JP2005327872A - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよび磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流したときに大きな磁気抵抗変化を得ることができるようにする。
【解決手段】ＭＲ素子５は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層２４と、非磁性導電層２４における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層２５と、非磁性導電層２４の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層２３とを備えている。ピンド層２３は、第１ピンド層３１、結合層３３および第２ピンド層３２を有している。第２ピンド層３２は、それぞれ磁性材料よりなる３つの磁性層４１，４２，４３を有している。磁性層４１，４２の間と磁性層４２，４３の間には、それぞれ、Ｃｕ膜、磁性膜およびＣｕ膜よりなる積層体が挿入されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子、ならびに、この磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよび磁気ディスク装置に関する。

近年、磁気ディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Anisotropic Magnetoresistive）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunnel-type Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。

再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。最近では、面記録密度の更なる向上に対応するために、ＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの開発が進められている。

スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般的には、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、この非磁性導電層の一方の面に隣接するように配置されたフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置されたピンド層と、このピンド層における非磁性導電層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層とを有している。フリー層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。ピンド層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、ピンド層との交換結合により、ピンド層における磁化の方向を固定する層である。

ところで、従来のＧＭＲヘッドでは、磁気的信号検出用の電流（以下、センス電流という。）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流す構造になっていた。このような構造は、ＣＩＰ（Current In Plane）構造と呼ばれる。これに対し、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流す構造のＧＭＲヘッドの開発も進められている。このような構造は、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造と呼ばれる。以下、ＣＰＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＰＰ−ＧＭＲ素子と呼び、ＣＩＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ぶ。なお、前述のＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドもＣＰＰ構造となる。

ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子に比べて抵抗が小さいことや、トラック幅が小さくなったときにＣＩＰ−ＧＭＲ素子に比べて大きな出力が得られること等の利点があることから、高い将来性を持つものとして期待されている。

しかしながら、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子における各層の構成を、そのままＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用しても、十分な磁気抵抗変化を得ることができない。その大きな要因としては、次の２つがある。１つの要因は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、磁気抵抗変化に寄与する部分、すなわちフリー層、ピンド層および非磁性導電層からなる部分の抵抗が素子全体の抵抗の中で占める割合が小さいことである。もう１つの要因は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子に比べて、磁性層と非磁性層の界面におけるスピンに依存した電子の散乱（以下、界面散乱と言う。）による磁気抵抗変化が小さいことである。すなわち、通常のＧＭＲ素子では、磁性層と非磁性層の界面は、非磁性導電層とフリー層との間と、非磁性導電層とピンド層との間の２つである。それでも、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子では、センス電流は、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流されるため、界面散乱による磁気抵抗変化が十分に得られる。これに対し、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、センス電流は、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流されるため、ＧＭＲ素子における磁気抵抗変化に対する界面散乱の寄与は小さい。

ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、ＧＭＲ素子における磁気抵抗変化に対して、磁性層内におけるスピンに依存した電子の散乱（以下、バルク散乱と言う。）の寄与が大きい。そのため、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において大きな磁気抵抗変化を得るためには、磁性層であるフリー層およびピンド層の厚さを大きくすることが効果的である。しかしながら、フリー層の厚さを大きくすると、フリー層における磁化の方向が変化しにくくなるという問題が生じる。また、ピンド層の厚さを大きくすると、反強磁性層によってピンド層における磁化の方向を十分強固に固定することが難しくなるという問題が生じる。従って、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、フリー層およびピンド層の厚さを大きくして磁気抵抗変化を大きくすることには限界がある。

特許文献１には、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において大きな磁気抵抗変化を得るために、フリー層またはピンド層に非磁性金属層を挿入して、界面散乱を生じさせる界面の数を増やす技術が記載されている。特許文献１には、具体的には、ＣｏＦｅＢからなる強磁性金属層とＣｕからなる非磁性金属層を交互に積層した構造のフリー層を含むＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。

ところで、磁性層内における上向きスピンの電気伝導率と下向きスピンの電気伝導率との非対称性は、バルク散乱係数βで表される。具体的には、磁性層内における上向きスピンの電気伝導率をσ_ｂ↑、磁性層内における下向きスピンの電気伝導率をσ_ｂ↓とすると、バルク散乱係数βは、以下の式で表される。

β＝（σ_ｂ↑−σ_ｂ↓）／（σ_ｂ↑＋σ_ｂ↓）

同様に、磁性層と非磁性層の界面における上向きスピンの電気伝導率と下向きスピンの電気伝導率との非対称性は、界面散乱係数γで表される。具体的には、界面における上向きスピンの電気伝導率をσ_ｉ↑、界面における下向きスピンの電気伝導率をσ_ｉ↓とすると、界面散乱係数γは、以下の式で表される。

γ＝（σ_ｉ↑−σ_ｉ↓）／（σ_ｉ↑＋σ_ｉ↓）

バルク散乱係数βの絶対値が大きいほど磁気抵抗変化は大きくなる。同様に、界面散乱係数γの絶対値が大きいほど磁気抵抗変化は大きくなる。ただし、ある磁性層のバルク散乱係数βの正負の符号と、その磁性層と非磁性層の界面の界面散乱係数γの正負の符号とが異なる場合には、バルク散乱による磁気抵抗変化と界面散乱による磁気抵抗変化とが打ち消し合う。

バルク散乱係数βは、磁性層を構成する材料に依存し、界面散乱係数γは、磁性層を構成する材料と非磁性層を構成する材料との組み合わせに依存する。非特許文献１には、各種の材料についてバルク散乱係数βおよび界面散乱係数γを求めた結果が示されている。

特開２００３−１５２２３９号公報 フィジカル・レビュー・ビー（Physical Review B）,米国，アメリカン・フィジカル・ソサイアティ（The American Physical Society），１９９９年９月１日，第６０巻，第９号，ｐ．６７１０−６７２２

特許文献１には、フリー層の構造として、約１〜２ｎｍの強磁性金属層を２〜３層、非磁性金属層を介して積層した構造が望ましいと記載されている。そして、特許文献１には、一定の厚さの強磁性金属層と一定の厚さの非磁性金属層とを交互に積層した構造のフリー層が記載されている。しかしながら、このような構造では、各強磁性金属層が所望の磁気特性を有するようにするために各強磁性金属層の厚さを約１〜２ｎｍとすると、フリー層全体の厚さが大きくなり、フリー層における磁化の方向が変化しにくくなるという問題が生じる。また、ピンド層の構造を、一定の厚さの強磁性金属層と一定の厚さの非磁性金属層とを交互に積層した構造とした場合には、ピンド層全体の厚さが大きくなり、反強磁性層によってピンド層における磁化の方向を十分強固に固定することが難しくなるという問題が生じる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流したときに大きな磁気抵抗変化を得ることができるようにした磁気抵抗効果素子、ならびに、この磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよび磁気ディスク装置を提供することにある。

本発明の磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、非磁性導電層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層とを備えている。本発明において、フリー層とピンド層の少なくとも一方は、それぞれ磁性材料よりなる第１および第２の磁性層と、第１および第２の磁性層の間において第１の磁性層に隣接するように配置された第１の非磁性膜と、第１および第２の磁性層の間において第２の磁性層に隣接するように配置された第２の非磁性膜と、第１および第２の非磁性膜の間において、これらに接するように配置された磁性膜とを有している。第１および第２の非磁性膜は、いずれも銅よりなる。磁性膜は、コバルト、ニッケル、鉄のいずれかを含む磁性材料よりなり、且つ０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有している。

本発明の磁気抵抗効果素子では、第１の非磁性膜と第１の磁性層との間、第１の非磁性膜と磁性膜との間、第２の非磁性膜と第２の磁性層との間、第２の非磁性膜と磁性膜との間に、界面散乱係数の大きな界面が形成される。これにより、本発明の磁気抵抗効果素子では、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流したときに大きな磁気抵抗変化を得ることが可能になる。また、本発明では、磁性膜の厚さが０より大きく０．５ｎｍ以下であることから、フリー層またはピンド層の全体の厚さをあまり大きくすることなく、第１および第２の磁性層の厚さを、所望の磁気特性を得るために十分な厚さにすることができる。

本発明の磁気抵抗効果素子において、第１および第２の非磁性膜は、いずれも、０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有していてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、第１および第２の磁性層は、いずれも、１ｎｍ以上、２ｎｍ以下の厚さを有していてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、磁性膜は、コバルト−マンガン合金よりなるものであってもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、磁性膜は、コバルト−鉄合金またはニッケル−鉄合金よりなるものであってもよい。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果素子と、磁気的信号検出用の電流を、磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極とを備えたものである。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを備えたものである。

本発明の磁気ディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。

本発明の磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリまたは磁気ディスク装置では、第１の非磁性膜と第１の磁性層との間、第１の非磁性膜と磁性膜との間、第２の非磁性膜と第２の磁性層との間、第２の非磁性膜と磁性膜との間に、界面散乱を生じさせる界面が形成される。これにより、本発明によれば、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流したときに大きな磁気抵抗変化を得ることが可能になるという効果を奏する。また、本発明では、磁性膜の厚さが０より大きく０．５ｎｍ以下であることから、フリー層またはピンド層の全体の厚さをあまり大きくすることなく、第１および第２の磁性層の厚さを、所望の磁気特性を得るために十分な厚さにすることができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図３および図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成および製造方法の概略について説明する。図３は薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図、図４は薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。

本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の絶縁材料よりなる絶縁層２を、例えば１〜５μｍの厚さに形成する。次に、絶縁層２の上に、めっき法等によって、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の第１のシールド層３を、所定のパターンに形成する。次に、図示しないが、全体に、例えばアルミナよりなる絶縁層を形成する。次に、例えば化学機械研磨（以下、ＣＭＰという。）によって、第１のシールド層３が露出するまで絶縁層を研磨して、第１のシールド層３および絶縁層の上面を平坦化する。

次に、第１のシールド層３の上に、再生用のＭＲ素子５を形成する。次に、図示しないが、ＭＲ素子５の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆うように絶縁膜を形成する。絶縁膜は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。次に、絶縁膜を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように２つのバイアス磁界印加層１８を形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層１８の周囲に配置されるように絶縁層７を形成する。絶縁層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。

次に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層１８および絶縁層７の上に、磁性材料からなり、記録ヘッドの下部磁極層を兼ねた再生ヘッドの第２のシールド層８を形成する。なお、第２のシールド層８に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。第２のシールド層８は、例えばめっき法またはスパッタリング法によって形成される。なお、第２のシールド層８の代わりに、第２のシールド層と、この第２のシールド層の上にスパッタリング法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁極層とを設けてもよい。

次に、第２のシールド層８の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚さに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。

次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図３において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。

トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部とを有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。

トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、第２のシールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。

次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および第２のシールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図４に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および第２のシールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。

次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚さに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えばＣＭＰによって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。

次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図３において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して第２のシールド層８に接続されている。

次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。

このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面としてのエアベアリング面２０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドの構成については、後で詳しく説明する。

記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層（第２のシールド層８）および上部磁極層１２と、この下部磁極層の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図３に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、エアベアリング面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。

次に、図１および図２を参照して、再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１はＭＲ素子の層の構成を示す断面図である。図２は再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。

図２に示したように、本実施の形態における再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、第１のシールド層３と第２のシールド層８との間に配置されたＭＲ素子５と、ＭＲ素子５の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆う絶縁膜６と、絶縁膜６を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接する２つのバイアス磁界印加層１８とを備えている。絶縁膜６は、例えばアルミナによって形成される。バイアス磁界印加層１８は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。具体的には、バイアス磁界印加層１８は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成される。

本実施の形態における再生ヘッドは、ＣＰＰ構造の再生ヘッドである。第１のシールド層３と第２のシールド層８は、センス電流を、ＭＲ素子５に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。なお、第１のシールド層３および第２のシールド層８とは別に、ＭＲ素子５の上下に一対の電極を設けてもよい。ＭＲ素子５は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子である。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。センス電流は、ＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流れる。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

図１および図２に示したように、ＭＲ素子５は、第１のシールド層３の上に順に積層された下地層２１、反強磁性層２２、ピンド層２３、非磁性導電層２４、フリー層２５および保護層２６を備えている。ピンド層２３は磁化の方向が固定された層であり、反強磁性層２２は、ピンド層２３との交換結合により、ピンド層２３における磁化の方向を固定する層である。下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層２２とピンド層２３との交換結合を良好にするために設けられる。フリー層２５は、軟磁性層からなり、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。保護層２６は、その下の各層を保護するための層である。

下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍである。下地層２１としては、例えばＴａ層とＮｉＦｅＣｒ層との積層体が用いられる。

反強磁性層２２の厚さは、例えば５〜３０ｎｍである。反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｒ、ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種Ｍ_IIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は３５原子％以上９５原子％以下、その他の元素Ｍ_IIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層２２は、そのどちらにより構成されていてもよい。

なお、非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎあるいはＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎおよびＰｔＲｈＭｎ等がある。

ピンド層２３では、反強磁性層２２との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。本実施の形態におけるピンド層２３は、反強磁性層２２の上に順に積層された第１ピンド層３１、結合層３３および第２ピンド層３２を有し、いわゆるシンセティックピンド層になっている。第１ピンド層３１と第２ピンド層３２は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む強磁性材料により構成された磁性層を含んでいる。特に、この強磁性材料の（１１１）面は積層方向に配向していることが好ましい。第１ピンド層３１および第２ピンド層３２を構成する材料には、Ｂ等の添加物が加えられていてもよい。第１ピンド層３１と第２ピンド層３２は、反強磁性結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。第１ピンド層３１の厚さは、例えば３〜７ｎｍである。第２ピンド層３２の厚さは、例えば３〜７ｎｍである。

ピンド層２３における結合層３３の厚さは、例えば０．２〜１．２ｎｍである。結合層３３は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、ＣｒおよびＺｒからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この結合層３３は、第１ピンド層３１と第２ピンド層３２の間に反強磁性交換結合を生じさせ、第１ピンド層３１の磁化と第２ピンド層３２の磁化とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、第１ピンド層３１の磁化と第２ピンド層３２の磁化が互いに逆方向というのは、これら２つの磁化の方向が互いに１８０°異なる場合のみならず、２つの磁化の方向が１８０°±２０°異なる場合を含む。

非磁性導電層２４の厚さは、例えば１．０〜４．０ｎｍである。非磁性導電層２４は、例えば、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇからなる群のうち少なくとも１種を８０重量％以上含む非磁性の導電性材料により構成されている。

フリー層２５の厚さは、例えば１．０〜８．０ｎｍである。フリー層２５は、単層で構成されていてもよいし、２つ以上の層によって構成されていてもよい。ここでは、フリー層２５が２つの軟磁性層で構成される場合の例を挙げる。２つの軟磁性層のうち、非磁性導電層２４側の層を第１の軟磁性層と呼び、保護層２６側の層を第２の軟磁性層と呼ぶ。

第１の軟磁性層の厚さは、例えば０．５〜３ｎｍである。第１の軟磁性層は、例えば、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む磁性材料により構成されている。具体的には、第１の軟磁性層は、（１１１）面が積層方向に配向しているＣｏ_xＦｅ_yＮｉ_100-(x+y)により構成されることが好ましい。式中、ｘ，ｙはそれぞれ原子％で７０≦ｘ≦１００、０≦ｙ≦２５の範囲内である。

第２の軟磁性層の厚さは、例えば０．５〜８ｎｍである。第２の軟磁性層は、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｈ、ＭｏおよびＮｂからなる群のうち少なくともＮｉを含む磁性材料により構成されている。具体的には、第２の軟磁性層は、［Ｎｉ_xＣｏ_yＦｅ_100-(x+y)］_100-ZＭ_IZにより構成されることが好ましい。式中、Ｍ_Iは、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｈ、ＭｏおよびＮｂのうち少なくとも１種を表し、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ原子％で７５≦ｘ≦９０、０≦ｙ≦１５、０≦ｚ≦１５の範囲内である。

保護層２６の厚さは、例えば０．５〜１０ｎｍである。保護層２６としては、例えばＣｕ層とＴａ層との積層体が用いられる。

ＭＲ素子５を構成する各層は、例えばスパッタリング法によって形成される。また、ＭＲ素子５の形成工程では、ＭＲ素子５を構成する各層を形成した後、ピンド層２３における磁化方向を固定するために、磁界中で、例えば２７０℃、４時間のアニール（熱処理）を行なう。ＭＲ素子５の上面の形状は、例えば、縦０．１μｍ、横０．１μｍの正方形である。

なお、ＭＲ素子５の層の構成は、図１または図２に示した構成と上下が逆の構成であってもよい。また、ＭＲ素子５の層の構成としては、図１または図２におけるフリー層２５と保護層２６との間に、フリー層２５側から順に配置された非磁性導電層、ピンド層、反強磁性層を設けてデュアルスピンバルブの構成としてもよい。この場合にフリー層２５と保護層２６との間に設けられる非磁性導電層、ピンド層、反強磁性層の構成は、それぞれ非磁性導電層２４、ピンド層２３、反強磁性層２２と同様である。

次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。

再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層１８によるバイアス磁界の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、フリー層２５の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。一方、ピンド層２３の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向に固定されている。

ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層２５の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層２５の磁化の方向とピンド層２３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときのシールド層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

次に、本実施の形態に係るＭＲ素子５の特徴について説明する。本実施の形態に係るＭＲ素子５は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層２４と、非磁性導電層２４における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層２５と、非磁性導電層２４の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層２３とを備えている。本実施の形態におけるピンド層２３は、第１ピンド層３１、結合層３３および第２ピンド層３２を有している。第２ピンド層３２は、それぞれ磁性材料よりなる３つの磁性層４１，４２，４３を有している。磁性層４１は、結合層３３に隣接するように配置されている。磁性層４３は、非磁性導電層２４に隣接するように配置されている。磁性層４２は、磁性層４１と磁性層４３との間に配置されている。磁性層４１，４２，４３は、１ｎｍ以上、２ｎｍ以下の厚さを有していることが好ましい。

第２ピンド層３２は、更に、磁性層４１と磁性層４２との間において磁性層４１に隣接するように配置された非磁性膜５１と、磁性層４１と磁性層４２との間において磁性層４２に隣接するように配置された非磁性膜５２と、非磁性膜５１，５２の間において、これらに接するように配置された磁性膜５３とを有している。非磁性膜５１，５２は、本発明における第１および第２の非磁性膜に対応する。非磁性膜５１，５２および磁性膜５３に関しては、磁性層４１が本発明における第１の磁性層に対応し、磁性層４２が本発明における第２の磁性層に対応する。

第２ピンド層３２は、更に、磁性層４２と磁性層４３との間において磁性層４２に隣接するように配置された非磁性膜６１と、磁性層４２と磁性層４３との間において磁性層４３に隣接するように配置された非磁性膜６２と、非磁性膜６１，６２の間において、これらに接するように配置された磁性膜６３とを有している。非磁性膜６１，６２は、本発明における第１および第２の非磁性膜に対応する。非磁性膜６１，６２および磁性膜６３に関しては、磁性層４２が本発明における第１の磁性層に対応し、磁性層４３が本発明における第２の磁性層に対応する。

非磁性膜５１，５２，６１，６２は、いずれも銅（Ｃｕ）よりなる。また、非磁性膜５１，５２，６１，６２は、０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有していることが好ましい。非磁性膜５１，５２，６１，６２は、例えばスパッタリング法によって形成される。非磁性膜５１，５２，６１，６２の厚さは、平均で０．０５ｎｍ以上であることが好ましく、０．２ｎｍ以上であることがより好ましい。０．０５ｎｍという厚さは、成膜可能な非磁性膜５１，５２，６１，６２の厚さの下限値とほぼ等しい。

磁性膜５３，６３は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）のいずれかを含む磁性材料よりなる。また、磁性膜５３，６３は、０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有している。磁性膜５３，６３は、例えばスパッタリング法によって形成される。磁性膜５３，６３の厚さは、平均で０．０５ｎｍ以上であることが好ましく、０．２ｎｍ以上であることがより好ましい。０．０５ｎｍという厚さは、成膜可能な磁性膜５３，６３の厚さの下限値とほぼ等しい。

非特許文献１からも分かるように、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれかを含む磁性材料よりなる膜とＣｕよりなる膜との界面では、界面散乱係数γが比較的大きくなる。本実施の形態では、このように界面散乱係数γが比較的大きくなる界面が、磁性層４１と非磁性膜５１との間、非磁性膜５１と磁性膜５３との間、磁性膜５３と非磁性膜５２との間、非磁性膜５２と磁性層４２との間、磁性層４２と非磁性膜６１との間、非磁性膜６１と磁性膜６３との間、磁性膜６３と非磁性膜６２との間、非磁性膜６２と磁性層４３との間に形成される。従って、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流したときに、大きな磁気抵抗変化を得ることができる。

また、本実施の形態では、磁性膜５３，６３の厚さが０より大きく０．５ｎｍ以下であることから、第２ピンド層３２の全体の厚さおよびピンド層２３全体の厚さをあまり大きくすることなく、磁性層４１，４２，４３の厚さを、所望の磁気特性を得るために十分な厚さ、例えば１ｎｍ以上、２ｎｍ以下の厚さにすることができる。

磁性膜５３，６３の材料としては、特に、コバルト−マンガン合金（以下、ＣｏＭｎと記す。）が好ましい。それは、非特許文献１中のＴＡＢＬＥ．１に記載されているように、ＣｏＭｎ膜とＣｕ膜との界面における界面散乱係数γは非常に大きいことから、磁性膜５３，６３の材料としてＣｏＭｎを用いることにより、磁性膜５３，６３とこれらに接する非磁性膜５１，５２，６１，６２との界面における界面散乱係数γを非常に大きくすることができるからである。同様の理由から、磁性膜５３，６３の材料としては、コバルト−鉄合金（以下、ＣｏＦｅと記す。）や、ニッケル−鉄合金（以下、ＮｉＦｅと記す。）も好ましい。

ところで、非特許文献１中のＴＡＢＬＥ．１から分かるように、ＣｏＭｎ膜とＣｕ膜との界面における界面散乱係数γは正の値であるのに対し、ＣｏＭｎ膜のバルク散乱係数βは負の値である。そのため、磁性膜５３，６３としてＣｏＭｎ膜を用いた場合、界面散乱による磁気抵抗変化とバルク散乱による磁気抵抗変化と界面散乱による磁気抵抗変化とが打ち消し合う。そのため、磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜が厚すぎると、界面散乱係数γの大きな界面の数が増えたにもかかわらず、ＭＲ素子５全体の磁気抵抗変化があまり大きくならなかったり、負のバルク散乱係数βによる磁気抵抗変化の方が優勢になったりする。しかしながら、本実施の形態では、磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さは、０より大きく０．５ｎｍ以下と、非常に小さいため、ＣｏＭｎ膜におけるバルク散乱による磁気抵抗変化も非常に小さくなる。従って、本実施の形態によれば、磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜におけるバルク散乱による磁気抵抗変化は、ほぼ無視することができ、ＣｏＭｎ膜とＣｕ膜の界面における大きな界面散乱係数γに起因して、大きな磁気抵抗変化を得ることができる。

なお、非特許文献１中のＴＡＢＬＥ．１には、ＣｏＭｎ（Ｃｏ９５％：Ｍｎ５％）層のバルク散乱による磁気抵抗変化とＣｏＭｎ層とＣｕ層の界面における界面散乱による磁気抵抗変化とが相殺されるＣｏＭｎ層の厚さ（補償厚さ）ｔ^＊として５０ｎｍという値が記載されている。この補償厚さに比べて、本実施の形態における磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さは非常に小さい。このことから、本実施の形態では、磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜におけるバルク散乱による磁気抵抗変化は、ほぼ無視することができることが分かる。

また、磁性膜５３，６３の材料としてＣｏＦｅやＮｉＦｅを用いた場合には、ＣｏＦｅ膜やＮｉＦｅ膜のバルク散乱係数βが正の値であることから、界面散乱による磁気抵抗変化とバルク散乱による磁気抵抗変化と界面散乱による磁気抵抗変化とが打ち消し合うことはない。しかしながら、本実施の形態では、ピンド層２３はシンセティックピンド層になっているため、第２ピンド層３２中の磁性膜５３，６３を厚くすると、第１ピンド層３１も厚くする必要が生じる。第１ピンド層３１を厚くすると、寄生抵抗の増加、第１ピンド層３１による負の磁気抵抗変化の増加、ＭＲ素子５全体の厚さの増加等の不具合が生じる。従って、磁性膜５３，６３の材料としてＣｏＦｅやＮｉＦｅを用いる場合でも、磁性膜５３，６３が厚すぎることは好ましくない。

以下、本実施の形態に係るＭＲ素子５の実施例と、この実施例と比較するための比較例とについて、抵抗変化率を比較した結果について説明する。抵抗変化率は、第１のシールド層３に一方の電流供給用端子と一方の電圧検出用端子とを接続し、第２のシールド層８に他方の電流供給用端子と他方の電圧検出用端子とを接続して、四端子法によって測定した。

まず、下記の表に、比較例１および比較例２のＭＲ素子の構成と抵抗変化率を示す。なお、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第１列はＭＲ素子の各層を示し、第２列は各層の具体的な構成を示している。第２列において、例えば“Ｔａ”はＴａ層を表している。また、第２列における各層の上下関係は、ＭＲ素子における各層の上下関係と一致している。また、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第３列は、比較例１について、第２列に記載された各層の厚さを示し、第４列は、比較例２について、第２列に記載された各層の厚さを示している。なお、厚さの単位はｎｍである。下記の表において、最終行は、比較例１，２の各ＭＲ素子の抵抗変化率を示している。

比較例１のＭＲ素子の構成は、基本的には、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子の構成と同じである。ただし、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、磁気抵抗変化に対してバルク散乱の寄与が大きいため、比較例１のＭＲ素子では、一般的なＣＩＰ−ＧＭＲ素子に比べて、磁性層の厚さを大きくしている。なお、磁性層の厚さを、上記の表に記載した値よりも大きくすることで、若干の抵抗変化率の向上が期待される。しかし、フリー層の厚さを大きくし過ぎると、フリー層における磁化の方向が変化しにくくなり、また、スピンが維持される長さ（スピン拡散長）を超えて磁性層の厚さを大きくすることは効果的ではない。これらのことを考慮して、比較例１における各層の厚さを上記の表に示したように決定した。

なお、比較例１および比較例２において、第１ピンド層および第２ピンド層におけるＣｏＦｅ層を構成するＣｏＦｅの組成は、Ｃｏ：５０原子％、Ｆｅ：５０原子％である。また、フリー層におけるＣｏＦｅ層を構成するＣｏＦｅの組成は、Ｃｏ：９０原子％、Ｆｅ：１０原子％であり、フリー層におけるＮｉＦｅ層を構成するＮｉＦｅの組成は、Ｎｉ：８２原子％、Ｆｅ：１８原子％である。

比較例１のＭＲ素子では、第２ピンド層は、ＣｏＦｅ層のみによって構成されている。この比較例１のＭＲ素子の抵抗変化率は１％未満である。これに対し、比較例２のＭＲ素子では、第２ピンド層は、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、厚さ０．２ｎｍのＣｕ層、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、厚さ０．２ｎｍのＣｕ層および厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層を積層した構成としている。これにより、比較例２のＭＲ素子では、ＣｏＦｅ層とＣｕ層の界面が４つ形成されている。その結果、比較例２のＭＲ素子の抵抗変化率は、比較例１のＭＲ素子の抵抗変化率よりも大きくなっている。

次に、下記の表に、実施例１〜５および比較例３のＭＲ素子の構成と抵抗変化率を示す。なお、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第１列はＭＲ素子の各層を示し、第２列は各層の具体的な構成を示している。第２列における各層の上下関係は、ＭＲ素子における各層の上下関係と一致している。また、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第３列ないし第８列は、それぞれ、実施例１〜５および比較例３について、第２列に記載された各層の厚さを示している。なお、厚さの単位はｎｍである。下記の表において、最終行は、実施例１〜５および比較例３の各ＭＲ素子の抵抗変化率を示している。

実施例１のＭＲ素子５では、第２ピンド層３２は、磁性層４１としての厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、非磁性膜５１としての厚さ０．１ｎｍのＣｕ膜、磁性膜５３としての厚さ０．１ｎｍのＣｏＭｎ膜、非磁性膜５２としての厚さ０．１ｎｍのＣｕ膜、磁性層４２としての厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、非磁性膜６１としての厚さ０．１ｎｍのＣｕ膜、磁性膜６３としての厚さ０．１ｎｍのＣｏＭｎ膜、非磁性膜６２としての厚さ０．１ｎｍのＣｕ膜、磁性層４３としての厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層を積層した構成としている。

実施例２ないし実施例５および比較例３の各ＭＲ素子５では、非磁性膜５１，５２，６１，６２としてのＣｕ膜の厚さと磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さが実施例１と異なり、その他の構成は実施例１と同じである。実施例２では、非磁性膜５１，５２，６１，６２としてのＣｕ膜の厚さおよび磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さを０．２ｎｍとしている。実施例３では、非磁性膜５１，５２，６１，６２としてのＣｕ膜の厚さおよび磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さを０．３ｎｍとしている。実施例４では、非磁性膜５１，５２，６１，６２としてのＣｕ膜の厚さおよび磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さを０．５ｎｍとしている。実施例５では、非磁性膜５１，５２，６１，６２としてのＣｕ膜の厚さを０．１ｎｍとし、磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さを０．２ｎｍとしている。比較例３では、非磁性膜５１，５２，６１，６２としてのＣｕ膜の厚さおよび磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜の厚さを１．０ｎｍとしている。

なお、実施例１ないし実施例５および比較例３において、第１ピンド層および第２ピンド層におけるＣｏＦｅ層を構成するＣｏＦｅの組成、フリー層におけるＣｏＦｅ層を構成するＣｏＦｅの組成、フリー層におけるＮｉＦｅ層を構成するＮｉＦｅの組成は、比較例１および比較例２と同じである。実施例２ないし実施例５および比較例３において、磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜を構成するＣｏＭｎの組成は、Ｃｏ：９５原子％、Ｍｎ：５原子％である。

実施例１ないし実施例５では、いずれも、抵抗変化率は２％以上になり、比較例１および比較例２に比べて大幅に大きくなっている。これは、界面散乱係数γの大きなＣｏＭｎ膜とＣｕ膜の界面が多く存在することによる効果が顕著に現れたためであると考えられる。なお、実施例１ないし実施例５では、いずれも、Ｃｕ膜およびＣｏＭｎ膜の厚さが非常に小さいことから、これらを第２ピンド層に挿入しない場合と比べて、第２ピンド層の磁気特性に大きな違いは見られなかった。

比較例３では、抵抗変化率は１．３％という小さな値になっており、このことからも、磁性膜５３，６３としてのＣｏＭｎ膜が厚すぎることは好ましくないことが分かる。

次に、下記の表に、実施例６のＭＲ素子の構成と抵抗変化率を示す。なお、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第１列はＭＲ素子の各層を示し、第２列は各層の具体的な構成を示している。第２列における各層の上下関係は、ＭＲ素子における各層の上下関係と一致している。また、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第３列は、実施例６について、第２列に記載された各層の厚さを示している。なお、厚さの単位はｎｍである。下記の表において、最終行は、実施例６のＭＲ素子の抵抗変化率を示している。

実施例６の各ＭＲ素子５の構成は、磁性膜５３，６３が厚さ０．２ｎｍのＣｏＦｅ膜であることを除いて、実施例２と同じである。なお、実施例６において、磁性膜５３，６３としてのＣｏＦｅ膜を構成するＣｏＦｅの組成は、Ｃｏ：５０原子％、Ｆｅ：５０原子％である。

実施例６では、比較例１および比較例２に比べて大きな抵抗変化率が得られている。このことから、磁性膜５３，６３の材料としてＣｏＦｅを用いても、ＭＲ素子５の抵抗変化率を大きくすることができることが分かる。

次に、下記の表に、磁性膜５３，６３の材料の組成が異なる８つのＭＲ素子５についてＭＲ素子５の抵抗変化率を調べた結果を示す。なお、この８つのＭＲ素子５において、磁性膜５３，６３の材料以外は、実施例２および実施例６と同じである。下記の表から、磁性膜５３，６３の材料としてＣｏＦｅやＣｏＭｎを用いる場合には、それらの材料の広い組成範囲で、大きな抵抗変化率が得られることが分かる。また、下記の表から、磁性膜５３，６３の材料としてＮｉＦｅを用いた場合にも、比較例１および比較例２に比べて大きな抵抗変化率が得られることが分かる。

次に、比較例１、比較例２、実施例２および実施例６の各ＭＲ素子について、５ｍＡのセンス電流を流して再生出力を測定した結果を示す。ここでは、各ＭＲ素子の再生出力を、比較例１のＭＲ素子の再生出力が１．０となるように規格化して得られる規格化再生出力で表わしている。

上記の表から分かるように、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５の再生出力を大きくすることができる。

以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよび磁気ディスク装置について説明する。まず、図５を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。磁気ディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体である磁気ディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図３における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、磁気ディスクに対向するようになっている。この一面には、エアベアリング面２０が形成されている。磁気ディスクが図５におけるｚ方向に回転すると、磁気ディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図５におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって磁気ディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図５におけるｘ方向は、磁気ディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図５における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。

次に、図６を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図６は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図７および図８を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係る磁気ディスク装置について説明する。図７は磁気ディスク装置の要部を示す説明図、図８は磁気ディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気ディスク装置に組み込まれる。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の磁気ディスク２６２を有している。各磁気ディスク２６２毎に、磁気ディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共に磁気ディスク２６２に対して位置決めする。

本実施の形態に係る磁気ディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を磁気ディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、磁気ディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、磁気ディスク２６２に記録されている情報を再生する。

本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよび磁気ディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。

［第２の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るＭＲ素子の構成について説明する。図９は、本実施の形態に係るＭＲ素子５の層の構成を示す断面図である。本実施の形態では、第２ピンド層３２とフリー層２５の構成が第１の実施の形態とは異なっている。

本実施の形態における第２ピンド層３２は、非磁性膜５１、磁性膜５３、非磁性膜５２よりなる積層体および非磁性膜６１、磁性膜６３、非磁性膜６２よりなる積層体を含んでいない。しかし、本実施の形態における第２ピンド層３２は、複数の磁性層と、隣接する磁性層の間に配置された非磁性層を含んでいてもよい。

本実施の形態におけるフリー層２５は、それぞれ磁性材料よりなる３つの磁性層７１，７２，７３を有している。磁性層７１は、非磁性導電層２４に隣接するように配置されている。磁性層７３は、保護層２６に隣接するように配置されている。磁性層７２は、磁性層７１と磁性層７３との間に配置されている。磁性層７１，７２，７３は、１ｎｍ以上、２ｎｍ以下の厚さを有していることが好ましい。

フリー層２５は、更に、磁性層７１と磁性層７２との間において磁性層７１に隣接するように配置された非磁性膜８１と、磁性層７１と磁性層７２との間において磁性層７２に隣接するように配置された非磁性膜８２と、非磁性膜７１，７２の間において、これらに接するように配置された磁性膜８３とを有している。非磁性膜８１，８２は、本発明における第１および第２の非磁性膜に対応する。非磁性膜８１，８２および磁性膜８３に関しては、磁性層７１が本発明における第１の磁性層に対応し、磁性層７２が本発明における第２の磁性層に対応する。

フリー層２５は、更に、磁性層７２と磁性層７３との間において磁性層７２に隣接するように配置された非磁性膜９１と、磁性層７２と磁性層７３との間において磁性層７３に隣接するように配置された非磁性膜９２と、非磁性膜９１，９２の間において、これらに接するように配置された磁性膜９３とを有している。非磁性膜９１，９２は、本発明における第１および第２の非磁性膜に対応する。非磁性膜９１，９２および磁性膜９３に関しては、磁性層７２が本発明における第１の磁性層に対応し、磁性層７３が本発明における第２の磁性層に対応する。

非磁性膜８１，８２，９１，９２は、いずれも銅（Ｃｕ）よりなる。また、非磁性膜８１，８２，９１，９２は、０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有していることが好ましい。非磁性膜８１，８２，９１，９２は、例えばスパッタリング法によって形成される。非磁性膜８１，８２，９１，９２の厚さは、平均で０．０５ｎｍ以上であることが好ましく、０．２ｎｍ以上であることがより好ましい。０．０５ｎｍという厚さは、成膜可能な非磁性膜８１，８２，９１，９２の厚さの下限値とほぼ等しい。

磁性膜８３，９３は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）のいずれかを含む磁性材料よりなる。また、磁性膜８３，９３は、０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有している。磁性膜８３，９３は、例えばスパッタリング法によって形成される。磁性膜８３，９３の厚さは、平均で０．０５ｎｍ以上であることが好ましく、０．２ｎｍ以上であることがより好ましい。０．０５ｎｍという厚さは、成膜可能な磁性膜８３，９３の厚さの下限値とほぼ等しい。

本実施の形態では、界面散乱係数γが比較的大きくなる界面が、磁性層７１と非磁性膜８１との間、非磁性膜８１と磁性膜８３との間、磁性膜８３と非磁性膜８２との間、非磁性膜８２と磁性層７２との間、磁性層７２と非磁性膜９１との間、非磁性膜９１と磁性膜９３との間、磁性膜９３と非磁性膜９２との間、非磁性膜９２と磁性層７３との間に形成される。従って、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流したときに、大きな磁気抵抗変化を得ることができる。

また、本実施の形態では、磁性膜８３，９３の厚さが０より大きく０．５ｎｍ以下であることから、フリー層２５の全体の厚さをあまり大きくすることなく、磁性層７１，７２，７３の厚さを、所望の磁気特性を得るために十分な厚さ、例えば１ｎｍ以上、２ｎｍ以下の厚さにすることができる。

なお、後で、本実施の形態における実施例を、他の実施の形態における実施例と共に示す。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るＭＲ素子の構成について説明する。図１０は、本実施の形態に係るＭＲ素子５の層の構成を示す断面図である。本実施の形態では、フリー層２５の構成が第１の実施の形態とは異なっている。本実施の形態におけるフリー層２５の構成は、第２の実施の形態と同じである。従って、本実施の形態では、第２ピンド層３２とフリー層２５の両方が、非磁性膜、磁性膜および非磁性膜よりなる積層体を含んでいる。

本実施の形態では、第２ピンド層３２とフリー層２５の両方において、界面散乱係数γが比較的大きくなる界面が多く形成されている。従って、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流したときに、大きな磁気抵抗変化を得ることができる。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

次に、下記の表に、実施例７〜９のＭＲ素子の構成と抵抗変化率を示す。実施例７は第１の実施の形態における実施例であり、実施例８は第２の実施の形態における実施例であり、実施例９は第３の実施の形態における実施例である。なお、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第１列はＭＲ素子の各層を示している。また、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第２列と第３列は実施例７のＭＲ素子における各層の具体的な構成と各層の厚さを示し、第４列と第５列は実施例８のＭＲ素子における各層の具体的な構成と各層の厚さを示し、第６列と第７列は実施例９のＭＲ素子における各層の具体的な構成と各層の厚さを示している。第２列、第４列、第６列における各層の上下関係は、ＭＲ素子における各層の上下関係と一致している。なお、厚さの単位はｎｍである。下記の表において、最終行は、実施例７〜９の各ＭＲ素子の抵抗変化率を示している。

実施例７のＭＲ素子５の構成は、フリー層２５が厚さ３．０ｎｍのＣｏＦｅ層のみによって構成されていることを除いて、実施例２と同じである。

実施例８のＭＲ素子５では、第２ピンド層３２は、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、厚さ０．２ｎｍのＣｕ層、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、厚さ０．２ｎｍのＣｕ層、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層を積層した構成となっている。また、実施例８のＭＲ素子５では、フリー層２５は、磁性層７１としての厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅ層、非磁性膜８１としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性膜８３としての厚さ０．２ｎｍのＣｏＭｎ膜、非磁性膜８２としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性層７２としての厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅ層、非磁性膜９１としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性膜９３としての厚さ０．２ｎｍのＣｏＭｎ膜、非磁性膜９２としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性層７３としての厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅ層を積層した構成としている。実施例８のＭＲ素子５のその他の構成は、実施例７と同じである。

実施例９のＭＲ素子５の構成は、フリー層２５の構成が実施例８と同じであることを除いて、実施例７と同じである。なお、実施例７〜９において、フリー層２５におけるＣｏＦｅ層を構成するＣｏＦｅの組成は、Ｃｏ：９０原子％、Ｆｅ：１０原子％である。なお、実施例８，９において、磁性層７１，７２，７３としてＮｉＦｅ層を用いることも考えられる。しかし、その場合には、Ｃｕ層とＮｉＦｅ層が固溶し、フリー層２５の磁気特性の劣化を引き起こす可能性がある。そのため、実施例８，９では、磁性層７１，７２，７３としてＣｏＦｅ層を用いている。また、実施例８，９において、磁性膜８３，９３としてのＣｏＭｎ膜を構成するＣｏＭｎの組成は、Ｃｏ：９５原子％、Ｍｎ：５原子％である。

実施例７〜９の抵抗変化率は、比較例１および比較例２に比べて大幅に大きくなっている。実施例７〜９の中では、実施例９の抵抗変化率が最も大きくなっている。これは、実施例９のＭＲ素子５では、第２ピンド層３２とフリー層２５の両方が、Ｃｕ膜、ＣｏＭｎ膜およびＣｕ膜よりなる積層体を含んでいるため、界面散乱係数γが比較的大きくなる界面の数が、実施例７〜９の中で最も多いことによると考えられる。

実施例８，９では、フリー層２５が、Ｃｕ膜、ＣｏＭｎ膜およびＣｕ膜よりなる積層体を含んでいる。フリー層２５は、信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であるため、良好な軟磁気特性が要求される。実施例８，９では、フリー層２５におけるＣｏＦｅ層を構成するＣｏＦｅとして、比較的軟磁気特性に優れたＣｏ：９０原子％、Ｆｅ：１０原子％の組成のものを用い、また、Ｃｕ膜およびＣｏＭｎ膜の厚さが非常に小さいことから、Ｃｕ膜およびＣｏＭｎ膜をフリー層２５に挿入しない場合と比べて、フリー層２５の軟磁気特性の劣化は見られなかった。

次に、下記の表に、実施例１０〜１２のＭＲ素子の構成と抵抗変化率を示す。実施例１０は第１の実施の形態における実施例であり、実施例１１は第２の実施の形態における実施例であり、実施例１２は第３の実施の形態における実施例である。なお、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第１列はＭＲ素子の各層を示している。また、下記の表において、第１行と最終行とを除いて、第２列と第３列は実施例１０のＭＲ素子における各層の具体的な構成と各層の厚さを示し、第４列と第５列は実施例１１のＭＲ素子における各層の具体的な構成と各層の厚さを示し、第６列と第７列は実施例１２のＭＲ素子における各層の具体的な構成と各層の厚さを示している。第２列、第４列、第６列における各層の上下関係は、ＭＲ素子における各層の上下関係と一致している。なお、厚さの単位はｎｍである。下記の表において、最終行は、実施例１０〜１２の各ＭＲ素子の抵抗変化率を示している。

実施例１０のＭＲ素子５の構成は、フリー層２５が厚さ３．０ｎｍのＣｏＦｅ層のみによって構成されていることを除いて、実施例６と同じである。

実施例１１のＭＲ素子５では、第２ピンド層３２は、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、厚さ０．２ｎｍのＣｕ層、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層、厚さ０．２ｎｍのＣｕ層、厚さ１．５ｎｍのＣｏＦｅ層を積層した構成となっている。また、実施例１１のＭＲ素子５では、フリー層２５は、磁性層７１としての厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅ層、非磁性膜８１としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性膜８３としての厚さ０．２ｎｍのＣｏＦｅ膜、非磁性膜８２としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性層７２としての厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅ層、非磁性膜９１としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性膜９３としての厚さ０．２ｎｍのＣｏＦｅ膜、非磁性膜９２としての厚さ０．２ｎｍのＣｕ膜、磁性層７３としての厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅ層を積層した構成としている。実施例１１のＭＲ素子５のその他の構成は、実施例１０と同じである。

実施例１２のＭＲ素子５の構成は、フリー層２５の構成が実施例１１と同じであることを除いて、実施例１０と同じである。なお、実施例１０〜１２において、フリー層２５におけるＣｏＦｅ層を構成するＣｏＦｅの組成は、Ｃｏ：９０原子％、Ｆｅ：１０原子％である。

実施例１０〜１２の抵抗変化率は、比較例１および比較例２に比べて大幅に大きくなっている。実施例１０〜１２の中では、実施例１２の抵抗変化率が最も大きくなっている。これは、実施例１２のＭＲ素子５では、第２ピンド層３２とフリー層２５の両方が、Ｃｕ膜、ＣｏＦｅ膜およびＣｕ膜よりなる積層体を含んでいるため、界面散乱係数γが比較的大きくなる界面の数が、実施例１０〜１２の中で最も多いことによると考えられる。

実施例１１，１２では、フリー層２５が、Ｃｕ膜、ＣｏＦｅ膜およびＣｕ膜よりなる積層体を含んでいるが、実施例８，９と同じ理由から、Ｃｕ膜およびＣｏＦｅ膜をフリー層２５に挿入しない場合と比べて、フリー層２５の軟磁気特性の劣化は見られなかった。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態では、第２ピンド層３２とフリー層２５の少なくとも一方に、非磁性膜、磁性膜および非磁性膜よりなる積層体を２組設けている。しかし、本発明では、第２ピンド層３２とフリー層２５の少なくとも一方に、非磁性膜、磁性膜および非磁性膜よりなる積層体を１組あるいは３組以上設けてもよい。

また、本発明において、ピンド層２３はシンセティックピンド層に限らない。なお、ピンド層２３がシンセティックピンド層である場合には、非磁性膜、磁性膜および非磁性膜よりなる積層体は、非磁性導電層に近い第２ピンド層に設ける必要がある。

また、第２または第３の実施の形態において、磁性膜８３，９３の材料として、ＮｉＦｅを用いてもよい。

また、本発明における磁性膜の材料は、各実施の形態で挙げた磁性材料に限らず、種々の磁性材料を用いることができる。

また、各実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。

また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るＭＲ素子の層の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気ディスク装置の要部を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気ディスク装置の平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＭＲ素子の層の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るＭＲ素子の層の構成を示す断面図である。

符号の説明

１…基板、２…絶縁層、３…第１のシールド層、５…ＭＲ素子、７…絶縁層、８…第２のシールド層、９…記録ギャップ層、１０…薄膜コイルの第１層部分、１２…上部磁極層、１５…薄膜コイルの第２層部分、１７…オーバーコート層、１８…バイアス磁界印加層、２０…エアベアリング面、２１…下地層、２２…反強磁性層、２３…ピンド層、２４…非磁性導電層、２５…フリー層、３１…第１ピンド層、３２…第２ピンド層、３３…結合層、４１，４２，４３…磁性層、５１，５２，６１，６２…非磁性膜、５３，６３…磁性膜。

Claims (8)

1. 互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、
   前記非磁性導電層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層と、
   前記非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層とを備え、
   前記フリー層とピンド層の少なくとも一方は、それぞれ磁性材料よりなる第１および第２の磁性層と、前記第１および第２の磁性層の間において第１の磁性層に隣接するように配置された第１の非磁性膜と、前記第１および第２の磁性層の間において第２の磁性層に隣接するように配置された第２の非磁性膜と、前記第１および第２の非磁性膜の間において、これらに接するように配置された磁性膜とを有し、
   前記第１および第２の非磁性膜は、いずれも銅よりなり、
   前記磁性膜は、コバルト、ニッケル、鉄のいずれかを含む磁性材料よりなり、且つ０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記第１および第２の非磁性膜は、いずれも、０より大きく０．５ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記第１および第２の磁性層は、いずれも、１ｎｍ以上、２ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記磁性膜は、コバルト−マンガン合金よりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記磁性膜は、コバルト−鉄合金またはニッケル−鉄合金よりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
6. 記録媒体に対向する媒体対向面と、
   前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、
   磁気的信号検出用の電流を、前記磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極と
   を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
7. 請求項６記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと
   を備えたことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
8. 請求項６記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と
   を備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。
   

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