so that the magnetization of the first magnetic layer 19 can be appropriately pinned. It becomes possible to do.

図1に示す固定磁性層20は、第2磁性層14と第1磁性層19との間にRuなどの非磁性中間層15を挟んだ積層フェリ構造であり、固定磁性層20の磁化のピン止めを強めるには、前記第2磁性層14と第1磁性層19間で発生するRKKY相互作用における反強磁性結合を強める必要がある。このRKKY相互作用における反強磁性結合を強めるには、非磁性中間層15と接する上下の磁性層14、16をCoFe合金などの磁性材料で形成することが好ましく、したがって本発明では、前記磁性層16をCoFe合金などの磁性材料で形成することとしたのである。なお前記磁性層16はCoFe合金で形成されることが、より適切にRKKY的相互作用における反強磁性結合を強めることができて好ましい。   The pinned magnetic layer 20 shown in FIG. 1 has a laminated ferrimagnetic structure in which a nonmagnetic intermediate layer 15 such as Ru is sandwiched between the second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19. In order to strengthen the stopping, it is necessary to strengthen the antiferromagnetic coupling in the RKKY interaction generated between the second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19. In order to strengthen the antiferromagnetic coupling in the RKKY interaction, it is preferable to form the upper and lower magnetic layers 14 and 16 in contact with the nonmagnetic intermediate layer 15 with a magnetic material such as a CoFe alloy. 16 was made of a magnetic material such as a CoFe alloy. The magnetic layer 16 is preferably formed of a CoFe alloy because the antiferromagnetic coupling in the RKKY interaction can be strengthened more appropriately.

次に図1に示す実施形態では、フリー磁性層26が磁性層の3層構造であり、この3層の磁性層のうち真ん中の磁性層22は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、その上下に形成された磁性層23、30はCoFe合金、CoFeNi合金、Coのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。   Next, in the embodiment shown in FIG. 1, the free magnetic layer 26 has a three-layer structure of magnetic layers, and the magnetic layer 22 in the middle of the three magnetic layers is a ferromagnetic and half-metal alloy layer. The magnetic layers 23 and 30 formed above and below are preferably made of a magnetic material of any one of a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, and Co.

前記フリー磁性層26も、固定磁性層20と同様に強磁性且つハーフメタル的な合金層を含むことで、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を大きくでき、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることができ、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形成することができる。   Similarly to the pinned magnetic layer 20, the free magnetic layer 26 includes a ferromagnetic and half-metal alloy layer, so that the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons can be increased. The amount of change (ΔR) and the rate of change in resistance (ΔR / R) can be improved, and a magnetic detection element that can appropriately cope with future increases in recording density can be formed.

また非磁性材料層21と接する磁性層30をCoFe合金などの磁性材料で形成することで、前記磁性層30と非磁性材料層21間での拡散を適切に防止でき、アップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を適切に延ばすことができ、より適切に抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を大きくすることができる。前記磁性層30はCoFe合金で形成されると、より適切に上記の拡散を防止することが可能になる。   Further, by forming the magnetic layer 30 in contact with the nonmagnetic material layer 21 with a magnetic material such as a CoFe alloy, diffusion between the magnetic layer 30 and the nonmagnetic material layer 21 can be appropriately prevented, and upspin conduction electrons can be prevented. The spin diffusion distance and the mean free path can be appropriately extended, and the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be increased more appropriately. If the magnetic layer 30 is formed of a CoFe alloy, it becomes possible to prevent the above diffusion more appropriately.

また強磁性且つハーフメタル的な合金よりも保磁力Hcの小さい材質で前記磁性層23を形成することで、前記フリー磁性層26の記録磁界に対する感度を向上させることができる。前記磁性層23はNiFe合金で形成されることがより好ましい。   Further, by forming the magnetic layer 23 with a material having a coercive force Hc smaller than that of a ferromagnetic and half-metal alloy, the sensitivity of the free magnetic layer 26 to the recording magnetic field can be improved. More preferably, the magnetic layer 23 is formed of a NiFe alloy.

前記フリー磁性層26は、外部磁界に対して感度良く磁化反転しなければならない。そうでないと再生特性に優れた磁気検出素子を製造できないからである。上記した(1)〜(3)のホイスラー合金等の強磁性且つハーフメタル的な合金は保磁力Hcが大きいものが多い。具体的には10Oe(=約790(A/m)以上である。また非磁性材料層21と接して形成される磁性層30がCoFe合金で形成される場合には、前記CoFe合金の保磁力Hcも比較的大きい。従って、前記フリー磁性層26の外部磁界に対する感度を向上させるには、保磁力Hcの小さい磁性層を前記フリー磁性層23内に付加することが好ましい。それが前記磁性層23であり、NiFe合金で形成された前記磁性層23は、強磁性且つハーフメタル的な合金やCoFe合金などで形成された磁性層に比べて保磁力Hcが小さく、よって前記フリー磁性層26に保磁力Hcの小さい磁性層23を設けることで、外部磁界に対して感度良く磁化反転可能な再生特性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になるのである。   The free magnetic layer 26 must reverse the magnetization with high sensitivity to an external magnetic field. This is because otherwise, a magnetic detection element having excellent reproduction characteristics cannot be manufactured. Many of the ferromagnetic and half-metal alloys such as the Heusler alloys (1) to (3) described above have a large coercive force Hc. Specifically, it is 10 Oe (= about 790 (A / m) or more. When the magnetic layer 30 formed in contact with the nonmagnetic material layer 21 is formed of a CoFe alloy, the coercive force of the CoFe alloy is set. Therefore, in order to improve the sensitivity of the free magnetic layer 26 to an external magnetic field, it is preferable to add a magnetic layer having a small coercive force Hc in the free magnetic layer 23. That is, the magnetic layer. The magnetic layer 23 formed of a NiFe alloy has a coercive force Hc smaller than that of a magnetic layer formed of a ferromagnetic and half-metal alloy or a CoFe alloy. By providing the magnetic layer 23 having a small coercive force Hc, it is possible to manufacture a magnetic detection element excellent in reproducing characteristics that can be reversed in magnetization with high sensitivity to an external magnetic field.

ところで図1のように固定磁性層20及びフリー磁性層26を構成する全ての磁性層は、既に説明したβ値の符号及びP値の符号がすべて同じ符号となる材質で形成される必要がある。   By the way, as shown in FIG. 1, all the magnetic layers constituting the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 need to be formed of a material in which the sign of the β value and the sign of the P value described above all have the same sign. .

すなわち例えば強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層17、22が正の値のβ値を有しているとすると、磁性層16、18、30、23も同様に正の値のβ値を有する磁性材料で形成されていなければならない。正の値のβ値を有し、且つこのβ値が高い(具体的には0.7以上)強磁性且つハーフメタル的な合金層には、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばし(金属的な挙動を示す)、一方、ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程を短くする(絶縁的な挙動を示す)作用(スピン偏極性)が強く働き、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差がCoFe合金などの金属的な材質を使用する場合に比べて大きくなる。   That is, for example, if the magnetic layers 17 and 22 formed of a ferromagnetic and half-metal alloy layer have a positive β value, the magnetic layers 16, 18, 30 and 23 are similarly positive values. Must be formed of a magnetic material having a β value of A ferromagnetic and half-metal alloy layer having a positive β value and a high β value (specifically 0.7 or more) extends the mean free path of conduction electrons of upspin ( On the other hand, the action (spin polarization) that shortens the mean free path of down-spin conduction electrons (shows insulating behavior) works strongly, and up-spin conduction electrons and down-spin conductions The difference in mean free path of electrons becomes larger than when a metallic material such as a CoFe alloy is used.

一方、負の値を有する強磁性且つハーフメタル的な合金層は、逆にダウンスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばし、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を縮める作用が働く。このことは分極率Pにも同じく言えることである。   On the other hand, a ferromagnetic and half-metal-like alloy layer having a negative value works to extend the mean free path of down-spin conduction electrons and shorten the mean free path of up-spin conduction electrons. This is also true for the polarizability P.

ここで、CoFe合金などで形成された磁性層16、18、30、23にも上記したスピン偏極性があるが、これら磁性層のβ値は正の値である。したがって、仮に強磁性且つハーフメタル的な合金層である磁性層17、22が、負の値を有するβ値を有していると、正の値のβ値を有する磁性層16、18、30、23との間で、上記のスピン偏極性が打ち消されてしまい、アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程との差を適切に大きくできず、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を効果的に大きくすることができなくなる。   Here, the magnetic layers 16, 18, 30, and 23 formed of a CoFe alloy or the like also have the above-described spin polarization, but the β value of these magnetic layers is a positive value. Therefore, if the magnetic layers 17 and 22, which are ferromagnetic and half-metal alloy layers, have a negative β value, the magnetic layers 16, 18, and 30 have a positive β value. 23, the above-mentioned spin polarization is canceled out, and the difference between the mean free path of the up-spin conduction electrons and the average free path of the down-spin conduction electrons cannot be increased appropriately, and the resistance change amount (ΔR) and the rate of change in resistance (ΔR / R) cannot be effectively increased.

なおPtMnSbのように、β値が負、分極率Pが負の値である場合、固定磁性層20及びフリー磁性層26も同様にして負のβ値、分極率Pを有する強磁性材料を選択することが、スピン偏極性が大きく、抵抗変化量(ΔR)を効果的に大きくすることができる。例えばこのような強磁性材料としては、FeV(β値は約−0.11)、NiCr(β値は約−0.24〜−0.11)、FeCr(β値は約−0.09)などがある。   If the β value is negative and the polarizability P is negative, such as PtMnSb, a ferromagnetic material having a negative β value and a polarizability P is selected for the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 in the same manner. Therefore, the spin polarization is large, and the resistance change amount (ΔR) can be effectively increased. For example, as such a ferromagnetic material, FeV (β value is about −0.11), NiCr (β value is about −0.24 to −0.11), FeCr (β value is about −0.09). and so on.

そのため本発明では、固定磁性層20及びフリー磁性層26を構成する全ての磁性層16、17、18、30、22、23を、β値が同じ符号を有する材質で形成し、これによって前記スピン偏極性が相乗的に強くなり、より効果的に前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程との差を大きくでき、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが可能になるのである。   Therefore, in the present invention, all the magnetic layers 16, 17, 18, 30, 22, and 23 constituting the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 are formed of materials having the same sign as the β value, thereby The polarization becomes synergistically strong, and the difference between the mean free path of the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electron can be increased more effectively, and the resistance change (ΔR) and the resistance change rate It is possible to appropriately improve (ΔR / R).

なお上記した、全ての磁性層において同じ符号のβ値あるいは分極率Pを有する材質を使用する点については図2以降についても同じである。   The same applies to FIG. 2 and subsequent figures in that the materials having the same β value or polarizability P are used in all the magnetic layers.

図2は本発明における第2実施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である。なお図2以降の説明は、固定磁性層20とフリー磁性層26の膜構造のみに注目しているが、それ以外の層の構成については図1と変わるところがないので図1を参照されたい。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic detection element according to the second embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. 2 and the subsequent description focus only on the film structure of the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26, but the structure of the other layers is not different from that of FIG. 1, so please refer to FIG.

図2に示す固定磁性層20の第1磁性層19は2層構造である。このうち磁性層17は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、磁性層16は、CoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金、Coのいずれかの磁性材料で形成された合金層であることが好ましい。   The first magnetic layer 19 of the pinned magnetic layer 20 shown in FIG. 2 has a two-layer structure. Of these, the magnetic layer 17 is a ferromagnetic and half-metal alloy layer, and the magnetic layer 16 is an alloy layer formed of a magnetic material of CoFe alloy, CoFeNi alloy, NiFe alloy, or Co. preferable.

また図2に示す実施形態では、前記フリー磁性層26も固定磁性層20の第1磁性層19と同様に2層構造であり、磁性層22が強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、磁性層23がCoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金、あるいはCoから選択された磁性材料で形成されることが好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 2, the free magnetic layer 26 also has a two-layer structure like the first magnetic layer 19 of the pinned magnetic layer 20, and the magnetic layer 22 is a ferromagnetic and half-metal alloy layer. The magnetic layer 23 is preferably formed of a magnetic material selected from a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, a NiFe alloy, or Co.

前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金や、組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金、あるいはLa0.7Sr0.3MnO、CrO、Feなどで形成されることが好ましい。 The ferromagnetic and half-metal alloy layer has a composition formula of X 2 YZ (where X is one element selected from Group IIIA to Group IIB of the periodic table, Y is Mn, Z is Al, Heusler alloy represented by Si, Ga, Ge, In, Sn, Tl, Pb, or Sb, or a Heusler alloy represented by XYZ (where X is a periodic table) One element selected from Group IIIA to Group IIB, Y is Mn, Z is one or two selected from Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, Tl, Pb, Sb It is preferable to be formed of a Heusler alloy represented by the above elements), La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 , CrO 2 , Fe 3 O 4 or the like.

前記固定磁性層20及びフリー磁性層26に、上記した強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれることによって、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが可能になる。   Since the above-described ferromagnetic and half-metal alloy layer is included in the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26, the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons can be compared with the conventional one. The resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved.

なお前記固定磁性層20及びフリー磁性層26の非磁性材料層21と接する磁性層17、22を強磁性且つハーフメタル的な合金層にすると、前記合金層にMnが含まれている場合、前記非磁性材料層21との間でMnの拡散が発生する虞があるため、図2に示す実施形態は図1に示す実施形態に比べて、前記抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)が小さくなりやすいと考えられるが、従来のように第1磁性層19、およびフリー磁性層26をCoFe合金層やNiFe合金層などの磁性材料のみで形成した場合より前記抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることができると考えられる。   When the magnetic layers 17 and 22 in contact with the nonmagnetic material layer 21 of the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 are formed as ferromagnetic and half-metal alloy layers, when the alloy layer contains Mn, Since there is a risk of Mn diffusion between the nonmagnetic material layer 21 and the embodiment shown in FIG. 2, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR) are compared to the embodiment shown in FIG. / R) is likely to be small, but the amount of change in resistance (when the first magnetic layer 19 and the free magnetic layer 26 are made of only a magnetic material such as a CoFe alloy layer or a NiFe alloy layer as in the prior art). It is considered that (ΔR) and the rate of change in resistance (ΔR / R) can be improved.

なお本発明では、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を上記の拡散が発生しにくいホイスラー合金やCrO、Feなどで形成することが好ましい。 In the present invention, the ferromagnetic and half-metal alloy layer is preferably formed of Heusler alloy, CrO 2 , Fe 3 O 4, or the like, which hardly causes diffusion.

また上記の拡散は、固定磁性層20を構成する第2磁性層14と反強磁性層13間で交換結合磁界を発生させるときに施す熱処理工程に起因するところが大きいので、例えば交換結合磁界を発生させるのに熱処理工程が必要ない、あるいは必要であってもその熱処理温度が低い場合などは、そもそも上記の拡散は起こり難く、かかる場合には、材質に制約なく強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層17、22を形成することが可能になる。   Further, the above diffusion is largely caused by a heat treatment process performed when an exchange coupling magnetic field is generated between the second magnetic layer 14 and the antiferromagnetic layer 13 constituting the pinned magnetic layer 20, so that, for example, an exchange coupling magnetic field is generated. However, if the heat treatment process is not necessary, or the heat treatment temperature is low, the above diffusion hardly occurs in the first place. In such a case, the ferromagnetic and half-metal alloy layer is not limited by the material. The magnetic layers 17 and 22 made of can be formed.

図3は本発明における第3実施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である。   FIG. 3 is a partial sectional view of the structure of the magnetic detection element according to the third embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.

図3に示す実施形態では図2と同様に、固定磁性層20を構成する第1磁性層19及びフリー磁性層26は2層構造であるが、非磁性材料層21と接する磁性層18及び磁性層30は、強磁性且つハーフメタル的な合金層ではなく、CoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金、Coなどの磁性材料で形成された層である。この磁性層18、30は、CoFe合金で形成されることが、非磁性材料層21間での拡散をより適切に防止できて好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 3, as in FIG. 2, the first magnetic layer 19 and the free magnetic layer 26 constituting the pinned magnetic layer 20 have a two-layer structure, but the magnetic layer 18 in contact with the nonmagnetic material layer 21 and the magnetic layer The layer 30 is not a ferromagnetic and half-metal alloy layer, but a layer formed of a magnetic material such as a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, a NiFe alloy, or Co. The magnetic layers 18 and 30 are preferably formed of a CoFe alloy because diffusion between the nonmagnetic material layers 21 can be more appropriately prevented.

この図3に示す実施形態では、前記非磁性材料層21から離れた磁性層17及び磁性層22が、強磁性且つハーフメタル的な合金層である。   In the embodiment shown in FIG. 3, the magnetic layer 17 and the magnetic layer 22 separated from the nonmagnetic material layer 21 are ferromagnetic and half-metal alloy layers.

前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金や、組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金、あるいはLa0.7Sr0.3MnO、CrO、Feなどで形成されることが好ましい。 The ferromagnetic and half-metal alloy layer has a composition formula of X 2 YZ (where X is one element selected from Group IIIA to Group IIB of the periodic table, Y is Mn, Z is Al, Heusler alloy represented by Si, Ga, Ge, In, Sn, Tl, Pb, or Sb, or a Heusler alloy represented by XYZ (where X is a periodic table) One element selected from Group IIIA to Group IIB, Y is Mn, Z is one or two selected from Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, Tl, Pb, Sb It is preferable to be formed of a Heusler alloy represented by the above elements), La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 , CrO 2 , Fe 3 O 4 or the like.

前記固定磁性層20及びフリー磁性層26に、上記した強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれることによって、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが可能になる。   Since the above-described ferromagnetic and half-metal alloy layer is included in the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26, the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons can be compared with the conventional one. The resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved.

図3に示す実施形態では、固定磁性層20を構成する第1磁性層19のうち非磁性中間層15と接する磁性層17が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されているので、図1の実施形態に比べて、第1磁性層19と第2磁性層14間で発生するRKKY相互作用による結合磁界は弱まる虞があるが、例えば前記磁性層17の膜厚を薄くする(具体的には10Å以下)などすれば、前記RKKY相互作用による結合磁界の弱まりを抑制でき、適切に前記第1磁性層19の磁化をピン止めすることが可能になる。   In the embodiment shown in FIG. 3, the magnetic layer 17 in contact with the nonmagnetic intermediate layer 15 in the first magnetic layer 19 constituting the pinned magnetic layer 20 is formed of a ferromagnetic and half-metal alloy layer. Compared with the embodiment of FIG. 1, the coupling magnetic field due to the RKKY interaction generated between the first magnetic layer 19 and the second magnetic layer 14 may be weakened. For example, the thickness of the magnetic layer 17 is reduced (specifically For example, if it is 10 mm or less), the weakening of the coupling magnetic field due to the RKKY interaction can be suppressed, and the magnetization of the first magnetic layer 19 can be appropriately pinned.

図4は本発明における第4実施形態の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である。   FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the fourth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.

図4に示す実施形態では、固定磁性層20の膜構成は、図1に示す固定磁性層20の膜構成と同じである。   In the embodiment shown in FIG. 4, the film configuration of the pinned magnetic layer 20 is the same as the film configuration of the pinned magnetic layer 20 shown in FIG.

図4では、フリー磁性層26が第1磁性層31と第2磁性層33間にRuなどの非磁性中間層32が介在した積層フェリ構造である。   In FIG. 4, the free magnetic layer 26 has a laminated ferrimagnetic structure in which a nonmagnetic intermediate layer 32 such as Ru is interposed between the first magnetic layer 31 and the second magnetic layer 33.

図4に示すように前記フリー磁性層26を構成する第1磁性層31は3層構造である。前記3層のうち真ん中の磁性層22は、強磁性且つハーフメタル的な合金層である。   As shown in FIG. 4, the first magnetic layer 31 constituting the free magnetic layer 26 has a three-layer structure. Among the three layers, the middle magnetic layer 22 is a ferromagnetic and half-metal alloy layer.

前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金や、組成式がXYZ(ただしXは、周期表のIIIA族からIIB族までのうちから選択された一元素、YはMn、Zは、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Tl、Pb、Sbのうちから選択された1種または2種以上の元素)で表されるホイスラー合金、あるいはLa0.7Sr0.3MnO、CrO、Feなどで形成されることが好ましい。 The ferromagnetic and half-metal alloy layer has a composition formula of X 2 YZ (where X is one element selected from Group IIIA to Group IIB of the periodic table, Y is Mn, Z is Al, Heusler alloy represented by Si, Ga, Ge, In, Sn, Tl, Pb, or Sb, or a Heusler alloy represented by XYZ (where X is a periodic table) One element selected from Group IIIA to Group IIB, Y is Mn, Z is one or two selected from Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, Tl, Pb, Sb It is preferable to be formed of a Heusler alloy represented by the above elements), La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 , CrO 2 , Fe 3 O 4 or the like.

前記磁性層22の上下に形成された磁性層23、30は、CoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金、Coのうちいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。前記非磁性材料層21と接する磁性層30は、前記非磁性材料層21との拡散を適切に防止すべく、前記の磁性材料のうちCoFe合金で形成されることがより好ましい。   The magnetic layers 23 and 30 formed above and below the magnetic layer 22 are preferably formed of any magnetic material of CoFe alloy, CoFeNi alloy, NiFe alloy, and Co. The magnetic layer 30 in contact with the nonmagnetic material layer 21 is more preferably formed of a CoFe alloy among the magnetic materials in order to appropriately prevent diffusion with the nonmagnetic material layer 21.

また前記磁性層23は、前記フリー磁性層26の外部磁界に対する感度を向上させるために保磁力Hcの小さい材質で形成されることが好ましく、前記磁性層23はNiFe合金で形成されることが好ましい。なお磁性層23と非磁性中間層32との間、および/または磁性層33と非磁性中間層32との間には、RKKY相互作用による反強磁性結合を大きくするためCoFe合金層を設けても良い。   The magnetic layer 23 is preferably formed of a material having a small coercive force Hc in order to improve the sensitivity of the free magnetic layer 26 to an external magnetic field, and the magnetic layer 23 is preferably formed of a NiFe alloy. . A CoFe alloy layer is provided between the magnetic layer 23 and the nonmagnetic intermediate layer 32 and / or between the magnetic layer 33 and the nonmagnetic intermediate layer 32 in order to increase the antiferromagnetic coupling due to the RKKY interaction. Also good.

積層フェリ構造で形成されたフリー磁性層26は、その両側に形成されたハードバイアス層27からの縦バイアス磁界の影響を受けて、例えば前記フリー磁性層26の3層の第1磁性層31が図示X方向に磁化されると、前記第2磁性層33の磁化は、前記第1の磁性層31と第2磁性層33間で発生するRKKY相互作用による結合磁界によって前記第1磁性層31の磁化方向とは反平行に磁化される。   The free magnetic layer 26 formed of the laminated ferri structure is affected by the longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 27 formed on both sides thereof, and, for example, the three first magnetic layers 31 of the free magnetic layer 26 are formed. When magnetized in the X direction in the figure, the magnetization of the second magnetic layer 33 is caused by the coupling magnetic field generated by the RKKY interaction generated between the first magnetic layer 31 and the second magnetic layer 33. It is magnetized antiparallel to the magnetization direction.

図4に示す実施形態では、固定磁性層20の第1磁性層19に、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層17を有し、さらにフリー磁性層26の第1磁性層31に、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層22を有し、よってアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが可能になる。   In the embodiment shown in FIG. 4, the first magnetic layer 19 of the pinned magnetic layer 20 has the magnetic layer 17 made of a ferromagnetic and half-metal alloy layer, and the first magnetic layer 31 of the free magnetic layer 26 has the magnetic layer 17. And a magnetic layer 22 made of a ferromagnetic and half-metal alloy layer, so that the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons can be made larger than before, and the resistance change amount (ΔR ) And the rate of change in resistance (ΔR / R) can be improved.

図5は第5実施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である。   FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic detection element of the fifth embodiment viewed from the side facing the recording medium.

図5に示す実施形態では、固定磁性層20及びフリー磁性層26が共に、積層フェリ構造ではなく、磁性層の多層構造のみで形成されている。図5に示すように前記固定磁性層20は、磁性層の3層構造であり、その真ん中の磁性層17が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されている。前記磁性層17の上下に形成されている磁性層16、18は、CoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金、Coのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 5, both the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 are formed not by a laminated ferrimagnetic structure but only by a multilayer structure of magnetic layers. As shown in FIG. 5, the pinned magnetic layer 20 has a three-layer structure of magnetic layers, and the middle magnetic layer 17 is formed of a ferromagnetic and half-metal alloy layer. The magnetic layers 16 and 18 formed above and below the magnetic layer 17 are preferably made of a magnetic material of any one of CoFe alloy, CoFeNi alloy, NiFe alloy, and Co.

反強磁性層13と、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層17との間に、CoFe合金などの磁性材料で形成された磁性層16が介在することによって前記反強磁性層13と前記磁性層16間で発生する交換結合磁界を大きくすることができ、前記固定磁性層20の磁化のピン止めを適切に行うことができるものと考えられる。前記磁性層16はCoFe合金で形成されることがより好ましく、これによって前記磁性層16と反強磁性層13間で発生する交換結合磁界を効果的に大きくすることができる。   The antiferromagnetic layer 13 and the magnetic layer 17 formed of a ferromagnetic and half-metal alloy layer intervene with the magnetic layer 16 formed of a magnetic material such as a CoFe alloy, whereby the antiferromagnetic layer is formed. It is considered that the exchange coupling magnetic field generated between the layer 13 and the magnetic layer 16 can be increased, and the magnetization of the pinned magnetic layer 20 can be appropriately pinned. The magnetic layer 16 is more preferably formed of a CoFe alloy, which can effectively increase the exchange coupling magnetic field generated between the magnetic layer 16 and the antiferromagnetic layer 13.

また図5に示す実施形態ではフリー磁性層26が磁性層の2層構造であり、磁性層22は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、一方、磁性層23はCoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金、Coのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 5, the free magnetic layer 26 has a two-layer structure of a magnetic layer, the magnetic layer 22 is a ferromagnetic and half-metal alloy layer, while the magnetic layer 23 is a CoFe alloy or CoFeNi alloy. , NiFe alloy, and Co are preferably used.

なお前記フリー磁性層26は磁性層の2層構造であるが、これが図1に示すような磁性層の3層構造であってもよく、あるいは2層構造であっても図3のような、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層22と、前記磁性層22と非磁性材料層21との間にCoFe合金などからなる磁性層30とが設けられた膜構成であってもよい。   The free magnetic layer 26 has a two-layer structure of a magnetic layer, but this may be a three-layer structure of a magnetic layer as shown in FIG. 1, or a two-layer structure as shown in FIG. A film configuration in which a magnetic layer 22 made of a ferromagnetic and half-metal alloy layer and a magnetic layer 30 made of a CoFe alloy or the like is provided between the magnetic layer 22 and the nonmagnetic material layer 21 may be adopted. .

図5に示す実施形態では、固定磁性層20及びフリー磁性層26は、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層17、22を有し、よってアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが可能になる。   In the embodiment shown in FIG. 5, the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 have magnetic layers 17 and 22 made of a ferromagnetic and half-metal alloy layer, so that up-spin conduction electrons and down-spin conductions. The difference in mean free path with electrons can be made larger than before, and the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved.

図6は本発明における第6実施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である。   FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic detection element according to the sixth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.

図6に示す実施形態では、固定磁性層20は、第2磁性層14と第1磁性層19との間にRuなどからなる非磁性中間層15が介在した積層フェリ構造であるが、前記第1磁性層19は、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層からなり、図1ないし図5のような多層構造ではない。   In the embodiment shown in FIG. 6, the pinned magnetic layer 20 has a laminated ferrimagnetic structure in which a nonmagnetic intermediate layer 15 made of Ru or the like is interposed between the second magnetic layer 14 and the first magnetic layer 19. The one magnetic layer 19 is composed of a single layer of a ferromagnetic and half-metal alloy layer, and does not have a multilayer structure as shown in FIGS.

図6に示すフリー磁性層26も、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。   The free magnetic layer 26 shown in FIG. 6 also has a single-layer structure of a ferromagnetic and half-metal alloy layer.

前記第1磁性層19やフリー磁性層26が、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造であれば、容易にこれらの層を形成することができる。   If the first magnetic layer 19 and the free magnetic layer 26 are a single layer structure of a ferromagnetic and half-metal alloy layer, these layers can be easily formed.

また前記強磁性且つハーフメタル的な合金層に、既に説明したβ値が負の値となる材料(例えばPtMnSnなど)を使用したとき、CoFe合金やNiFe合金など従来、一般的に磁性層として用いられてきた材質はβ値が正の値であるため、これらCoFe合金と、β値が負の値となる強磁性且つハーフメタル的な合金層とを組み合せて使用すると、スピン偏極性が相殺されてしまい大きな抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得ることができず、よってβ値が負の値となる強磁性且つハーフメタル的な合金層は単層で形成することが好ましい。かかる場合、磁性層である第2磁性層14、第1磁性層19及びフリー磁性層26をすべて負のβ値を有する強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成することが好ましい。   Further, when the above-described material having a negative β value (for example, PtMnSn) is used for the ferromagnetic and half-metal alloy layer, it has been conventionally used as a magnetic layer, such as a CoFe alloy or a NiFe alloy. Since the β material has a positive β value, the use of these CoFe alloys in combination with a ferromagnetic and half-metal alloy layer with a negative β value cancels the spin polarization. Therefore, a large resistance change amount (ΔR) and resistance change rate (ΔR / R) cannot be obtained, and therefore, a ferromagnetic and half-metal alloy layer having a negative β value should be formed as a single layer. Is preferred. In such a case, it is preferable that the second magnetic layer 14, the first magnetic layer 19, and the free magnetic layer 26, which are magnetic layers, are all formed of a ferromagnetic and half-metal alloy layer having a negative β value.

図7は本発明における第7実施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である。   FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic detection element according to the seventh embodiment of the present invention, viewed from the side facing the recording medium.

図7に示す実施形態では固定磁性層20は、積層フェリ構造ではなく、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。同様にフリー磁性層26も積層フェリ構造ではなく、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。   In the embodiment shown in FIG. 7, the pinned magnetic layer 20 is not a laminated ferrimagnetic structure, but a single layer structure of a ferromagnetic and half-metal alloy layer. Similarly, the free magnetic layer 26 is not a laminated ferrimagnetic structure but a single layer structure of a ferromagnetic and half-metal alloy layer.

前記固定磁性層20やフリー磁性層26が、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造であれば、容易にこれらの層を形成することができる。   If the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 are a single layer structure of a ferromagnetic and half-metal alloy layer, these layers can be easily formed.

図6、7に示すように、固定磁性層20やフリー磁性層26が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されていれば、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが可能になる。   As shown in FIGS. 6 and 7, if the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 are formed of a ferromagnetic and half-metal alloy layer, the average of the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons. The free path difference can be increased compared to the conventional case, and the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved.

以上のように本発明は、図1ないし図7に示すようにCPP型の磁気検出素子に関わるものであるが、本発明の特徴的部分である強磁性且つハーフメタル的な合金層を、CIP(current in the plane)型、すなわち電流を多層膜の膜面(図示X方向)と平行な方向に流すタイプの磁気検出素子に使用した場合には、抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の増大をほとんど見込めないものと考えられる。その理由は、強磁性且つハーフメタル的な合金層は比抵抗が大きいため他層へのシャントロスが大きくなるからである。   As described above, the present invention relates to a CPP type magnetic sensing element as shown in FIG. 1 to FIG. 7. When used in a (current in the plane) type, that is, a type of magnetic sensing element in which current flows in a direction parallel to the film surface of the multilayer film (X direction in the figure), the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate ( It is considered that almost no increase in ΔR / R) can be expected. The reason is that the ferromagnetic and half-metal alloy layer has a large specific resistance, so that the santros to other layers is large.

よって本発明における強磁性且つハーフメタル的な合金層は、CPP型の磁気検出素子に使用されると、より効果的に抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化量(ΔR/R)の増大を図ることができる。   Therefore, when the ferromagnetic and half-metal alloy layer in the present invention is used for a CPP type magnetic sensing element, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change amount (ΔR / R) are more effectively increased. be able to.

なお、図1ないし図7に示す磁気検出素子では、固定磁性層20及びフリー磁性層26の双方に、強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれていたが、この合金層は、前記固定磁性層20及びフリー磁性層26の少なくとも一方の層に含まれていればよい。   In the magnetic detection element shown in FIGS. 1 to 7, both the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 include a ferromagnetic and half-metal alloy layer. It may be included in at least one of the magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26.

また図1ないし図7に示す実施形態では、強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれている部分の磁性層の多層構造は、最大で3層構造(例えば図1の第1磁性層19やフリー磁性層26を参照のこと)であったが、これが4層以上であってもよい。またかかる場合、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層はどの積層位置に形成されていてもよい。   In the embodiment shown in FIGS. 1 to 7, the multilayer structure of the magnetic layer including the ferromagnetic and half-metal alloy layer has a maximum three-layer structure (for example, the first magnetic layer 19 in FIG. 1). Or the free magnetic layer 26), but this may be four or more layers. In such a case, the ferromagnetic and half-metal alloy layer may be formed at any lamination position.

また図1ないし図7に示す実施形態には、フリー磁性層26側が積層フェリ構造で、固定磁性層20側が、積層フェリ構造ではなく磁性層のみの単層構造あるいは多層構造である形態はないが、当然にこのような形態であってもかまわない。   In the embodiment shown in FIGS. 1 to 7, there is no form in which the free magnetic layer 26 side has a laminated ferrimagnetic structure and the pinned magnetic layer 20 side does not have a laminated ferrimagnetic structure but a single layer structure or a multilayer structure having only a magnetic layer. Of course, such a form may be used.

また図4に示す固定磁性層20やフリー磁性層26が積層フェリ構造である場合、第2磁性層14、33側も、第1磁性層19、31のように強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる単層構造、あるいは前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を含んだ多層構造で形成されていてもかまわない。   When the pinned magnetic layer 20 and the free magnetic layer 26 shown in FIG. 4 have a laminated ferrimagnetic structure, the second magnetic layers 14 and 33 are also ferromagnetic and half-metal alloys like the first magnetic layers 19 and 31. A single-layer structure composed of layers or a multilayer structure including the ferromagnetic and half-metal alloy layer may be used.

さらに図1ないし図7には図示されていない固定磁性層20の積層構造とフリー磁性層26の積層構造の組合わせ、例えば図1に示す固定磁性層20の積層構造と図2に示すフリー磁性層26の積層構造とが組み合わされた磁気検出素子であってもよいことは言うまでもない。   Further, a combination of the laminated structure of the pinned magnetic layer 20 and the laminated structure of the free magnetic layer 26 not shown in FIGS. 1 to 7, for example, the laminated structure of the fixed magnetic layer 20 shown in FIG. 1 and the free magnetic shown in FIG. Needless to say, the magnetic detecting element may be combined with the layered structure of the layer 26.

また図1ないし図7に示す磁気検出素子では、全て、下から反強磁性層13、固定磁性層20、非磁性材料層21およびフリー磁性層26の順に積層形成されているが、これが下からフリー磁性層26、非磁性材料層21、固定磁性層20及び反強磁性層13の順に積層形成されていてもよい。   In all of the magnetic sensing elements shown in FIGS. 1 to 7, the antiferromagnetic layer 13, the pinned magnetic layer 20, the nonmagnetic material layer 21, and the free magnetic layer 26 are laminated in this order from the bottom. The free magnetic layer 26, the nonmagnetic material layer 21, the pinned magnetic layer 20, and the antiferromagnetic layer 13 may be laminated in this order.

さらに図1ないし図7に示す磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが1層づつ設けられたシングルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であるが、本発明は、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、非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層からなるデュアルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造などにも適用可能である。   Further, the magnetic detection element shown in FIGS. 1 to 7 has a structure called a single spin valve thin film element in which a fixed magnetic layer and a free magnetic layer are provided one by one. The present invention can also be applied to a structure called a dual spin valve thin film element including a layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer.

なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサなどにも使用可能なものである。   The magnetic detection element in the present invention can be used not only for a thin film magnetic head mounted on a hard disk device, but also for a magnetic head for tape, a magnetic sensor, and the like.

本発明における第1の実施形態の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、The fragmentary sectional view which looked at the magnetic detection element of a 1st embodiment in the present invention from the surface opposite to a recording medium, 本発明における第2の実施形態の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、The fragmentary sectional view which looked at the magnetic sensing element of a 2nd embodiment in the present invention from the opposing surface side to a recording medium, 本発明における第3の実施形態の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、The fragmentary sectional view which looked at the magnetic detection element of 3rd Embodiment in this invention from the opposing surface side with a recording medium, 本発明における第4の実施形態の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、The fragmentary sectional view which looked at the magnetic detection element of 4th Embodiment in this invention from the opposing surface side with a recording medium, 本発明における第5の実施形態の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、The fragmentary sectional view which looked at the magnetic detection element of 5th Embodiment in this invention from the opposing surface side with a recording medium, 本発明における第6の実施形態の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、The fragmentary sectional view which looked at the magnetic detection element of 6th Embodiment in this invention from the opposing surface side with a recording medium, 本発明における第7の実施形態の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、The fragmentary sectional view which looked at the magnetic detection element of 7th Embodiment in this invention from the opposing surface side with a recording medium, 従来における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、Partial sectional view of a conventional magnetic detection element as seen from the side facing the recording medium,

符号の説明Explanation of symbols

10 下部シールド層
11 下地層
12 シードレイヤ
13 反強磁性層
14、33 第2磁性層
15、32 非磁性中間層
16、17、18、22、23、30 磁性層
19、31 第1磁性層
20 固定磁性層
21 非磁性材料層
25 保護層
26 フリー磁性層
29 上部シールド層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lower shield layer 11 Underlayer 12 Seed layer 13 Antiferromagnetic layers 14, 33 Second magnetic layers 15, 32 Nonmagnetic intermediate layers 16, 17, 18, 22, 23, 30 Magnetic layers 19, 31 First magnetic layer 20 Fixed magnetic layer 21 Nonmagnetic material layer 25 Protective layer 26 Free magnetic layer 29 Upper shield layer

Claims (9)

反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
In a magnetic sensing element provided with a multilayer film having an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive material layer and a free magnetic layer, and a current flows in a direction perpendicular to the film surface of each layer of the multilayer film,
At least one of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer is formed to have a ferromagnetic and half-metal alloy layer.
強磁性且つハーフメタル的な前記合金層のβ値の絶対値が0.7以上である請求項1記載の磁気検出素子、
ここでβは、強磁性層の材質によって決定される値であり、ρ↓/ρ↑=(1+β)/(1−β){ここでρ↓は、伝導電子のうちダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値である}。
The magnetic detection element according to claim 1, wherein the absolute value of the β value of the ferromagnetic and half-metal alloy layer is 0.7 or more.
Here, β is a value determined by the material of the ferromagnetic layer, and ρ ↓ / ρ ↑ = (1 + β) / (1-β) {where ρ ↓ is a conduction electron of a down spin among conduction electrons. It is a specific resistance value, and ρ ↑ is a specific resistance value for conduction electrons of up-spin among conduction electrons}.
強磁性且つハーフメタル的な前記合金層のキュリー温度Tcが200℃以上である請求項1または2に記載の磁気検出素子。   The magnetic detection element according to claim 1 or 2, wherein the ferromagnetic and half-metal alloy layer has a Curie temperature Tc of 200 ° C or higher. 前記合金層は、La0.7Sr0.3MnO、CrO、あるいはFeで形成される請求項1ないし3のいずれかに記載の磁気検出素子。 4. The magnetic detection element according to claim 1, wherein the alloy layer is formed of La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 , CrO 2 , or Fe 3 O 4 . 前記固定磁性層及び/またはフリー磁性層は2層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層以外の磁性層に前記強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成される請求項1ないし4のいずれかに記載の磁気検出素子。   The pinned magnetic layer and / or free magnetic layer has a laminated structure of two or more magnetic layers, and among these magnetic layers, a magnetic layer other than the magnetic layer in contact with the nonmagnetic conductive material layer is provided with the ferromagnetic and half metal layer. The magnetic detection element according to claim 1, wherein a typical alloy layer is formed. 前記強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成された磁性層以外の磁性層はCoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金あるいはCoのいずれかの磁性材料で形成される請求項5に記載の磁気検出素子。   The magnetic detection element according to claim 5, wherein the magnetic layers other than the magnetic layer on which the ferromagnetic and half-metal alloy layer is formed are formed of any one of a magnetic material of CoFe alloy, CoFeNi alloy, NiFe alloy, or Co. . 前記固定磁性層及び/またはフリー磁性層は磁性層の3層構造からなり、それら3層のうち、真ん中の磁性層に強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成される請求項1ないし4のいずれかに記載の磁気検出素子。   5. The fixed magnetic layer and / or the free magnetic layer has a three-layer structure of magnetic layers, and among these three layers, a ferromagnetic and half-metal alloy layer is formed in the middle magnetic layer. Any one of the magnetic detection elements. 前記真ん中の磁性層以外の磁性層はCoFe合金、CoFeNi合金、NiFe合金あるいはCoのいずれかの磁性材料で形成される請求項7記載の磁気検出素子。   8. The magnetic sensing element according to claim 7, wherein the magnetic layers other than the middle magnetic layer are formed of a magnetic material of any one of a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, a NiFe alloy, and Co. 前記固定磁性層及び/またはフリー磁性層は、第1磁性層と第2磁性層間に非磁性中間層が介在する積層フェリ構造であり、少なくとも前記磁性層のうち非磁性導電材料層と接する側の第1磁性層が、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を有する多層構造、あるいは前記強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造で形成される請求項1ないし4のいずれかに記載の磁気検出素子。   The pinned magnetic layer and / or free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure in which a nonmagnetic intermediate layer is interposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer, and at least the magnetic layer on the side in contact with the nonmagnetic conductive material layer The first magnetic layer is formed of a multilayer structure having the ferromagnetic and half-metal alloy layer or a single-layer structure of the ferromagnetic and half-metal alloy layer. Magnetic detection element.
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