JP2006269866A - Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, reproducing head, composite head, magnetic information reproducer, magnetic information recording reproducer, and magnetic information reproducing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect magnetic information recorded at a narrower track width than the width of a magnetoresistance effect element. <P>SOLUTION: The magnetoresistance effect element 10 has a substrate 1, a lower electrode layer 2, a magnetization fixed layer 3, a nonmagnetic layer 4, an in-plane magnetized layer 7, ferrimagnetic material layer 5, and an upper electrode layer 6 laminated in this order. The ferrimagnetic material layer 5 has a high coercive force at room temperature, and the coercive force decreases at high temperatures. At reproducing magnetic information, the central part of the ferrimagnetic material layer 5 is heated to obtain a high magnetoresistance effect ratio at the central part the width of which is narrower enough than the width of the magnetoresistance element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ハードディスクや磁気テープ等の磁気記録媒体に記録された磁気記録情報を読み出すために用いる磁気抵抗効果素子、これを含む磁気センサー、再生ヘッド、複合ヘッド、磁気情報再生装置、磁気情報記録再生装置、および、磁気情報の再生方法に関する。   The present invention relates to a magnetoresistive effect element used for reading out magnetic recording information recorded on a magnetic recording medium such as a hard disk or a magnetic tape, a magnetic sensor including the same, a reproducing head, a composite head, a magnetic information reproducing apparatus, and a magnetic information recording. The present invention relates to a reproducing apparatus and a method for reproducing magnetic information.

ハードディスクに代表される磁気記録媒体の高密度化に伴い、記録された磁気記録情報を高感度に読み出すための再生用磁気センサーとして、外部磁界の変化によって素子の抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子(MR素子)を用いた磁気抵抗効果センサー(MRセンサー)が広く用いられている。   As a magnetic sensor for reproduction to read recorded magnetic recording information with high sensitivity as the magnetic recording medium represented by a hard disk increases in density, a magnetoresistive effect element in which the resistance value of the element changes due to a change in an external magnetic field A magnetoresistive sensor (MR sensor) using (MR element) is widely used.

上記のMR素子の中でも、巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子:Giant magneto-resistive)や、トンネル磁気抵抗効果素子(TMR素子:Tunneling magneto-resistive)は、数%から、場合によっては200%を超える高い磁気抵抗効果比(MR比)が得られるため、高感度な磁気抵抗効果センサーに適した磁気抵抗効果素子として磁気センサーへの応用が盛んに行われている。   Among the above MR elements, the giant magnetoresistive effect element (GMR element: Giant magneto-resistive) and the tunnel magnetoresistive effect element (TMR element: Tunneling magneto-resistive) are from several percent to over 200% in some cases. Since a high magnetoresistive effect ratio (MR ratio) can be obtained, application to a magnetic sensor is actively performed as a magnetoresistive effect element suitable for a highly sensitive magnetoresistive effect sensor.

図26には、磁気抵抗効果素子の一例の概略図が示されている。この磁気抵抗効果素子200は、基板201上に下部電極層202、磁化が面内の一方向に固定された磁化固定層203、非磁性体層204、外部磁界によって磁化方向が層形成面内で変化する磁化自由層205、上部電極層206を有している。ここに示す磁気抵抗効果素子は、下部電極層202と上部電極層206との間に電圧を印加することで電位差を生じさせ、層形成面に対して垂直方向に電流を流すことで動作するいわゆるCPP(Current Perpendicular to Plane)型の磁気抵抗効果素子である。   FIG. 26 shows a schematic diagram of an example of a magnetoresistive element. This magnetoresistive effect element 200 includes a lower electrode layer 202 on a substrate 201, a magnetization fixed layer 203 whose magnetization is fixed in one direction in the plane, a nonmagnetic layer 204, and a magnetization direction within the layer formation plane by an external magnetic field. The magnetic free layer 205 and the upper electrode layer 206 are changed. The magnetoresistive effect element shown here operates by applying a voltage between the lower electrode layer 202 and the upper electrode layer 206 to generate a potential difference, and by operating a current in a direction perpendicular to the layer formation surface. This is a CPP (Current Perpendicular to Plane) type magnetoresistive element.

磁化固定層203は、反強磁性層203aと強磁性層203bとを含んで形成されることが一般的であり、反強磁性層203aが強磁性層203bの磁化を交換結合力でもって一方向に固定することで強磁性層203bの見かけ上の保磁力を大きくしている。基板201には表面を熱酸化したSi基板が主に用いられ、下部電極層202および上部電極層206にはCuやCuを含む金属が、反強磁性層203aにはMnPtやMnFe,MnIrに代表される反強磁性体が、強磁性層203bにはFeやCoFe,CoFeBが主に用いられる。非磁性体層204には、GMR素子においてはCuやCuを含む金属が主に用いられ、TMR素子においては酸化Alや酸化Mgが一般に用いられる。磁化自由層205には、FeやCoFe、CoFeB、NiFe、又はこれらを積層したものが用いられる。このような磁気抵抗効果素子では、磁化固定層203(より詳しくは、強磁性層203b)と磁化自由層205の磁化の相対角度によって電子の透過率が変化し、磁気抵抗効果が生じる。   The fixed magnetization layer 203 is generally formed including an antiferromagnetic layer 203a and a ferromagnetic layer 203b, and the antiferromagnetic layer 203a is unidirectional with the magnetization of the ferromagnetic layer 203b by an exchange coupling force. To increase the apparent coercive force of the ferromagnetic layer 203b. The substrate 201 is mainly a Si substrate whose surface is thermally oxidized, the lower electrode layer 202 and the upper electrode layer 206 are typically made of a metal containing Cu or Cu, and the antiferromagnetic layer 203a is typically represented by MnPt, MnFe or MnIr. As the antiferromagnetic material, Fe, CoFe, and CoFeB are mainly used for the ferromagnetic layer 203b. For the non-magnetic layer 204, Cu or a metal containing Cu is mainly used in the GMR element, and Al oxide or Mg oxide is generally used in the TMR element. As the magnetization free layer 205, Fe, CoFe, CoFeB, NiFe, or a laminate of these is used. In such a magnetoresistive effect element, the electron transmittance changes depending on the relative angle of magnetization of the magnetization fixed layer 203 (more specifically, the ferromagnetic layer 203b) and the magnetization free layer 205, and a magnetoresistance effect is generated.

磁気抵抗効果が生じる原因を簡単に記述すれば以下の通りである。なお、上下電極層間に印加される電圧は下部電極層202から上部電極層206に向かって伝導電子が移動する方向であってもよく、上部電極層206から下部電極層202に向かって移動する方向であってもよいが、ここでは、下部電極層202から上部電極層206に向かって伝導電子が移動する方向に電圧が印加された場合について説明する。   The cause of the magnetoresistive effect can be briefly described as follows. The voltage applied between the upper and lower electrode layers may be a direction in which conduction electrons move from the lower electrode layer 202 toward the upper electrode layer 206, or a direction in which the transferred electrons move from the upper electrode layer 206 toward the lower electrode layer 202. However, here, a case where a voltage is applied in a direction in which conduction electrons move from the lower electrode layer 202 toward the upper electrode layer 206 will be described.

上下電極層間の電圧印加によって生じる伝導電子は、スピン角運動の向きの異なる2種の電子、すなわち、アップスピン電子とダウンスピン電子とからなり、下部電極層202を発する時点では同数のアップスピン電子とダウンスピン電子とを持つ。上記伝導電子が、磁化が一方向に揃った磁化固定層203を通過すると、スピンの向きに応じて通過する量が異なるスピン依存散乱を生じ、アップスピン電子数とダウンスピン電子数に差が生じる。続いて、非磁性体層204を通過した伝導電子は、磁化自由層205を通過する際に、再度スピン依存散乱を生じるが、このとき、磁化固定層203の磁化方向と磁化自由層205の磁化方向とが略平行の場合には、磁化固定層203の磁化方向と磁化自由層205の磁化方向とが略反平行の場合に比べて、磁化自由層205における散乱量が小さくなる。このため、磁化自由層205を通過する伝導電子の数は、磁化自由層205の磁化方向によって異なり、上部電極層206に到達する伝導電子の総数が変化するため、素子抵抗の変化を生じる。このとき、磁化固定層203の磁化方向と磁化自由層205の磁化方向が略平行な場合の素子抵抗をRP、略反平行な場合の素子抵抗をRAPとすれば、磁気抵抗効果素子のMR比(磁気抵抗効果比)はΔR/R=(RAP−RP)/RPで定義される。 The conduction electrons generated by applying a voltage between the upper and lower electrode layers are composed of two types of electrons having different spin angular motion directions, that is, up-spin electrons and down-spin electrons, and the same number of up-spin electrons when emitting the lower electrode layer 202. And with downspin electrons. When the conduction electrons pass through the fixed magnetization layer 203 whose magnetization is aligned in one direction, spin-dependent scattering is generated in which the amount of the passing electrons varies depending on the direction of the spin, resulting in a difference in the number of up-spin electrons and the number of down-spin electrons. . Subsequently, the conduction electrons that have passed through the nonmagnetic layer 204 cause spin-dependent scattering again when passing through the magnetization free layer 205. At this time, the magnetization direction of the magnetization fixed layer 203 and the magnetization of the magnetization free layer 205 are When the direction is substantially parallel, the amount of scattering in the magnetization free layer 205 is smaller than when the magnetization direction of the magnetization fixed layer 203 and the magnetization direction of the magnetization free layer 205 are substantially antiparallel. For this reason, the number of conduction electrons passing through the magnetization free layer 205 varies depending on the magnetization direction of the magnetization free layer 205, and the total number of conduction electrons reaching the upper electrode layer 206 changes, resulting in a change in element resistance. At this time, if the element resistance when the magnetization direction of the magnetization fixed layer 203 and the magnetization direction of the magnetization free layer 205 are substantially parallel is R P , and the element resistance when it is approximately antiparallel is R AP , the magnetoresistive element The MR ratio (magnetoresistance effect ratio) is defined by ΔR / R = (R AP −R P ) / R P.

このような磁気抵抗効果素子を、磁気記録媒体に記録された磁気記録情報を読み出すための再生用磁気センサーとして用いる場合には、上記の構成に加えて、磁化自由層205の両端に磁化自由層205の磁化を安定化(一軸化)する目的で永久磁石210が形成され、磁化自由層205の紙面上下方向の厚み(膜厚)がトラック長さ方向の再生分解能を、紙面左右方向の幅(磁性膜の幅)がトラック幅方向の再生分解能をそれぞれ決定する。永久磁石210には主にCoFePtやCoFePtCr等の強磁性金属が用いられ、永久磁石210の形成に際しては、リソグラフィを用いたパターニングが施され、下部電極層202から上の層の一部が削り取られた後、磁化固定層203から磁化自由層205にかけての素子側面に、SiO2に代表される絶縁体209が形成され、その両側面に直接接して、永久磁石210が配置される(図26参照)。 When such a magnetoresistive effect element is used as a reproducing magnetic sensor for reading magnetic recording information recorded on a magnetic recording medium, in addition to the above configuration, a magnetization free layer is formed at both ends of the magnetization free layer 205. A permanent magnet 210 is formed for the purpose of stabilizing (uniaxial) the magnetization of 205, and the thickness (film thickness) of the magnetization free layer 205 in the vertical direction on the paper surface determines the reproduction resolution in the track length direction and the width in the horizontal direction on the paper surface ( The width of the magnetic film determines the reproduction resolution in the track width direction. The permanent magnet 210 is mainly made of a ferromagnetic metal such as CoFePt or CoFePtCr. When the permanent magnet 210 is formed, patterning using lithography is performed, and a part of the upper layer is scraped off from the lower electrode layer 202. After that, an insulator 209 typified by SiO 2 is formed on the side surface of the element from the magnetization fixed layer 203 to the magnetization free layer 205, and the permanent magnet 210 is disposed in direct contact with both side surfaces (see FIG. 26). ).

再生用磁気センサーが読み出す対象となる磁気記録媒体が垂直磁気記録媒体である場合には、この媒体からの漏洩磁界は図26の磁気抵抗効果素子に対して紙面の表裏方向に加わることになり、紙面が媒体対向面となる。   When the magnetic recording medium to be read by the reproducing magnetic sensor is a perpendicular magnetic recording medium, the leakage magnetic field from this medium is applied to the magnetoresistive effect element in FIG. The paper surface becomes the medium facing surface.

なお、上記のような磁気抵抗効果素子の例としては、特許文献1に開示されるものがある。この特許文献1には、磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果型ヘッドについて、これに適した構成が示され、また、上記磁気抵抗効果型ヘッドを形成するためのプロセスが示されている。   An example of the magnetoresistive element as described above is disclosed in Patent Document 1. This Patent Document 1 shows a configuration suitable for a magnetoresistive head having a magnetoresistive film, and also shows a process for forming the magnetoresistive head.

特開平9−16918号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-16918

近年、磁気記録媒体の記録密度は100Gbit/inch2を超え、300Gbit/inch2の実用化を視野に入れた検討が行われている。300Gbit/inch2の記録密度においては、個々の記録ビットサイズはアスペクト比を5:1とすると100nm(トラック幅方向)×20nm(トラック長さ方向)程度と極めて小さく、これを再生するための再生用磁気センサーの磁気抵抗効果素子幅も同程度ないしはより小さなサイズに加工される必要がある。 Recently, the recording density of the magnetic recording medium is greater than 100 Gbit / inch 2, studied with a view to practical application of 300 Gbit / inch 2 is being performed. At a recording density of 300 Gbit / inch 2 , the individual recording bit size is as small as 100 nm (track width direction) × 20 nm (track length direction) when the aspect ratio is 5: 1. The width of the magnetoresistive effect element of the magnetic sensor must be processed to the same or smaller size.

このうち、トラック長さ方向については、磁気抵抗効果素子を構成する磁性膜の膜厚方向に相当するため、外部磁界を検知する磁化自由層205の膜厚を薄膜化することによって分解能を向上できるが、トラック幅方向に関しては、フォトリソグラフィや電子ビーム露光に代表される微細加工法によって加工されており、その分解能によってトラック幅方向の分解能が決定されているのが現状である。このため、将来の磁気記録媒体の高密度化に伴って、記録媒体のトラック幅がさらに狭くなると、現在の微細加工技術では十分な加工分解能が得られなくなる問題が生じる。   Among these, the track length direction corresponds to the film thickness direction of the magnetic film constituting the magnetoresistive effect element, so that the resolution can be improved by reducing the film thickness of the magnetization free layer 205 that detects the external magnetic field. However, the track width direction is processed by a fine processing method represented by photolithography and electron beam exposure, and the resolution in the track width direction is determined by the resolution. For this reason, if the track width of the recording medium is further reduced as the density of the magnetic recording medium increases in the future, there is a problem that sufficient processing resolution cannot be obtained with the current fine processing technology.

また、仮に微細加工技術の進歩によって精密な微細加工が行えたとしても、磁化自由層205のサイズが小さくなることで、反磁界によって一軸異方性を持った磁化状態を実現することは難しく、特に加工エッジ部(磁化自由層(フェリ磁性体層、形成されている場合には高透磁率層及び面内磁化層も含む)と、永久磁石又は絶縁体とが接触する近傍領域の磁化自由層側部分)のでは磁化が閉磁路を形成し易くなる問題が生じる。これを解消するために永久磁石210を配置すると、今度は磁化自由層205のエッジ部で永久磁石210によって磁化が強く固着されてしまうため、エッジ部分での磁化反転が起こりにくいという問題が生じる。このようなエッジ部の影響は素子幅を狭くする程(エッジ部の割合が大きくなる程)顕著になることから、単純に微細加工でトラック幅よりも狭い素子幅を実現する方法には限界があり、再生用磁気センサーの再生能力を十分に発揮できなくなることが予想される。   In addition, even if precise microfabrication can be performed by the advancement of microfabrication technology, it is difficult to realize a magnetization state having uniaxial anisotropy by a demagnetizing field by reducing the size of the magnetization free layer 205, In particular, a processed edge portion (magnetization free layer (a ferrimagnetic layer, including a high-permeability layer and an in-plane magnetization layer if formed) and a permanent magnet or an insulating region in the vicinity of the region where the permanent magnet or insulator is in contact) In the case of the side portion, there arises a problem that the magnetization easily forms a closed magnetic circuit. If the permanent magnet 210 is disposed in order to solve this problem, the magnetization is strongly fixed by the permanent magnet 210 at the edge portion of the magnetization free layer 205, so that there is a problem that the magnetization reversal at the edge portion hardly occurs. Since the influence of such an edge portion becomes more conspicuous as the element width becomes narrower (as the ratio of the edge portion becomes larger), there is a limit to a method for simply realizing an element width smaller than the track width by fine processing. It is expected that the reproducing ability of the reproducing magnetic sensor cannot be fully exhibited.

さらには、非磁性体層204に絶縁体を用いるトンネル磁気抵抗効果素子(TMR素子)においては、トラック幅の低減に伴って素子を小さくした場合、これに応じて素子の接合抵抗が大きくなるために、電子がトンネル障壁を通過する際に生じるショットノイズが顕著となり、信号品質を悪化させる問題が生じる。   Furthermore, in a tunnel magnetoresistive effect element (TMR element) using an insulator for the nonmagnetic material layer 204, when the element is made smaller as the track width is reduced, the junction resistance of the element increases accordingly. In addition, shot noise generated when electrons pass through the tunnel barrier becomes prominent, causing a problem of deteriorating signal quality.

そこで、本発明の目的は、磁気抵抗効果素子の素子幅よりも狭いトラック幅に記録された磁気記録情報を読み出し可能な磁気抵抗効果素子、再生用磁気センサー、そして、これらを用いた磁気記録再生ヘッド、磁気情報記録再生装置及び磁気情報再生方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element capable of reading magnetic recording information recorded in a track width narrower than the element width of the magnetoresistive effect element, a reproducing magnetic sensor, and a magnetic recording / reproducing using the same. To provide a head, a magnetic information recording / reproducing apparatus, and a magnetic information reproducing method.

課題を解決するための手段及び効果Means and effects for solving the problems

本発明の磁気抵抗効果素子は、非磁性体層と、前記非磁性体層を挟む2つの磁性体層とを有している。そして、前記2つの磁性体層の磁化方向の相対角度変化によって磁気抵抗変化を得ることができる。前記2つの磁性体層の少なくとも何れか一方は、互いに反平行な磁化方向を持つ2種以上の磁性体から形成されたフェリ磁性体層を含んでいる。さらには、温度変化に伴って、前記フェリ磁性体層の保磁力が変化するものである。   The magnetoresistive element of the present invention has a nonmagnetic layer and two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer. A change in magnetoresistance can be obtained by a change in the relative angle of the magnetization directions of the two magnetic layers. At least one of the two magnetic layers includes a ferrimagnetic layer formed of two or more kinds of magnetic materials having antiparallel magnetization directions. Furthermore, the coercive force of the ferrimagnetic material layer changes as the temperature changes.

本発明によれば、フェリ磁性体層の温度変化によってMR比が変化する磁気抵抗効果素子が得られる。すなわち、フェリ磁性体層の一部を加熱または冷却することによって、素子サイズよりも小さなサイズの局所的な外部磁界変化を検出することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain a magnetoresistive effect element in which the MR ratio changes according to the temperature change of the ferrimagnetic layer. That is, it is possible to detect a local external magnetic field change having a size smaller than the element size by heating or cooling a part of the ferrimagnetic layer.

ここで、本発明の磁気抵抗効果素子に用いられるフェリ磁性体層の磁化量の温度変化と保磁力の温度変化との関係について例(希土類金属と遷移金属とを含むフェリ磁性体層)を用いて説明する。図1は、希土類金属と遷移金属とを含むフェリ磁性体層における磁化量及び保磁力の温度変化との関係と、これらに対応するフェリ磁性体層の磁化方向(フェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度)とを示す図である。図1中の補償温度Tcompとは、保磁力が無限大になる個所の温度のことをいい、希土類金属と遷移金属との組成比によってその値を調整することが可能である。また、トータル磁化量MTOTは、希土類金属副格子の磁化量MREと遷移金属副格子の磁化量MTMとの差の絶対値である。 Here, an example (a ferrimagnetic layer containing a rare earth metal and a transition metal) is used for the relationship between the temperature change of the magnetization amount of the ferrimagnetic layer used in the magnetoresistive element of the present invention and the temperature change of the coercive force. I will explain. FIG. 1 shows the relationship between the amount of magnetization and the change in temperature of the coercive force in a ferrimagnetic layer containing a rare earth metal and a transition metal, and the corresponding magnetization direction of the ferrimagnetic layer (layer formation surface of the ferrimagnetic layer). FIG. The compensation temperature T comp in FIG. 1 refers to the temperature at which the coercive force becomes infinite, and the value can be adjusted by the composition ratio of the rare earth metal and the transition metal. The total magnetization M TOT is the absolute value of the difference between the magnetization M RE of the rare earth metal sublattice and the magnetization M TM of the transition metal sublattice.

フェリ磁性体層の温度変化に伴う磁化量変化原理を、重希土類金属と3d遷移金属との合金(希土類遷移金属合金)を例に取って示せば以下の通りである。重希土類金属と3d遷移金属との合金は、互いの磁化が反平行に揃ったフェリ磁性を示すアモルファス金属体であり、重希土類金属副格子の磁化と3d遷移金属副格子の磁化との差がトータル磁化として現れることが知られている。このような希土類遷移金属合金は、温度上昇に伴いキュリー温度に向かって希土類金属副格子と遷移金属副格子とが異なった磁化の減少傾向を示すため、温度によってトータル磁化量(自発磁化量)が変化する。具体的には、希土類金属副格子の磁化量と遷移金属副格子の磁化量が同じとなる温度(補償温度Tcomp)以下の温度では希土類金属副格子の磁化量(MRE)が遷移金属副格子の磁化量(MTM)を上回り、トータルの磁化量(MTOTAL)は、MTOTAL=MRE−MTMで表すことができる。一方、補償温度(Tcomp)以上の温度では遷移金属副格子の磁化量(MTM)が希土類金属副格子の磁化量(MRE)を上回り、トータルの磁化量(MTOTAL)は、MTOTAL=MTM−MREで表される。また、補償温度Tcomp近傍では、トータル磁化量(自発磁化量)が0となるために、外部磁界を感知しなくなり、このため、保磁力Hcが大きくなって、理論上無限大に増加することが知られている。また、上記補償温度Tcomp近傍では、膜面に対して垂直な方向の磁気異方性エネルギーが反磁界エネルギーよりも大きくなるため、磁化の方向が膜面から傾き(膜面から立ち上がり)、補償温度Tcompでは垂直磁化を示すことが知られている。 The principle of change in the amount of magnetization accompanying the temperature change of the ferrimagnetic material layer is shown as follows by taking an alloy of a rare earth metal and a 3d transition metal (rare earth transition metal alloy) as an example. An alloy of a heavy rare earth metal and a 3d transition metal is an amorphous metal body that exhibits ferrimagnetism in which the magnetizations of each other are antiparallel, and the difference between the magnetization of the heavy rare earth metal sublattice and the magnetization of the 3d transition metal sublattice is It is known to appear as total magnetization. Since such rare earth transition metal alloys show a decreasing tendency of magnetization in the rare earth metal sublattice and the transition metal sublattice toward the Curie temperature as the temperature rises, the total magnetization (spontaneous magnetization) varies depending on the temperature. Change. Specifically, the magnetization amount (M RE ) of the rare earth metal sublattice is lower than the temperature at which the magnetization amount of the rare earth metal sublattice and the magnetization amount of the transition metal sublattice are the same (compensation temperature T comp ). The total magnetization (M TOTAL ) exceeds the amount of magnetization (M TM ) of the lattice, and can be expressed as M TOTAL = M RE −M TM . On the other hand, the magnetization of the transition metal sub-lattice in the compensation temperature (T comp) above the temperature (M TM) exceeds the magnetization of the rare earth metal sublattice of (M RE), the magnetization quantity of the total (M TOTAL) is, M TOTAL = M TM -M RE Further, in the vicinity of the compensation temperature T comp , the total magnetization amount (spontaneous magnetization amount) becomes 0, so that the external magnetic field is not sensed. For this reason, the coercive force H c increases and theoretically increases to infinity. It is known. In the vicinity of the compensation temperature T comp , the magnetic anisotropy energy in the direction perpendicular to the film surface is larger than the demagnetizing field energy, so that the magnetization direction is tilted from the film surface (rising from the film surface) and compensated. It is known that the temperature T comp exhibits perpendicular magnetization.

フェリ磁性体層の補償温度Tcompは、希土類金属と遷移金属との組成比によって調整することが可能である。図1中のCase1の磁気抵抗効果素子は、補償温度が室温Trよりも高くなるように希土類金属と遷移金属との組成比が調整されたフェリ磁性体層の一例を示すものである。Case2の磁気抵抗効果素子は、補償温度が室温Tr近傍になるように希土類金属と遷移金属との組成比が調整されたフェリ磁性体層の一例を示すものである。Case3の磁気抵抗効果素子は、補償温度が室温Trよりも高くなるように希土類金属と遷移金属との組成比が調整されたフェリ磁性体層の一例を示すものである。 The compensation temperature T comp of the ferrimagnetic layer can be adjusted by the composition ratio of the rare earth metal and the transition metal. The magnetoresistive effect element of Case 1 in FIG. 1 shows an example of a ferrimagnetic material layer in which the composition ratio of the rare earth metal and the transition metal is adjusted so that the compensation temperature is higher than the room temperature Tr . The Case 2 magnetoresistive element is an example of a ferrimagnetic layer in which the composition ratio of the rare earth metal and the transition metal is adjusted so that the compensation temperature is in the vicinity of room temperature Tr . The Case 3 magnetoresistive effect element is an example of a ferrimagnetic layer in which the composition ratio of the rare earth metal and the transition metal is adjusted so that the compensation temperature is higher than the room temperature Tr .

Case1の磁気抵抗効果素子におけるフェリ磁性体層の磁化特性は、室温範囲Trより高い温度範囲TX2(B−B’の領域内)内では補償温度Tcompへ近づくに従って、磁化方向がフェリ磁性体層の層形成面に沿った方向(本明細書において、「面内方向」と称することがある)から垂直方向に徐々に変化するものである。室温範囲Tr及びこれよりも低い温度範囲TX1(A−Bの領域内)では、磁化方向は面内方向を向いたままである。 The magnetization characteristic of the ferrimagnetic material layer in the magnetoresistive effect element of Case 1 is such that the magnetization direction is ferrimagnetic as it approaches the compensation temperature T comp in the temperature range T X2 (in the region BB ′) higher than the room temperature range T r. It gradually changes from the direction along the layer formation surface of the body layer (sometimes referred to as “in-plane direction” in this specification) to the vertical direction. In the room temperature range T r and lower temperature range T X1 (in the region AB), the magnetization direction remains in the in-plane direction.

Case2の磁気抵抗効果素子におけるフェリ磁性体層の磁化特性は、室温範囲Tr内に補償温度Tcompが存在するように希土類金属と遷移金属との組成比が調整されているので、B−B’の領域内においては、磁化方向が補償温度Tcomp近傍に近づくに従って徐々に面内方向に対し垂直な方向に近づいていき、補償温度Tcompでは垂直になる。B−B’の領域外であるA−Bの領域(室温範囲Trより低い温度範囲TX1)及びB’−A’の領域(室温範囲Trより高い温度範囲TX2)では、磁化方向は面内方向のみである。 As for the magnetization characteristics of the ferrimagnetic layer in the magnetoresistive effect element of Case 2, the composition ratio of the rare earth metal and the transition metal is adjusted so that the compensation temperature T comp exists in the room temperature range T r . in the region of 'magnetization direction will approach in a direction perpendicular to gradually plane direction toward the vicinity of the compensation temperature T comp, it becomes perpendicular in compensation temperature T comp. In the AB region (temperature range T X1 lower than the room temperature range T r ) and the B′-A ′ region (temperature range T X2 higher than the room temperature range T r ), which are outside the BB ′ region, the magnetization direction Is in the in-plane direction only.

Case3の磁気抵抗効果素子におけるフェリ磁性体層の磁化特性は、室温範囲Trより低い温度範囲TX1(B−B’の領域内)内では補償温度Tcompへ近づくに従って、磁化方向が面内方向から垂直方向に徐々に変化するものである。室温範囲Tr及びこれよりも高い温度範囲TX2(B’−A’の領域内)では、磁化方向は面内方向を向いたままである。 The magnetization characteristics of the ferrimagnetic material layer in the Case 3 magnetoresistive effect element are such that the magnetization direction becomes in-plane as it approaches the compensation temperature T comp in the temperature range T X1 (in the region BB ′) lower than the room temperature range T r . It gradually changes from the direction to the vertical direction. In the room temperature range T r and higher temperature range T X2 (in the region of B′-A ′), the magnetization direction remains in the in-plane direction.

本発明の磁気抵抗効果素子は、図1に示した3つのCase1〜3をすべて含んでいる。そして、その実効的温度変化の範囲には制限がほとんどない。なぜなら、Case1において磁気抵抗効果素子の温度を温度範囲TX1から室温範囲Trに変化させたり、温度範囲TX1から温度範囲TX2に変化させたりした場合、Case2において磁気抵抗効果素子の温度を温度範囲TX1から室温範囲Trに変化させたり、温度範囲TX1から温度範囲TX2に変化させたりした場合、Case3において磁気抵抗効果素子の温度を温度範囲TX2から室温範囲Trに変化させたり、温度範囲TX2から温度範囲TX1に変化させたりした場合などのいずれにおいても、フェリ磁性体層の保磁力が変化するからである。 The magnetoresistive effect element of the present invention includes all three Cases 1 to 3 shown in FIG. And the range of the effective temperature change has almost no restriction. This is because when the temperature of the magnetoresistive effect element is changed from the temperature range T X1 to the room temperature range Tr in Case 1 or from the temperature range T X1 to the temperature range T X2 , the temperature of the magnetoresistive effect element is changed in Case 2. When the temperature range T X1 is changed to the room temperature range T r or the temperature range T X1 is changed to the temperature range T X2 , the temperature of the magnetoresistive effect element is changed from the temperature range T X2 to the room temperature range T r in Case 3. This is because the coercive force of the ferrimagnetic material layer changes in any case such as when the temperature range T X2 is changed to the temperature range T X1 .

なお、本発明の磁気抵抗効果素子は、温度変化に伴ってフェリ磁性体層の保磁力が変化する限りは、温度変化してもフェリ磁性体層の磁化方向が常に面内方向にあるものであってもよい。   Note that the magnetoresistive element of the present invention is such that the magnetization direction of the ferrimagnetic layer is always in the in-plane direction even if the temperature changes as long as the coercive force of the ferrimagnetic layer changes as the temperature changes. There may be.

別の観点において、本発明の磁気抵抗効果素子は、温度変化に伴って、前記フェリ磁性体層の層形成面に対する前記フェリ磁性体層の磁化角度が変化するものである。   In another aspect, the magnetoresistive effect element of the present invention is such that the magnetization angle of the ferrimagnetic layer with respect to the layer forming surface of the ferrimagnetic layer changes as the temperature changes.

本発明の磁気抵抗効果素子は、図1に示した3つのCase1〜3をすべて含んでいる。しかしながら、その実効的温度変化の範囲は、フェリ磁性体層の磁化角度が面内方向にないB−B’の領域内の温度と、フェリ磁性体層の磁化角度が面内方向にあるそれ以外の温度(A−B又はB’−A’)とに跨るようなものに制限される。例えば、Case1において磁気抵抗効果素子の温度を温度範囲TX1又は室温範囲Trから温度範囲TX2に変化させた場合、Case2において磁気抵抗効果素子の温度を温度範囲TX1から室温範囲Trに変化させたり、室温範囲Trから温度範囲TX2に変化させたりした場合、Case3において磁気抵抗効果素子の温度を温度範囲TX1から室温範囲Tr又は温度範囲TX2に変化させた場合などである。 The magnetoresistive effect element of the present invention includes all three Cases 1 to 3 shown in FIG. However, the range of the effective temperature change is that the temperature in the region BB ′ where the magnetization angle of the ferrimagnetic layer is not in the in-plane direction, and the other range where the magnetization angle of the ferrimagnetic layer is in the in-plane direction. It is limited to the one that crosses the temperature (A-B or B′-A ′). For example, when the temperature of the magnetoresistive element is changed from the temperature range T X1 or the room temperature range T r to the temperature range T X2 in Case 1, the temperature of the magnetoresistive element is changed from the temperature range T X1 to the room temperature range T r in Case 2. When the temperature is changed or when the temperature is changed from the room temperature range T r to the temperature range T X2 , the temperature of the magnetoresistive element is changed from the temperature range T X1 to the room temperature range T r or the temperature range T X2 in Case 3. is there.

本発明による磁気抵抗効果素子は、ある温度T1よりも高い温度T2において、前記温度T1における磁気抵抗効果比よりも大きな磁気抵抗効果比が得られるものであってもよいし、室温よりも高い温度において、室温における磁気抵抗効果比よりも大きな磁気抵抗効果比が得られるものであってもよい。なお、本明細書において室温とは、25℃近傍の温度である。   The magnetoresistive effect element according to the present invention may obtain a magnetoresistive effect ratio larger than the magnetoresistive effect ratio at the temperature T1 at a temperature T2 higher than a certain temperature T1, or a temperature higher than room temperature. In this case, a magnetoresistive effect ratio larger than the magnetoresistive effect ratio at room temperature may be obtained. In this specification, room temperature is a temperature in the vicinity of 25 ° C.

本発明の磁気抵抗効果素子は、前記磁気抵抗効果素子の一部が加熱されることによって、前記フェリ磁性体層の加熱領域と非加熱領域との間に保磁力差が生じるものであることが好ましい。   In the magnetoresistive effect element of the present invention, a part of the magnetoresistive effect element is heated, so that a coercive force difference is generated between a heating region and a non-heating region of the ferrimagnetic material layer. preferable.

これによれば、加熱または非加熱領域の何れかの保磁力が、他方の保磁力よりも小さくなり、加熱または非加熱領域のうち、保磁力の小さな領域においてのみ、外部磁界に反応してフェリ磁性体層が磁化反転するため、加熱または非加熱領域のうち、保磁力の小さな領域においてのみ局所的な外部磁界変化を磁気抵抗効果に変換して検出できる。   According to this, the coercive force of either the heated or non-heated region becomes smaller than the other coercive force, and only in the heated or non-heated region where the coercive force is small, the ferrimagnetic force reacts with the external magnetic field. Since the magnetization of the magnetic layer is reversed, a local change in the external magnetic field can be detected by converting it into a magnetoresistive effect only in a heated or non-heated region having a small coercive force.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記フェリ磁性体層の保磁力が、前記加熱領域において前記非加熱領域よりも小さくなることが好ましい。   In the magnetoresistive element of the present invention, it is preferable that the coercive force of the ferrimagnetic layer is smaller in the heating region than in the non-heating region.

これによれば、加熱領域においてのみ保磁力が小さくなり、当該領域においてのみ外部磁界に反応してフェリ磁性体層が磁化反転するため、局所的な外部磁界変化を磁気抵抗効果に変換して検出できる。加えて、加熱領域を検出領域とするため、例えば光ビームを加熱源として用いる場合、光ビームスポット径を小さくすることによって、検出分解能を高めることが可能である。   According to this, the coercive force is reduced only in the heating region, and the ferrimagnetic layer is reversed in magnetization in response to the external magnetic field only in the heating region, so that the local external magnetic field change is converted into a magnetoresistive effect and detected. it can. In addition, since the heating region is used as the detection region, for example, when a light beam is used as a heating source, the detection resolution can be increased by reducing the light beam spot diameter.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記磁気抵抗効果素子の一部が加熱されることによって、前記フェリ磁性体層の加熱領域と非加熱領域との間に、フェリ磁性体層の前記層形成面に対する磁化角度の差が生じることが好ましい。   In the magnetoresistive element of the present invention, the layer of the ferrimagnetic layer is formed between the heated region and the non-heated region of the ferrimagnetic layer by heating a part of the magnetoresistive element. It is preferable that a difference in magnetization angle with respect to the surface occurs.

これによれば、加熱または非加熱領域の何れかのフェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度が、他方の磁化角度よりも小さくなり、加熱または非加熱領域のうち、フェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度の小さい方の領域においてのみ、外部磁界に反応してフェリ磁性体層が磁化反転するため、加熱または非加熱領域のうち、フェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度の小さい方の領域においてのみ局所的な外部磁界変化を磁気抵抗効果に変換して検出できる。   According to this, the magnetization angle with respect to the layer forming surface of the ferrimagnetic material layer in either the heated or non-heated region is smaller than the other magnetization angle, and the layer of the ferrimagnetic material layer in the heated or non-heated region Only in the region with the smaller magnetization angle with respect to the formation surface, the magnetization of the ferrimagnetic layer is reversed in response to an external magnetic field, so the magnetization angle with respect to the layer formation surface of the ferrimagnetic layer in the heated or non-heated region is small. Only in this area, a local external magnetic field change can be converted into a magnetoresistive effect and detected.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記フェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度が、前記加熱領域において前記非加熱領域よりも小さくなることが好ましい。   In the magnetoresistive element of the present invention, it is preferable that the magnetization angle with respect to the layer forming surface of the ferrimagnetic layer is smaller in the heating region than in the non-heating region.

これによれば、非加熱領域に比べ、加熱領域においてフェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度が小さくなり、当該領域においてのみ外部磁界に反応してフェリ磁性体層が磁化反転するため、局所的な外部磁界変化を磁気抵抗効果に変換して検出できる。加えて、加熱領域を検出領域とするため、例えば光ビームを加熱源として用いる場合、光ビームスポットを小さくすることによって、検出分解能を高めることが可能である。   According to this, since the magnetization angle with respect to the layer formation surface of the ferrimagnetic material layer is smaller in the heated region than in the non-heated region, and the ferrimagnetic material layer is reversed in magnetization in response to the external magnetic field only in the region. A change in external magnetic field can be detected by converting it into a magnetoresistive effect. In addition, since the heating region is used as the detection region, for example, when a light beam is used as a heating source, the detection resolution can be increased by reducing the light beam spot.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記2つの磁性体層が、磁化固定層と、前記磁化固定層の磁化方向が変化するときの磁界よりも小さな磁界で磁化方向が変化する磁化自由層とであってよい。そして、前記磁化自由層が前記フェリ磁性体層を含んでいてよい。   In the magnetoresistive effect element of the present invention, the two magnetic layers include a magnetization fixed layer, a magnetization free layer whose magnetization direction changes with a magnetic field smaller than a magnetic field when the magnetization direction of the magnetization fixed layer changes, and It may be. The magnetization free layer may include the ferrimagnetic layer.

これによれば、フェリ磁性体層を加熱または冷却することで、外部磁界に対する感度が高い磁化自由層の保磁力を変化させることができる。従って、磁気抵抗効果素子の一部を加熱または冷却することによってフェリ磁性体層を加熱または冷却することで、磁気抵抗効果素子のサイズよりも小さなサイズの局所的な外部磁界変化を検出できるとともに、外部磁界に対する検出分解能を高めることが可能である。   According to this, the coercive force of the magnetization free layer having high sensitivity to the external magnetic field can be changed by heating or cooling the ferrimagnetic material layer. Therefore, by heating or cooling the ferrimagnetic layer by heating or cooling a part of the magnetoresistive effect element, it is possible to detect a local external magnetic field change having a size smaller than the size of the magnetoresistive effect element, It is possible to increase the detection resolution for the external magnetic field.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記フェリ磁性体層が、Tb,Gd,Dy,Hoから選択される少なくとも1種の重希土類金属元素と、Fe,Co,Niから選択される少なくとも1種の3d遷移金属元素とを含んでいることが好ましい。これによれば、温度によってMR比が変化する磁気抵抗効果素子を容易に実現できるとともに、温度変化に対して大きな保磁力変化、引いては、温度変化に対して大きなMR比の変化が得られる。   In the magnetoresistive element of the present invention, the ferrimagnetic material layer has at least one heavy rare earth metal element selected from Tb, Gd, Dy, Ho and at least one selected from Fe, Co, Ni. The 3d transition metal element is preferably included. According to this, a magnetoresistive effect element whose MR ratio changes with temperature can be easily realized, and a large coercive force change with respect to a temperature change, and thus a large MR ratio change with respect to a temperature change. .

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記フェリ磁性体層が、重希土類金属元素と、3d遷移金属元素とを含んでいて、前記重希土類金属元素がGdであり、前記3d遷移金属元素がCo、又は、Fe及びCoであることが好ましい。これによれば、温度変化によって保磁力が小さくなった際の保磁力絶対値を小さくでき、磁気抵抗効果素子の外部磁界感度を高めることが可能である。   In the magnetoresistive element of the present invention, the ferrimagnetic layer includes a heavy rare earth metal element and a 3d transition metal element, the heavy rare earth metal element is Gd, and the 3d transition metal element is Co. Or Fe and Co are preferred. This makes it possible to reduce the absolute value of the coercive force when the coercive force is reduced due to temperature change, and to increase the external magnetic field sensitivity of the magnetoresistive effect element.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記3d遷移金属元素が、FeとCoとを含んでいて、FeとCoの組成比が同等、又は、Feに対するCoの組成比が大きいことが好ましい。これによれば、温度変化に対してさらに急峻なMR比の変化を有する磁気抵抗効果素子が得られる。したがって、高い空間分解能を持った磁気抵抗効果素子を実現できる。   In the magnetoresistance effect element of the present invention, it is preferable that the 3d transition metal element contains Fe and Co, and the composition ratio of Fe and Co is equal or the composition ratio of Co to Fe is large. According to this, a magnetoresistive effect element having a steep change in MR ratio with respect to a temperature change can be obtained. Therefore, a magnetoresistive effect element having high spatial resolution can be realized.

ここで、図2を参照しながら、複数の遷移金属を含む材料中の金属の組成比によって保磁力特性曲線が変化する様子を説明する。ここでは、FeとCoとを含む材料を例に挙げて説明する。図2は、複数の遷移金属を含む材料中の金属組成比によって保磁力特性曲線が変化する様子を示す図である。   Here, the manner in which the coercive force characteristic curve changes depending on the composition ratio of the metal in the material including a plurality of transition metals will be described with reference to FIG. Here, a material containing Fe and Co will be described as an example. FIG. 2 is a diagram showing how the coercive force characteristic curve changes depending on the metal composition ratio in a material containing a plurality of transition metals.

本発明の磁気抵抗効果素子に係る保磁力特性曲線は、複数の遷移金属を含む材料中のFeがリッチな状態のときは、図2中のグラフ中の点線で表されるような保磁力曲線を描く。これに対して、複数の遷移金属を含む材料中のCoがリッチな状態のときは、Feがリッチな状態のときよりも、補償温度Tcomp付近での傾きが急峻な曲線を描く。したがって、図2中の下部に示したように、Coがリッチな状態のときはFeがリッチな状態のときに比べ、磁化が立ち上がる(磁化方向が面内方向から垂直方向に変化する)温度幅(図2のグラフ中の磁化が立ち上がる境界幅)が狭くなる。言い換えれば、Coがリッチな状態のときは、Feがリッチな状態のときよりも、補償温度Tcomp近傍における磁化方向の変化が急峻になる。 The coercive force characteristic curve according to the magnetoresistive effect element of the present invention is such that when the Fe in the material containing a plurality of transition metals is rich, the coercive force curve is represented by a dotted line in the graph of FIG. Draw. On the other hand, when Co in a material containing a plurality of transition metals is rich, a curve with a steeper slope near the compensation temperature T comp is drawn than when Fe is rich. Accordingly, as shown in the lower part of FIG. 2, the temperature rises when the Co is rich compared to when the Fe is rich (the magnetization direction changes from the in-plane direction to the vertical direction). (Boundary width at which the magnetization rises in the graph of FIG. 2) becomes narrower. In other words, when the Co is in a rich state, the change in the magnetization direction in the vicinity of the compensation temperature T comp becomes sharper than when the Fe is in a rich state.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記フェリ磁性体層と前記非磁性体層との間に、前記フェリ磁性体層形成面と実質的に平行な磁化方向を持つ面内磁化層が形成されていることが好ましい。   In the magnetoresistive element of the present invention, an in-plane magnetization layer having a magnetization direction substantially parallel to the ferrimagnetic layer forming surface is formed between the ferrimagnetic layer and the nonmagnetic layer. It is preferable.

これによれば、磁気抵抗効果素子のMR比を高めることができる。また、非磁性体層に酸化物または窒化物を用いた場合にフェリ磁性体層が酸化または窒化して特性劣化してしまうことを防ぐことができる上、フェリ磁性体層における外部磁界の検出感度を高めることもできる。   According to this, the MR ratio of the magnetoresistive effect element can be increased. In addition, when an oxide or nitride is used for the nonmagnetic material layer, it is possible to prevent the ferrimagnetic material layer from being oxidized or nitrided and to deteriorate the characteristics, and to detect the external magnetic field in the ferrimagnetic material layer. Can also be increased.

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記フェリ磁性体層に接して、又は、磁気的に結合して、前記フェリ磁性体層よりも透磁率の高い面内磁化層が形成されていることが好ましい。これによれば、フェリ磁性体層における外部磁界に対する感度をさらに高めることができる。   In the magnetoresistive effect element of the present invention, an in-plane magnetic layer having a higher magnetic permeability than the ferrimagnetic layer may be formed in contact with or magnetically coupled to the ferrimagnetic layer. preferable. According to this, the sensitivity to the external magnetic field in the ferrimagnetic material layer can be further increased.

本発明の磁気センサーは、上述したいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に電流を印加するための電極とを備えたものである。これによれば、磁気抵抗効果素子を昇温してフェリ磁性体を昇温させた際にその昇温部においてのみ大きな信号強度が得られる再生用磁気センサーを実現でき、磁気抵抗効果素子のサイズよりも小さな磁気情報の読み出しが可能となる。   The magnetic sensor of the present invention includes any one of the magnetoresistive effect elements described above and an electrode for applying a current to the magnetoresistive effect element. According to this, when the temperature of the magnetoresistive effect element is raised to raise the temperature of the ferrimagnetic material, it is possible to realize a reproducing magnetic sensor that can obtain a large signal intensity only at the temperature raising portion, and the size of the magnetoresistive effect element Smaller magnetic information can be read out.

本発明の再生ヘッドは、上述したいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に電流を印加するための電極とを備えた磁気センサーと、前記磁気センサーを加熱するための加熱手段とを備え、前記加熱手段が前記フェリ磁性体層を昇温させるものである。なお、本発明の磁気情報再生装置は、この再生ヘッドを備えたものである。これらによれば、上述の効果を有する磁気抵抗効果素子を用いた再生ヘッドや磁気情報再生装置を提供できる。   A reproducing head according to the present invention includes a magnetic sensor including any one of the magnetoresistive elements described above, and an electrode for applying a current to the magnetoresistive element, and a heating unit for heating the magnetic sensor. The heating means raises the temperature of the ferrimagnetic layer. The magnetic information reproducing apparatus of the present invention includes this reproducing head. According to these, it is possible to provide a reproducing head and a magnetic information reproducing apparatus using the magnetoresistive effect element having the above-described effects.

なお、本発明の複合ヘッドは、直上の段落で説明した再生ヘッドと、磁気記録媒体に磁界を印加して磁気情報を記録するための記録ヘッドとを有している。これによれば、上述の効果を有する磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録再生ヘッドを提供できる。   Note that the composite head of the present invention includes the reproducing head described in the paragraph immediately above and a recording head for recording magnetic information by applying a magnetic field to the magnetic recording medium. According to this, a magnetic recording / reproducing head using the magnetoresistive effect element having the above-described effect can be provided.

本発明の再生ヘッドにおいては、前記加熱手段が光源であることが好ましい。これによれば、上述の効果を有する磁気抵抗効果素子を用いた再生ヘッドを提供できる。   In the reproducing head of the present invention, the heating means is preferably a light source. According to this, a reproducing head using the magnetoresistive effect element having the above-described effect can be provided.

なお、本発明の複合ヘッドは、直上の段落で説明した再生ヘッドと、磁気記録媒体に磁界を印加して磁気情報を記録するための記録ヘッドとを有し、前記記録ヘッドが近接場光を用いたものである。また、この複合ヘッドは、前記光源が、前記近接場光の光源としても用いられることが好ましい。これによれば、記録時に磁気記録媒体を加熱する光(熱)アシスト記録に好適な磁気記録再生ヘッドを提供できる。   The composite head of the present invention has the reproducing head described in the paragraph immediately above and a recording head for recording magnetic information by applying a magnetic field to the magnetic recording medium, and the recording head emits near-field light. It is what was used. In the composite head, it is preferable that the light source is also used as a light source for the near-field light. According to this, it is possible to provide a magnetic recording / reproducing head suitable for light (heat) assisted recording for heating a magnetic recording medium during recording.

本発明の磁気情報再生装置は、上述した再生ヘッドと、磁気記録媒体とを備え、前記加熱手段が前記フェリ磁性体層を昇温させるものである。これによれば、磁気記録情報を磁気抵抗効果素子の素子幅よりも小さな分解能で読み出すことが可能な磁気記録再生装置を提供できる。   The magnetic information reproducing apparatus of the present invention includes the reproducing head described above and a magnetic recording medium, and the heating means raises the temperature of the ferrimagnetic material layer. According to this, it is possible to provide a magnetic recording / reproducing apparatus capable of reading magnetic recording information with a resolution smaller than the element width of the magnetoresistive effect element.

本発明の磁気情報再生装置は、前記磁気記録媒体の表面に対し、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に垂直な面が傾いている。これによれば、加熱手段として光ビームを用いる際に、光ビームの光路を磁気抵抗効果素子が妨げることがなく、効率的に磁気抵抗効果素子の一部を加熱できる。   In the magnetic information reproducing apparatus of the present invention, a surface perpendicular to the stacking direction of the magnetoresistive elements is inclined with respect to the surface of the magnetic recording medium. According to this, when a light beam is used as the heating means, a part of the magnetoresistive element can be efficiently heated without the magnetoresistive element interfering with the optical path of the light beam.

本発明の磁気情報の再生方法は、非磁性体層と、前記非磁性体層を挟む2つの磁性体層とを有し、前記2つの磁性体層の磁化方向の相対角度変化によって磁気抵抗変化を得る磁気抵抗効果素子、及び、前記磁気抵抗効果素子に電流を印加するための電極が形成された再生ヘッドを用いて、磁気記録媒体に記録された磁気情報を再生するための再生方法であって、前記2つの磁性体層の少なくとも何れか一方が、互いに反平行な磁化方向を持つ2種以上の磁性体から形成されたフェリ磁性体層を含んでおり、かつ、温度変化に伴って前記フェリ磁性体層の保磁力が変化するものであり、前記フェリ磁性体層が加熱によって昇温した状態において磁気情報を再生するものである。   The magnetic information reproducing method of the present invention has a nonmagnetic layer and two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer, and changes the magnetoresistance by changing the relative angle of the magnetization direction of the two magnetic layers. And a reproducing method for reproducing magnetic information recorded on a magnetic recording medium using a reproducing head in which an electrode for applying a current to the magnetoresistive element is formed. In addition, at least one of the two magnetic layers includes a ferrimagnetic layer formed of two or more kinds of magnetic bodies having magnetization directions antiparallel to each other, and the temperature is changed with the change. The coercive force of the ferrimagnetic material layer changes, and magnetic information is reproduced while the ferrimagnetic material layer is heated by heating.

また、本発明の磁気情報の再生方法においては、前記磁気記録媒体に記録された記録情報の再生に先立って、予め、前記フェリ磁性体層を加熱することが好ましい。   In the magnetic information reproducing method of the present invention, it is preferable to heat the ferrimagnetic material layer in advance before reproducing the recorded information recorded on the magnetic recording medium.

これらの磁気情報の再生方法によれば、上述の磁気抵抗効果素子を用いて、磁気記録媒体に記録された磁気記録情報を十分な再生出力でもって検出できる。   According to these magnetic information reproducing methods, the magnetic recording information recorded on the magnetic recording medium can be detected with sufficient reproduction output by using the magnetoresistive effect element described above.

本発明の磁気抵抗効果素子について、その一実施の形態を以下に開示する。図3は、本発明の磁気抵抗効果素子の膜構成を示す断面図である。本実施の形態による磁気抵抗効果素子10は、基板1上に下部電極層2、磁化固定層3、非磁性体層4、面内磁化層7、フェリ磁性体層5、上部電極層6が順に形成される。本実施の形態による磁気抵抗効果素子10は、層形成面と垂直な方向に電流が流れる、いわゆるCPP(Current Perpendicular to Plane)型の素子である。   One embodiment of the magnetoresistive element of the present invention will be disclosed below. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the film configuration of the magnetoresistive element of the present invention. In the magnetoresistive effect element 10 according to this exemplary embodiment, the lower electrode layer 2, the magnetization fixed layer 3, the nonmagnetic layer 4, the in-plane magnetization layer 7, the ferrimagnetic layer 5, and the upper electrode layer 6 are sequentially formed on the substrate 1. It is formed. The magnetoresistive element 10 according to the present embodiment is a so-called CPP (Current Perpendicular to Plane) type element in which a current flows in a direction perpendicular to the layer formation surface.

基板1には、表面粗度の小さな基板を用いることが望ましい。具体的には、表面を熱酸化処理したSi基板やサファイア基板、MgO基板、GaN基板などを用いることができる。   As the substrate 1, it is desirable to use a substrate having a small surface roughness. Specifically, a Si substrate, a sapphire substrate, an MgO substrate, a GaN substrate, or the like whose surface is thermally oxidized can be used.

下部電極層2は、素子の外部から電圧を印加して、伝導電子を素子内に流すための電極層であって、電気抵抗の低い材料、例えば、Cu,Ag,Auやこれらの元素を含む金属材料が適している。下部電極層2の形成に当たっては、基板1と下部電極層2の密着性を高める目的、又は、下部電極層2の結晶粒径や結晶構造、表面粗度を制御する目的で、下部電極層2を形成するのに先立ってシード層(図示しない)を形成しても構わない。このシード層は、例えば、Ta,Ti,Ru,Cr,Ni,Feや、これらの元素を含む金属材料を単層で、又は積層して用いることができる。   The lower electrode layer 2 is an electrode layer for applying a voltage from the outside of the device to flow conduction electrons into the device, and includes a material having a low electrical resistance, for example, Cu, Ag, Au, and these elements. Metal materials are suitable. In forming the lower electrode layer 2, the lower electrode layer 2 is used for the purpose of improving the adhesion between the substrate 1 and the lower electrode layer 2, or for controlling the crystal grain size, crystal structure, and surface roughness of the lower electrode layer 2. Prior to forming, a seed layer (not shown) may be formed. For this seed layer, for example, Ta, Ti, Ru, Cr, Ni, Fe, or a metal material containing these elements can be used in a single layer or in a stacked manner.

磁化固定層3は、反強磁性層3aと強磁性層3bとからなり、層形成面内に磁化方向を持った面内磁化層である。   The magnetization fixed layer 3 is composed of an antiferromagnetic layer 3a and a ferromagnetic layer 3b, and is an in-plane magnetization layer having a magnetization direction in the layer formation surface.

反強磁性層3aは、この反強磁性層3aに続いて形成される、強磁性層3bと交換結合して、強磁性層3bを固定(一方向異方性を付与)する目的で作製されるものであって、例えばMnを用いた反強磁性を示す合金、具体的にはMnと、Pt,Ir,Fe,Ru,Cr,Pd,Niから選ばれる少なくとも一つの元素とを合わせて用いることができる。   The antiferromagnetic layer 3a is fabricated for the purpose of fixing the ferromagnetic layer 3b (providing unidirectional anisotropy) by exchange coupling with the ferromagnetic layer 3b formed subsequently to the antiferromagnetic layer 3a. For example, an alloy exhibiting antiferromagnetism using Mn, specifically, Mn and at least one element selected from Pt, Ir, Fe, Ru, Cr, Pd, and Ni are used in combination. be able to.

強磁性層3bは、反強磁性層3aと交換結合することで一方向異方性を付与され、第1の強磁性層3bを単層で作製した場合よりも見かけ上高い保磁力を一方向に有する層であり、例えば、CoFe,CoFeNi,NiFe,CoFeB,CoPt,CoFePt等の強磁性体金属を用いて形成できる。   The ferromagnetic layer 3b is given unidirectional anisotropy by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 3a, and has an apparently higher coercive force in one direction than the case where the first ferromagnetic layer 3b is formed as a single layer. For example, it can be formed using a ferromagnetic metal such as CoFe, CoFeNi, NiFe, CoFeB, CoPt, or CoFePt.

磁化固定層3の形成に当たっては、下部電極層2と磁化固定層3との間の密着性を高める目的、又は、磁化固定層3および磁化固定層3以降に形成される種々の層の結晶粒径や結晶構造、表面粗度を制御する目的で、磁化固定層3を形成するのに先立ってシード層(図示しない)を形成しても構わない。このシード層には、Ta,Ti,Ru,Cr,Ni,Fe,Cuや、これらの元素を含む金属材料を単層で、又は積層して用いることができる。   In forming the magnetization fixed layer 3, the purpose is to improve the adhesion between the lower electrode layer 2 and the magnetization fixed layer 3, or the crystal grains of various layers formed after the magnetization fixed layer 3 and the magnetization fixed layer 3. For the purpose of controlling the diameter, crystal structure, and surface roughness, a seed layer (not shown) may be formed prior to forming the magnetization fixed layer 3. For this seed layer, Ta, Ti, Ru, Cr, Ni, Fe, Cu, or a metal material containing these elements can be used in a single layer or in a stacked manner.

非磁性体層4は例えばAl,Cu,Au,Ag,Mg等の電気的に導電性の高い金属材料、又はこれらの合金、又は、これらの酸化物又は窒化物からなり、磁化固定層3とフェリ磁性体層5との間の磁気的な交換結合力を遮断するとともに、層形成面に対して垂直方向に流れる伝導電子を通過させる役割を果たす。ここで、非磁性体層4を、電気抵抗の低い材料、すなわち導電性金属材料を用いて形成すれば磁気抵抗効果素子はGMR素子となり、電気抵抗の高い材料、すなわち上記導電性金属元素の酸化物や窒化物を用いればTMR素子となる。また、非磁性体層4は、酸化物や窒化物中に導電性金属材料のクラスターが存在するといったように、酸化物や窒化物、導電性金属材料とを複合した層であっても構わない。   The nonmagnetic layer 4 is made of, for example, a highly electrically conductive metal material such as Al, Cu, Au, Ag, Mg, or an alloy thereof, or an oxide or nitride thereof, The magnetic exchange coupling force with the ferrimagnetic material layer 5 is cut off, and the conduction electrons flowing in the direction perpendicular to the layer forming surface pass therethrough. Here, if the nonmagnetic layer 4 is formed using a material having a low electrical resistance, that is, a conductive metal material, the magnetoresistive element becomes a GMR element, and the material having a high electrical resistance, that is, the oxidation of the conductive metal element is performed. If a material or nitride is used, a TMR element is obtained. Further, the nonmagnetic layer 4 may be a layer in which an oxide, a nitride, or a conductive metal material is combined such that a cluster of a conductive metal material exists in the oxide or nitride. .

フェリ磁性体層5は外部磁界を受けて磁化方向が変化する磁性層であり、かつ、温度によって保磁力が変化する磁性層である。また、フェリ磁性体層5は、自発磁化が0となり保磁力が原理上無限大となる補償温度(Tcomp)を持つフェリ磁性体で形成される。具体的には例えば、Gd,Tb,Ho,Dyから選ばれる少なくとも一つの重希土類金属と、Fe,Co,Niから選ばれる少なくとも一つの3d遷移金属とを含んで成り、層形成面方向の保磁力が、室温下と室温より高い温度下で変化するように組成が調整されている。これによって、例えば室温近傍に補償温度(Tcomp)を設定すれば、室温では保磁力が大きく、室温より高い温度下では保磁力が小さくなるようにできる。また、フェリ磁性体層5は、フェライトやガーネット型酸化物、希土類鉄ガーネットのような酸化物フェリ磁性体のうち補償温度を持つものから形成されるものであってもよい。具体的には、LiFeCrO(Li−Crフェライト)や、NiFeAlO(Ni−Alフェライト)、YGaFeO(Ga置換YIG)、GdFeO(Gd−Feガーネット)を用いることができる。また、フェリ磁性体層5には、主にスピン分極率を高める目的で、B,Pt,Ru,Ta,Ti,Crから選ばれる元素が添加されていても構わない。 The ferrimagnetic layer 5 is a magnetic layer whose magnetization direction changes when receiving an external magnetic field, and a magnetic layer whose coercive force changes depending on temperature. The ferrimagnetic layer 5 is formed of a ferrimagnetic material having a compensation temperature (T comp ) at which spontaneous magnetization is 0 and the coercive force is infinite in principle. Specifically, for example, it includes at least one heavy rare earth metal selected from Gd, Tb, Ho, and Dy and at least one 3d transition metal selected from Fe, Co, and Ni, and maintains the direction in which the layer is formed. The composition is adjusted so that the magnetic force changes at room temperature and at a temperature higher than room temperature. Accordingly, for example, if the compensation temperature (T comp ) is set near room temperature, the coercive force is large at room temperature, and the coercive force is small at a temperature higher than room temperature. Further, the ferrimagnetic material layer 5 may be formed from an oxide ferrimagnetic material having a compensation temperature, such as ferrite, garnet-type oxide, and rare earth iron garnet. Specifically, LiFeCrO (Li—Cr ferrite), NiFeAlO (Ni—Al ferrite), YGaFeO (Ga substituted YIG), and GdFeO (Gd—Fe garnet) can be used. In addition, an element selected from B, Pt, Ru, Ta, Ti, and Cr may be added to the ferrimagnetic layer 5 mainly for the purpose of increasing the spin polarizability.

磁気抵抗効果素子10においては、補償温度Tcompが室温となるようにフェリ磁性体層5が組成調整されている。これによれば、室温からの温度上昇又は温度低下に伴って、遷移金属副格子の磁化量(MTM)と希土類金属副格子の磁化量(MRE)との差が大きくなる(温度上昇に伴ってMTOTAL=MTM−MREが大きくなり、温度低下に伴ってMTOTAL=MRE−MTMが大きくなる)、フェリ磁性体層5が得られる。すなわち、室温において保磁力Hcが非常に大きく、温度上昇や温度低下に伴って保磁力Hcが小さくなるフェリ磁性体層5を実現できる。言い換えると、フェリ磁性体層5の磁化角度が、室温においてはフェリ磁性体層5の層形成面に対して傾いているが、温度上昇や温度低下に伴って室温から離れた温度範囲においてはフェリ磁性体層5の層形成面の面内方向を向いたフェリ磁性体層5を実現できる。 In the magnetoresistive effect element 10, the composition of the ferrimagnetic material layer 5 is adjusted so that the compensation temperature T comp becomes room temperature. According to this, as the temperature rises or falls from room temperature, the difference between the magnetization amount (M TM ) of the transition metal sublattice and the magnetization amount (M RE ) of the rare earth metal sublattice increases (the temperature rises). Along with this, M TOTAL = M TM −M RE increases, and M TOTAL = M RE −M TM increases as the temperature decreases. Thus, the ferrimagnetic layer 5 is obtained. That is, the ferrimagnetic material layer 5 having a very large coercive force H c at room temperature and a small coercive force Hc as the temperature rises or falls can be realized. In other words, the magnetization angle of the ferrimagnetic material layer 5 is inclined with respect to the layer forming surface of the ferrimagnetic material layer 5 at room temperature, but in the temperature range away from room temperature as the temperature rises or falls, The ferrimagnetic material layer 5 facing the in-plane direction of the layer formation surface of the magnetic material layer 5 can be realized.

一変形例として、補償温度Tcompが室温よりも100℃から150℃程度高い温度となるようにフェリ磁性体層5が組成調整されていてもよい。これによれば、室温からの温度上昇に伴って保磁力が大きくなり、室温からの温度低下に伴って保磁力が小さくなるフェリ磁性体層5が得られる。言い換えると、フェリ磁性体層5の磁化角度が、室温においてはフェリ磁性体層5の層形成面の面内方向を向いているが、室温よりも高い補償温度Tcomp付近においてはフェリ磁性体層5の層形成面に対して傾いたフェリ磁性体層5を実現できる。 As a modification, the composition of the ferrimagnetic material layer 5 may be adjusted so that the compensation temperature T comp is about 100 ° C. to 150 ° C. higher than room temperature. According to this, the ferrimagnetic layer 5 is obtained in which the coercive force increases with the temperature rise from room temperature and the coercive force decreases with the temperature drop from room temperature. In other words, the magnetization angle of the ferrimagnetic layer 5 is in the in-plane direction of the layer forming surface of the ferrimagnetic layer 5 at room temperature, but near the compensation temperature T comp higher than room temperature. Thus, the ferrimagnetic material layer 5 inclined with respect to the layer forming surface 5 can be realized.

別の一変形例として、補償温度Tcompが室温よりも数10℃程度低い温度となるようにフェリ磁性体層5が組成調整されていてもよい。これによれば、室温からの温度上昇に伴って保磁力が小さくなり、室温からの温度低下に伴って保磁力が大きくなるフェリ磁性体層5が得られる。言い換えると、フェリ磁性体層5の磁化角度が、室温においてはフェリ磁性体層5の層形成面の面内方向を向いているが、室温よりも低い補償温度Tcomp付近においてはフェリ磁性体層5の層形成面に対して傾いたフェリ磁性体層5を実現できる。 As another modification, the composition of the ferrimagnetic material layer 5 may be adjusted so that the compensation temperature T comp is about several tens of degrees lower than room temperature. According to this, the ferrimagnetic material layer 5 is obtained in which the coercive force decreases with increasing temperature from room temperature and the coercive force increases with decreasing temperature from room temperature. In other words, the magnetization angle of the ferrimagnetic layer 5 is in the in-plane direction of the layer forming surface of the ferrimagnetic layer 5 at room temperature, but near the compensation temperature T comp that is lower than room temperature. Thus, the ferrimagnetic material layer 5 inclined with respect to the layer forming surface 5 can be realized.

フェライトやガーネット型酸化物、希土類鉄ガーネットのような酸化物フェリ磁性体をフェリ磁性体層5に用いる場合も上記希土類遷移金属を用いる場合と同様であり、保磁力が理論上無限大となる補償温度Tcomp近傍と、それよりも保磁力が小さい高温側や低温側を利用する。これらの材料においても補償温度Tcompは組成比を変更することで調整できる。 The case where an oxide ferrimagnetic material such as ferrite, garnet-type oxide, or rare earth iron garnet is used for the ferrimagnetic material layer 5 is the same as the case where the rare earth transition metal is used, and the coercive force is theoretically infinite. The vicinity of the temperature T comp and the high temperature side and the low temperature side having a smaller coercive force are used. Even in these materials, the compensation temperature T comp can be adjusted by changing the composition ratio.

フェリ磁性体層5は外部磁界を検出する層であり、検出感度を高めるために、磁界を検出する温度(保磁力が相対的に小さくなる温度)において保磁力絶対値が小さく、透磁率が大きな特性を示す材料を用いることが特に望ましい。   The ferrimagnetic layer 5 is a layer that detects an external magnetic field, and in order to increase detection sensitivity, the coercive force absolute value is small and the magnetic permeability is large at the temperature at which the magnetic field is detected (the temperature at which the coercive force becomes relatively small). It is particularly desirable to use materials that exhibit properties.

面内磁化層7は、素子のMR比を高める目的と、非磁性体層4に酸化物又は窒化物を用いた場合にフェリ磁性体層5が酸化又は窒化して特性劣化してしまうことを防ぐ目的、および/又は、フェリ磁性体層5の検出感度を高める目的で、非磁性体層4とフェリ磁性体層5との間に、形成されている。面内磁化層7には、フェリ磁性体層よりも高いスピン分極率を有している材料や、フェリ磁性体層よりも酸化又は窒化されにくい材料を用いることが望ましく、例えば、CoFe,CoFeNi,NiFe,NiFeTa,NiFeNb,CoFeB,CoPt,CoFePt等から選択した材料を用いて形成することができる。なお、この面内磁化層7は形成されていなくともよい。   The in-plane magnetic layer 7 has the purpose of increasing the MR ratio of the element, and that when the oxide or nitride is used for the nonmagnetic material layer 4, the ferrimagnetic material layer 5 is oxidized or nitrided and the characteristics deteriorate. It is formed between the nonmagnetic layer 4 and the ferrimagnetic layer 5 for the purpose of preventing and / or increasing the detection sensitivity of the ferrimagnetic layer 5. For the in-plane magnetic layer 7, it is desirable to use a material having a higher spin polarizability than that of the ferrimagnetic material layer, or a material that is less likely to be oxidized or nitrided than the ferrimagnetic material layer, for example, CoFe, CoFeNi, It can be formed using a material selected from NiFe, NiFeTa, NiFeNb, CoFeB, CoPt, CoFePt, and the like. The in-plane magnetization layer 7 may not be formed.

また、外部磁界に対する感度を高める目的で、フェリ磁性体層と面内磁化層との間にさらに高透磁率層18が形成されている磁気抵抗効果素子20としてもよい(図4参照:高透磁率層18以外は、図3と符号の1の位が同じものは同構成である)。この高透磁率層28には、NiFeやこれにTa,Nb等の添加物が添加された軟磁性材料を用いることができる。   Further, for the purpose of increasing the sensitivity to an external magnetic field, a magnetoresistive element 20 in which a high permeability layer 18 is further formed between the ferrimagnetic layer and the in-plane magnetization layer may be used (see FIG. 4: high permeability). Except for the magnetic layer 18, those having the same 1's position as in FIG. 3 have the same configuration). For the high magnetic permeability layer 28, a soft magnetic material in which an additive such as NiFe or Ta or Nb is added thereto can be used.

上部電極層6は、下部電極層2と同様に、素子の外部から電圧を印加して、伝導電子を素子内に流すための電極層であって、電気抵抗の低い材料、例えば、Cu,Ag,Auやこれらの元素を含む金属材料が適している。   Similar to the lower electrode layer 2, the upper electrode layer 6 is an electrode layer for applying a voltage from the outside of the element to flow conduction electrons into the element, and is a material having a low electrical resistance, for example, Cu, Ag , Au and metal materials containing these elements are suitable.

上部電極層6の形成に当たっては、フェリ磁性体層5と上部電極層6の密着性を高める目的、又は、上部電極層6の結晶粒径や結晶構造、表面粗度を制御する目的で、上部電極層6を形成するのに先立ってシード層(図示しない)を形成しても構わない。このシード層は、例えば、Ta,Ti,Ru,Cr,Ni,Feや、これらの元素を含む金属材料を単層で、又は積層して用いることができる。   In forming the upper electrode layer 6, the upper electrode layer 6 is formed for the purpose of increasing the adhesion between the ferrimagnetic material layer 5 and the upper electrode layer 6, or for controlling the crystal grain size, crystal structure, and surface roughness of the upper electrode layer 6. Prior to the formation of the electrode layer 6, a seed layer (not shown) may be formed. For this seed layer, for example, Ta, Ti, Ru, Cr, Ni, Fe, or a metal material containing these elements can be used in a single layer or in a stacked manner.

本実施の形態による磁気抵抗効果素子10は、下部電極層2と上部電極層6との間に電圧を印加することで電位差を生じさせ、層形成面に対して垂直方向に電流を流すことで動作するものである。上記電圧印加によって生じる伝導電子は、スピン角運動の向きの異なる2種の電子、すなわち、アップスピン電子とダウンスピン電子とからなり、同数のアップスピン電子とダウンスピン電子とを持つ。伝導電子が、磁化方向が一方向に固定された磁化固定層3を通過すると、磁化固定層3の磁化方向に応じてスピンの向きによって通過する量が異なるスピン依存散乱を生じ、アップスピン電子数とダウンスピン電子数に差が生じる。続いて、非磁性体層4及び面内磁化層7を通過した伝導電子は、フェリ磁性体層5を通過する際に、再度スピン依存散乱を生じるが、磁化固定層3の磁化方向とフェリ磁性体層5の磁化方向とが略平行の場合には、略反平行の場合に比べて、フェリ磁性体層5における散乱量が小さくなる。このため、フェリ磁性体層5を通過する伝導電子の数は、フェリ磁性体層5の磁化方向によって異なり、上部電極層6に到達する伝導電子の総数が変化するため、素子抵抗の変化を生じる。これらの磁気抵抗効果現象は、従来のGMR素子やTMR素子と同じ原理によるものである。   The magnetoresistive effect element 10 according to the present exemplary embodiment generates a potential difference by applying a voltage between the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 6 and causes a current to flow in a direction perpendicular to the layer formation surface. It works. The conduction electrons generated by the voltage application are composed of two types of electrons having different directions of spin angular motion, that is, up-spin electrons and down-spin electrons, and have the same number of up-spin electrons and down-spin electrons. When the conduction electrons pass through the magnetization fixed layer 3 whose magnetization direction is fixed in one direction, spin-dependent scattering occurs in which the amount of passing electrons varies depending on the direction of the spin according to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 3, and the number of up-spin electrons There is a difference in the number of downspin electrons. Subsequently, the conduction electrons that have passed through the non-magnetic layer 4 and the in-plane magnetization layer 7 cause spin-dependent scattering again when passing through the ferrimagnetic layer 5, but the magnetization direction of the magnetization fixed layer 3 and the ferrimagnetism are also reduced. When the magnetization direction of the body layer 5 is substantially parallel, the amount of scattering in the ferrimagnetic material layer 5 is smaller than when the body layer 5 is substantially antiparallel. For this reason, the number of conduction electrons passing through the ferrimagnetic material layer 5 varies depending on the magnetization direction of the ferrimagnetic material layer 5, and the total number of conduction electrons reaching the upper electrode layer 6 changes, resulting in a change in element resistance. . These magnetoresistive effects are based on the same principle as that of conventional GMR elements and TMR elements.

ここで、本実施の形態による磁気抵抗効果素子では、素子の温度によってフェリ磁性体層5の保磁力が変化するので、フェリ磁性体層5を磁化反転させるために必要な外部磁界の大きさが温度によって異なる。すなわち、例えばフェリ磁性体層5の保磁力が室温で大きく、高温で小さくなるようにフェリ磁性体層5の組成比を設定した場合、室温においてはフェリ磁性体層5の保磁力が大きいため、外部磁界(磁気記録媒体からの漏洩磁界)に対する感度が低下し、フェリ磁性体層5の磁化反転が起こりにくくなる。一方、室温よりも高い温度では、フェリ磁性体層5の保磁力は室温における保磁力よりも小さくなり、外部磁界に対する感度が向上するため、室温よりも小さな外部磁界で磁化反転を起こすことができる。   Here, in the magnetoresistive effect element according to the present embodiment, since the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 changes depending on the temperature of the element, the magnitude of the external magnetic field required to reverse the magnetization of the ferrimagnetic layer 5 is small. Varies with temperature. That is, for example, when the composition ratio of the ferrimagnetic layer 5 is set so that the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 is large at room temperature and small at high temperature, the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 is large at room temperature. Sensitivity to an external magnetic field (leakage magnetic field from a magnetic recording medium) is reduced, and magnetization reversal of the ferrimagnetic layer 5 hardly occurs. On the other hand, at a temperature higher than room temperature, the coercive force of the ferrimagnetic material layer 5 becomes smaller than the coercive force at room temperature, and the sensitivity to an external magnetic field is improved. Therefore, magnetization reversal can be caused by an external magnetic field smaller than room temperature. .

このように、本実施の形態による磁気抵抗効果素子は、フェリ磁性体層5の保磁力が大きい場合には、外部磁界に対する感度が低く、フェリ磁性体層5の保磁力が小さい場合には、外部磁界に対する感度が高くなる特徴を有しており、上記保磁力が大きい状態と保磁力が小さい状態とを温度変化によって可逆的に切り替えることができる特徴を有している。従って、本実施の形態による磁気抵抗効果素子に対して、局所加熱手段、例えば、レーザー光源からのレーザー光や微小なヒータによって局所的に素子温度を高めれば、温度分布によって素子サイズよりも小さな磁気記録情報が読み出せる磁気抵抗センサーを実現できる。   As described above, the magnetoresistive effect element according to the present embodiment has low sensitivity to the external magnetic field when the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 is large, and when the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 is small, It has a feature that sensitivity to an external magnetic field is high, and has a feature that it can reversibly switch between a state in which the coercive force is large and a state in which the coercive force is small. Therefore, if the element temperature is locally increased by a local heating means, for example, laser light from a laser light source or a minute heater, with respect to the magnetoresistive effect element according to the present embodiment, a magnetism smaller than the element size due to the temperature distribution. A magnetoresistive sensor capable of reading recorded information can be realized.

局所加熱手段にレーザー光源を用いる場合、照射するレーザー光のスポット径をレンズ集光によって小さくするか、微小開口や微小突起に光を照射することで発生する微小な近接場光を用いることで、ごく微小な部分のみで高い磁気抵抗変化を得られ、高分解能の磁気抵抗センサーを実現できる。   When using a laser light source for local heating means, by reducing the spot diameter of the laser beam to be irradiated by condensing the lens, or by using a minute near-field light generated by irradiating light to a minute aperture or minute projection, A high magnetoresistance change can be obtained with only a very small part, and a high-resolution magnetoresistive sensor can be realized.

このような磁気抵抗効果素子を磁気記録媒体からの情報を再生する再生用磁気センサーに用いれば、磁気抵抗効果素子自体の幅を情報トラックの幅以下に狭くする必要が無いので、素子幅よりも狭いトラック幅に記録された磁気記録情報を読み出せる再生用磁気センサーを提供できることに加え、閉磁路が生じ易く永久磁石に磁化を固着されやすい磁化自由層のエッジ部分を、センシングに用いないので、微小磁区の読み出しに際しても高い再生信号特性を維持できる。   If such a magnetoresistive effect element is used in a reproducing magnetic sensor for reproducing information from a magnetic recording medium, it is not necessary to make the width of the magnetoresistive effect element itself smaller than the width of the information track. In addition to providing a reproducing magnetic sensor that can read magnetic recording information recorded in a narrow track width, the edge portion of the magnetization free layer that is easy to generate a closed magnetic path and is easily fixed to a permanent magnet is not used for sensing. High reproduction signal characteristics can be maintained even when reading out the minute magnetic domains.

なお、温度変化に伴って保磁力変化する磁化層は、磁化自由層(フェリ磁性体層の他に、形成されている場合には面内磁化層や高透磁率層を含む層)と同時に、磁化固定層に用いられていても構わない。   In addition, the magnetization layer whose coercive force changes with temperature change is the same as the magnetization free layer (in addition to the ferrimagnetic material layer, a layer including an in-plane magnetization layer and a high permeability layer). It may be used for the magnetization fixed layer.

また、本実施形態の磁気抵抗効果素子では、磁化自由層よりも磁化固定層を先に(基板1側に)形成する、いわゆるボトム型の磁気抵抗効果素子について示したが、磁化自由層が先に(基板1側に)形成され、磁化固定層が非磁性体層の後で形成される、いわゆるトップ型の磁気抵抗効果素子であっても構わない。   In the magnetoresistive effect element of the present embodiment, a so-called bottom type magnetoresistive effect element in which the magnetization fixed layer is formed first (on the substrate 1 side) than the magnetization free layer is shown. It may be a so-called top-type magnetoresistive effect element formed on the substrate 1 side and having the magnetization fixed layer formed after the nonmagnetic layer.

さらには、磁化自由層を2つの非磁性体層で挟み、この2つの非磁性体層をさらに2つの磁化固定層で挟む構成の、いわゆるダブルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子に用いても構わない。   Further, it may be used for a so-called double spin valve type magnetoresistive effect element in which a magnetization free layer is sandwiched between two nonmagnetic layers and the two nonmagnetic layers are further sandwiched between two magnetization fixed layers. Absent.

なお、本実施の形態による磁気抵抗効果素子の応用範囲は磁気記録媒体からの読み出しを行うための再生用磁気センサーに限るものではなく、他の磁気センサー、MRAM(Magnetic Random Access Memory)に代表される磁気メモリに用いても構わない。   The application range of the magnetoresistive effect element according to the present embodiment is not limited to a reproducing magnetic sensor for reading from a magnetic recording medium, but is represented by another magnetic sensor, MRAM (Magnetic Random Access Memory). It may be used for a magnetic memory.

また、本文中では室温に比べて高温でフェリ磁性体層5の保磁力が小さくなり、外部磁界感度が高くなる場合について示したが、逆に、高温に比べて室温でフェリ磁性体層5の保磁力が小さくなり、外部磁界感度が高くなる磁気抵抗効果素子であっても構わない。   In the text, the case where the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 is reduced at a high temperature compared to room temperature and the external magnetic field sensitivity is increased is shown. It may be a magnetoresistive element that has a small coercive force and high external magnetic field sensitivity.

このような、室温で保磁力が小さく、室温よりも高い高温で保磁力が大きくなる磁気抵抗効果素子は、フェリ磁性体層5の組成比を調整し、室温よりも高い高温近傍にトータル磁化(MTOTAL)が小さくなり、保磁力Hcが大きくなる補償温度(Tcomp)を設定することによって実現できる。このように組成調整したフェリ磁性体層5を用いることで、高温部に対して低温部の磁気抵抗効果が大きくなる磁気抵抗効果素子を実現でき、例えば局所加熱源であるレーザー光源からレーザー光を照射して局所的に素子温度を高めれば、高温部では信号を検出せずに、低温部のみが高い感度を有する磁気抵抗センサーを実現できる。 Such a magnetoresistive element having a small coercive force at room temperature and a large coercive force at a high temperature higher than room temperature adjusts the composition ratio of the ferrimagnetic material layer 5 so that the total magnetization ( This can be realized by setting a compensation temperature (T comp ) that reduces M TOTAL ) and increases the coercive force Hc. By using the ferrimagnetic material layer 5 thus adjusted in composition, it is possible to realize a magnetoresistive effect element in which the magnetoresistive effect in the low temperature portion is larger than that in the high temperature portion. For example, laser light is emitted from a laser light source that is a local heating source. If the element temperature is locally increased by irradiation, a magnetoresistive sensor having high sensitivity only in the low temperature part can be realized without detecting a signal in the high temperature part.

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、層形成面に対して垂直な方向に電流を流すCPP(Current Perpendicular to Plane)型の磁気抵抗効果素子以外にも、層形成面と平行に電流を流して磁気抵抗効果を得るCIP(Current in Plane)型の磁気抵抗効果素子にも適用可能である。この場合にも、磁化自由層又は、磁化自由層と磁化固定層とに温度変化に伴って保磁力が変化するフェリ磁性体層を用いることで、温度分布によって素子サイズよりも小さな磁気記録情報が読み出せる磁気抵抗センサーを実現できる。   In addition to the CPP (Current Perpendicular to Plane) type magnetoresistive element that allows current to flow in a direction perpendicular to the layer forming surface, the magnetoresistive element of the present invention allows current to flow parallel to the layer forming surface. Thus, the present invention can also be applied to a CIP (Current in Plane) type magnetoresistive effect element that obtains a magnetoresistive effect. Also in this case, by using a ferrimagnetic material layer whose coercive force changes with temperature change in the magnetization free layer or the magnetization free layer and the magnetization fixed layer, magnetic recording information smaller than the element size can be obtained due to the temperature distribution. A readable magnetoresistive sensor can be realized.

(実施例1)
次に、本発明に係る磁気抵抗効果素子の実施例を以下に示す。実施例1では、上述の図3に示した磁気抵抗効果素子10の特性を評価すべく、この磁気抵抗効果素子10と同構成の試料を作製した。基板1として表面を熱酸化処理したSi基板を、下部電極層2および上部電極層6としてCuを、磁化固定層3のうち反強磁性層3aとしてMnIrを、強磁性層3bとしてCoFeを、非磁性体層4としてAlを酸化させた酸化Alを、面内磁化層51としてCoFeを、フェリ磁性体層5としてGdFeCoを、それぞれ形成した。
Example 1
Next, examples of the magnetoresistive effect element according to the present invention are shown below. In Example 1, a sample having the same configuration as that of the magnetoresistive effect element 10 was manufactured in order to evaluate the characteristics of the magnetoresistive effect element 10 shown in FIG. A Si substrate whose surface was thermally oxidized as the substrate 1, Cu as the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 6, MnIr as the antiferromagnetic layer 3 a of the magnetization fixed layer 3, CoFe as the ferromagnetic layer 3 b, Al oxide obtained by oxidizing Al was formed as the magnetic layer 4, CoFe was formed as the in-plane magnetization layer 51, and GdFeCo was formed as the ferrimagnetic layer 5.

下部電極層2の形成に当たっては、基板1と下部電極層2の密着性を高め、下部電極層2の表面粗度を制御する目的で、下部電極層2を形成するのに先立ってTaから成るシード層(図示しない)を形成した。   Prior to forming the lower electrode layer 2, the lower electrode layer 2 is made of Ta for the purpose of improving the adhesion between the substrate 1 and the lower electrode layer 2 and controlling the surface roughness of the lower electrode layer 2. A seed layer (not shown) was formed.

磁化固定層3の形成に当たっては、下部電極層2と磁化固定層3との間の密着性を高め、磁化固定層3および磁化固定層3以降に形成される種々の層の結晶粒径や結晶構造、表面粗度を制御する目的で、磁化固定層3を形成するのに先立ってTaとNiFeおよびCuを積層したシード層(図示しない)を形成した。   In the formation of the magnetization fixed layer 3, the adhesion between the lower electrode layer 2 and the magnetization fixed layer 3 is improved, and the crystal grain sizes and crystals of various layers formed after the magnetization fixed layer 3 and the magnetization fixed layer 3 are increased. In order to control the structure and the surface roughness, a seed layer (not shown) in which Ta, NiFe, and Cu are laminated is formed prior to forming the magnetization fixed layer 3.

上部電極層6の形成に当たっては、フェリ磁性体層5と上部電極層6の密着性を高め、上部電極層6の表面粗度を制御する目的で、上部電極層6を形成するのに先立ってTaから成るシード層(図示しない)を形成した。   Prior to forming the upper electrode layer 6, the upper electrode layer 6 is formed for the purpose of improving the adhesion between the ferrimagnetic material layer 5 and the upper electrode layer 6 and controlling the surface roughness of the upper electrode layer 6. A seed layer (not shown) made of Ta was formed.

本実施例に示す磁気抵抗効果素子の作製方法は以下の通りである。なお、以下の文中に示す膜厚とは、基板上に各材料の単層膜を100nm程度の膜厚で形成し、触針式段差計を用いてその膜厚を測定、測定された膜厚と成膜時間から算出した成膜レートを基に記述している。また、本実施例に示す磁気抵抗効果素子の成膜には、Ta,Cu,MnIr,CoFe,NiFe,GdFeCo,Alのターゲットを有する成膜チャンバーを備えたマグネトロンスパッタリング装置を用いた。なお、成膜はいずれもArガス雰囲気中でDCスパッタリングによって行った。   The manufacturing method of the magnetoresistive effect element shown in this example is as follows. In addition, the film thickness shown in the following sentence is a film thickness obtained by forming a single layer film of each material on a substrate with a film thickness of about 100 nm and measuring the film thickness using a stylus step meter. And the film formation rate calculated from the film formation time. Further, for the film formation of the magnetoresistive effect element shown in this example, a magnetron sputtering apparatus provided with a film forming chamber having targets of Ta, Cu, MnIr, CoFe, NiFe, GdFeCo, and Al was used. In addition, all film-forming was performed by DC sputtering in Ar gas atmosphere.

まず、基板1として表面を熱酸化処理したSi基板を用い、スパッタリング装置内で1×10-6Paまで真空引きした後、Arガスを導入し、1×10-1PaのAr雰囲気中でTaターゲットに給電し、下部電極層2の形成に先立つシード層(図示せず)としてTaを5nmの膜厚で成膜した。 First, a Si substrate whose surface was thermally oxidized was used as the substrate 1, and after evacuation to 1 × 10 −6 Pa in a sputtering apparatus, Ar gas was introduced and Ta in Ta atmosphere of 1 × 10 −1 Pa was introduced. Power was supplied to the target, and Ta was deposited to a thickness of 5 nm as a seed layer (not shown) prior to the formation of the lower electrode layer 2.

続いて、Cuターゲットに給電し、下部電極層2としてCuを50nmの膜厚で成膜した。   Subsequently, power was supplied to the Cu target, and Cu was deposited to a thickness of 50 nm as the lower electrode layer 2.

そして、磁化固定層3の形成に先立つシード層(図示せず)として、TaとNiFeおよびCuをそれぞれ5nm、2nm、5nmの膜厚で積層して形成した。続いて、MnIrターゲットに給電し、反強磁性層3aとしてMnIrを膜厚15nmで形成した後、強磁性層3bとしてCoFeを5nmの膜厚で形成し、これらを磁化固定層3とした。   Then, as a seed layer (not shown) prior to the formation of the magnetization fixed layer 3, Ta, NiFe, and Cu were stacked to a thickness of 5 nm, 2 nm, and 5 nm, respectively. Subsequently, power was supplied to the MnIr target, MnIr was formed as the antiferromagnetic layer 3a with a film thickness of 15 nm, CoFe was formed as the ferromagnetic layer 3b with a film thickness of 5 nm, and these were used as the magnetization fixed layer 3.

次に、非磁性体層4としてAlを1.0nmの膜厚で形成した後、チャンバー内にO2ガスを導入し、O2雰囲気中でAlを酸素暴露して酸化し、酸化Al膜とした。 Next, after forming Al with a film thickness of 1.0 nm as the nonmagnetic layer 4, O 2 gas is introduced into the chamber, and the Al is exposed to oxygen in an O 2 atmosphere to oxidize the Al oxide film. did.

そして、非磁性体層4上に、面内磁化層7としてCoFeを2nmの膜厚で形成し、続いて、フェリ磁性体層5としてGdFeCoを10nmの膜厚で形成した。フェリ磁性体層5は、室温において保磁力が大きな補償温度Tcompとなり、温度上昇又は温度低下に伴って保磁力が小さくなるように組成調整された層である。具体的には、Gdを23at%、Feを23at%、Coを54at%の比率とした。上記組成のフェリ磁性体層5は、温度上昇に伴って単調かつ急峻に保磁力が減少し、100℃を超える温度において、100Oe(約8kA/m)以下の保磁力となる磁性層であった。 Then, CoFe was formed with a thickness of 2 nm as the in-plane magnetic layer 7 on the nonmagnetic layer 4, and subsequently, GdFeCo was formed with a thickness of 10 nm as the ferrimagnetic layer 5. The ferrimagnetic material layer 5 is a layer whose composition is adjusted so that the coercive force becomes a large compensation temperature T comp at room temperature and the coercive force decreases as the temperature increases or decreases. Specifically, Gd was 23 at%, Fe was 23 at%, and Co was 54 at%. The ferrimagnetic material layer 5 having the above composition is a magnetic layer whose coercive force decreases monotonously and steeply as the temperature rises and has a coercive force of 100 Oe (about 8 kA / m) or less at a temperature exceeding 100 ° C. .

続いて、上部電極層6の形成に先立つシード層(図示せず)としてTaを5nmの膜厚で成膜した後、Cuターゲットに給電して、上部電極層6としてCuを50nmの膜厚で成膜した。   Subsequently, Ta is deposited to a thickness of 5 nm as a seed layer (not shown) prior to the formation of the upper electrode layer 6, and then the Cu target is fed to form Cu with a thickness of 50 nm as the upper electrode layer 6. A film was formed.

以上の手順で作製した素子について、上部電極層6の上に保護膜(図示せず)としてSiO2を100nmの膜厚で形成した後、500Oe(約40kA/m)の磁場中で250℃1時間の磁場中アニールを行って磁化固定層3の固定を行った。このように作製された磁気抵抗効果素子を実施例1の試料とした。 About the element produced in the above procedure, after forming SiO 2 with a film thickness of 100 nm on the upper electrode layer 6 as a protective film (not shown), it is 250 ° C. in a magnetic field of 500 Oe (about 40 kA / m). The magnetization fixed layer 3 was fixed by annealing in a magnetic field for a time. The magnetoresistive effect element thus manufactured was used as a sample of Example 1.

(比較例1)
実施例1の磁気抵抗効果素子と比較のため、比較例1として従来の磁気抵抗効果素子についても作製した。具体的には、実施例1におけるフェリ磁性体層5に代わって、NiFeから成る磁化自由層を膜厚10nmで形成した以外は、実施例1の磁気抵抗効果素子と同じ構成、製法を用いる磁気抵抗効果素子を作製した。なお、比較例1において自由層に用いたNiFeは、室温から250℃までの温度範囲で、常に保磁力が10Oe(約800A/m)以下と小さな値を示すものであった。
(Comparative Example 1)
For comparison with the magnetoresistive effect element of Example 1, a conventional magnetoresistive effect element was also manufactured as Comparative Example 1. Specifically, in place of the ferrimagnetic material layer 5 in Example 1, a magnetic layer using the same configuration and manufacturing method as the magnetoresistive effect element in Example 1 except that a magnetic free layer made of NiFe is formed with a film thickness of 10 nm. A resistance effect element was produced. Note that NiFe used for the free layer in Comparative Example 1 always had a small coercive force of 10 Oe (about 800 A / m) or less in the temperature range from room temperature to 250 ° C.

(実施例1及び比較例1の磁気抵抗効果素子の特性評価)
上記の方法で作製した実施例1の磁気抵抗効果素子と、フェリ磁性体層5に代わってNiFeから成る磁化自由層を形成した比較例1の磁気抵抗効果素子について、それぞれの素子のMR比を25℃と150℃の温度下で測定した結果を図5(比較例1の磁気抵抗効果素子について測定した結果)、図6(実施例1の磁気抵抗効果素子について測定した結果)に示す。なお、測定に際しては、リソグラフィを用いて積層成膜した素子の加工および電極取り出しを行った後、上下電極間に5mV一定の電圧を印加しておき、磁気抵抗効果素子をヒータで加熱昇温した状態で、電磁石を用いて磁気抵抗効果素子の層形成面と平行方向に±1kOe(約80kA/m)の範囲で外部磁界を印加してMR比を測定した。測定に使用した素子のジャンクションサイズは20μmとした。また、上記外部磁界の印加方向は磁場中アニールを行った際に印加した磁場の方向と平行となるようにした。
(Characteristic evaluation of magnetoresistive effect element of Example 1 and Comparative Example 1)
For the magnetoresistive effect element of Example 1 manufactured by the above method and the magnetoresistive effect element of Comparative Example 1 in which a magnetization free layer made of NiFe is formed in place of the ferrimagnetic layer 5, the MR ratio of each element is The results measured at temperatures of 25 ° C. and 150 ° C. are shown in FIG. 5 (results measured for the magnetoresistive effect element of Comparative Example 1) and FIG. 6 (results measured for the magnetoresistive effect element of Example 1). In the measurement, after processing the layered film using lithography and taking out the electrode, a constant voltage of 5 mV was applied between the upper and lower electrodes, and the magnetoresistive element was heated with a heater. In this state, an MR ratio was measured by applying an external magnetic field in the range of ± 1 kOe (about 80 kA / m) in the direction parallel to the layer forming surface of the magnetoresistive effect element using an electromagnet. The junction size of the element used for the measurement was 20 μm. The application direction of the external magnetic field was made parallel to the direction of the magnetic field applied when annealing in the magnetic field was performed.

図5に示すように、比較例1の磁気抵抗効果素子では、25℃(図5(a))において32%のMR比が、150℃(図5の(b))においては26%のMR比が、それぞれ得られた。温度が上がることで若干のMR比の低下が見られたが、その変化は小さなものであった。加えて、比較例の磁気抵抗効果素子では、零磁界近傍で見られる、磁化自由層の磁化反転に起因したMR比の変化について、25℃、150℃の何れの温度においても10Oe(約800A/m)以下の外部磁界でこれを生じた。これは、磁化自由層に用いたNiFeが、温度に依存しない低い保磁力を有することを反映したものである。なお、図5中の+500Oe(約40kA/m)近傍に見られるMR比の変化は、磁化固定層3の磁化反転のよるものである。   As shown in FIG. 5, in the magnetoresistive effect element of Comparative Example 1, the MR ratio of 32% at 25 ° C. (FIG. 5A) and the MR ratio of 26% at 150 ° C. (FIG. 5B). Each ratio was obtained. Although the MR ratio slightly decreased with increasing temperature, the change was small. In addition, in the magnetoresistive effect element of the comparative example, the change in the MR ratio caused by the magnetization reversal of the magnetization free layer seen in the vicinity of the zero magnetic field is 10 Oe (approximately 800 A / m) This occurred with the following external magnetic field: This reflects that NiFe used for the magnetization free layer has a low coercive force independent of temperature. Note that the change in the MR ratio seen in the vicinity of +500 Oe (about 40 kA / m) in FIG. 5 is due to the magnetization reversal of the magnetization fixed layer 3.

一方、図6に示すように実施例1の磁気抵抗効果素子では、25℃(図6の(a))におけるフェリ磁性体層5の保磁力が、外部磁界の印加範囲である1kOe(約80kA/m)よりも大きいために、この範囲ではフェリ磁性体層5の磁化反転に伴うMR比の変化は確認できなかった。従って、零磁界近傍の低磁界におけるMR比は、正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とで、差が見られなかった。なお、ここにおいても、+500Oe(約40kA/m)近傍に見られるMR比の変化は磁化固定層3の磁化反転によるものである。これに対し、本実施例の磁気抵抗効果素子における150℃(図6の(b))の測定では、フェリ磁性体層5の保磁力が温度上昇に伴って小さくなったことで、零磁界近傍でフェリ磁性体層5の磁化反転が見られ、低磁界領域において高いMR比(33%)が確認できた。   On the other hand, as shown in FIG. 6, in the magnetoresistive effect element of Example 1, the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 at 25 ° C. (FIG. 6A) is 1 kOe (about 80 kA) which is the application range of the external magnetic field. / M), the MR ratio change accompanying the magnetization reversal of the ferrimagnetic layer 5 could not be confirmed in this range. Therefore, the MR ratio in the low magnetic field in the vicinity of the zero magnetic field showed no difference between when the external magnetic field was swept in the positive direction and when the external magnetic field was swept in the negative direction. Also in this case, the change in the MR ratio seen in the vicinity of +500 Oe (about 40 kA / m) is due to the magnetization reversal of the magnetization fixed layer 3. On the other hand, in the measurement at 150 ° C. (FIG. 6B) in the magnetoresistive effect element of the present example, the coercive force of the ferrimagnetic material layer 5 decreased with increasing temperature, so that it was near zero magnetic field. Thus, the magnetization reversal of the ferrimagnetic layer 5 was observed, and a high MR ratio (33%) was confirmed in the low magnetic field region.

このように、本実施例の磁気抵抗効果素子は、室温と高温とでフェリ磁性体層5の保磁力が変化することに起因して、低磁界領域で得られるMR比が大きく変化する特徴を有している。   As described above, the magnetoresistive effect element according to the present embodiment is characterized in that the MR ratio obtained in the low magnetic field region greatly changes due to the change in the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 between room temperature and high temperature. Have.

続いて図7には、実施例1の磁気抵抗効果素子をヒータで加熱して昇温し、上記と同じ方法(外部磁界±1kOe(約80kA/m))で測定した際のMR比を温度に対して示す。なお、図7において示すMR比とは、磁界が0Oe(0A/m)の状態における、正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とのMR比の差である。また、図7には比較例1の磁気抵抗効果素子について測定したMR比の結果も合わせて示した。   Subsequently, FIG. 7 shows the MR ratio when the magnetoresistive effect element of Example 1 is heated with a heater and heated, and measured by the same method (external magnetic field ± 1 kOe (about 80 kA / m)). Against. The MR ratio shown in FIG. 7 is the difference in MR ratio between when the external magnetic field is swept in the positive direction and when the external magnetic field is swept in the negative direction when the magnetic field is 0 Oe (0 A / m). is there. FIG. 7 also shows the results of MR ratio measured for the magnetoresistive effect element of Comparative Example 1.

図7に示したように、実施例1の磁気抵抗効果素子は、25℃では0%であったMR比が温度上昇に伴って大きくなり、100℃において最もMR比が大きな36%を示し、200℃まで30%を超える高いMR比を維持した。これは、25℃において大きな保磁力を有するフェリ磁性体層5が、温度上昇に伴って保磁力を小さくし、高温域では外部磁界に従って磁化反転したことによるものである。これによって、高温域において、25℃におけるMR比よりも高いMR比を得ることができた。これに対し、比較例1の磁気抵抗効果素子では、図7に示すようにMR比が温度に対して単調減少し、実施例1で確認されたような温度変化に伴ってMR比が大きく変化する様子は見られなかった。   As shown in FIG. 7, in the magnetoresistive effect element of Example 1, the MR ratio, which was 0% at 25 ° C., increases as the temperature rises, and the MR ratio is 36%, which is the largest at 100 ° C. A high MR ratio of over 30% was maintained up to 200 ° C. This is because the ferrimagnetic material layer 5 having a large coercive force at 25 ° C. has a reduced coercive force as the temperature rises and has undergone magnetization reversal in accordance with an external magnetic field in a high temperature range. As a result, an MR ratio higher than the MR ratio at 25 ° C. could be obtained in the high temperature range. On the other hand, in the magnetoresistive effect element of Comparative Example 1, the MR ratio monotonously decreases with respect to the temperature as shown in FIG. 7, and the MR ratio greatly changes with the temperature change as confirmed in Example 1. I couldn't see how it did.

図8には、実施例1の磁気抵抗効果素子において、外部磁界を掃引する範囲を±1kOe(約80kA/m)とした場合と、±100Oe(約8kA/m)とした場合のMR比(0Oe(0A/m)における、正方向掃引と負方向掃引の差)について示す。   FIG. 8 shows MR ratios when the range of sweeping the external magnetic field is ± 1 kOe (about 80 kA / m) and ± 100 Oe (about 8 kA / m) in the magnetoresistive effect element of Example 1. A difference between a positive sweep and a negative sweep at 0 Oe (0 A / m) will be described.

外部磁界の掃引範囲を±100Oe(約8kA/m)と小さくした場合にも、実施例1の磁気抵抗効果素子は温度変化に対してMR比の大きな変化を示し、さらに、掃引範囲を±1kOe(約80kA/m)とした場合に比べて、温度に対するMR比の変化が急峻になった。このように実施例1の磁気抵抗効果素子は、再生用磁気センサーに用いる際に求められる微小磁界においても、温度に対して変化量が大きく、かつ急峻なMR比の変化を得ることが出来る磁気抵抗効果素子である。   Even when the sweep range of the external magnetic field is reduced to ± 100 Oe (about 8 kA / m), the magnetoresistive effect element of Example 1 shows a large change in the MR ratio with respect to the temperature change, and further, the sweep range is ± 1 kOe. Compared with the case of (about 80 kA / m), the change in MR ratio with respect to temperature became sharper. As described above, the magnetoresistive effect element of Example 1 has a large change amount with respect to temperature and a steep change in MR ratio even in a minute magnetic field required for use in a reproducing magnetic sensor. It is a resistance effect element.

さらに、図9には、実施例1の磁気抵抗効果素子に用いたフェリ磁性体層5の磁気特性(M−Hループ)を、振動試料型磁力計(VSM)を用いて測定した結果を示す。図9(a)はフェリ磁性体層5の補償温度よりも若干高い35℃下におけるM−Hループ、図9(b)は150℃下におけるM−Hループを示している。図9中の点線は、層形成面に対して平行に磁界を印加して測定したM−Hループを示し、実線は層形成面に対して垂直に磁界を印加して測定したM−Hループを示している。   Further, FIG. 9 shows the result of measuring the magnetic properties (MH loop) of the ferrimagnetic layer 5 used in the magnetoresistive effect element of Example 1 using a vibrating sample magnetometer (VSM). . FIG. 9A shows an MH loop at 35 ° C. slightly higher than the compensation temperature of the ferrimagnetic material layer 5, and FIG. 9B shows an MH loop at 150 ° C. The dotted line in FIG. 9 shows the MH loop measured by applying a magnetic field parallel to the layer forming surface, and the solid line shows the MH loop measured by applying a magnetic field perpendicular to the layer forming surface. Is shown.

図9(a)に示すように、35℃下で測定したM−Hループでは、層形成面に平行な方向のM−Hループ(点線)と層形成面に垂直な方向のM−Hループ(実線)の両方において、ヒステリシスを持つループが得られた。このことは、本実施例の磁気抵抗効果素子に用いたフェリ磁性体層5の磁化角度が、補償温度(Tcomp)(=25℃)近傍の温度において、フェリ磁性体層5の層形成面に対して傾いている(立ち上がっている)ことを示している。 As shown in FIG. 9A, in the MH loop measured at 35 ° C., the MH loop (dotted line) in the direction parallel to the layer forming surface and the MH loop in the direction perpendicular to the layer forming surface. In both (solid lines), a loop with hysteresis was obtained. This is because the layer forming surface of the ferrimagnetic material layer 5 is used when the magnetization angle of the ferrimagnetic material layer 5 used in the magnetoresistive effect element of this embodiment is near the compensation temperature (T comp ) (= 25 ° C.). It shows that it is leaning (standing up).

これに対し、図9(b)に示すように、補償温度(Tcomp)から離れた150℃下でのM−Hループでは、層形成面に平行な方向のM−Hループ(点線)において、高い角型比が得られるとともに、ヒステリシスを持つM−Hループが得られた一方で、層形成面に垂直な方向のM−Hループ(実線)においては、角型比が小さく、かつ、ヒステリシスが見られなかった。このことは、本実施例の磁気抵抗効果素子に用いたフェリ磁性体層5の磁化方向が、補償温度(Tcomp)から離れた150℃の温度下において、層形成面に対して平行であることを示している。 On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the MH loop at 150 ° C. away from the compensation temperature (T comp ), in the MH loop (dotted line) in the direction parallel to the layer formation surface. In addition, while a high squareness ratio was obtained and an MH loop with hysteresis was obtained, in the MH loop (solid line) in the direction perpendicular to the layer forming surface, the squareness ratio was small, and There was no hysteresis. This is because the direction of magnetization of the ferrimagnetic layer 5 used in the magnetoresistive effect element of this example is parallel to the layer formation surface at a temperature of 150 ° C. away from the compensation temperature (T comp ). It is shown that.

このように、本実施例の磁気抵抗効果素子は、保磁力の変化とともに、フェリ磁性体層5の磁化が、層形成面に対して傾く方向に角度変化する素子であっても構わない。図9に示したような、層形成面に対して傾く方向の磁化角度変化を示すフェリ磁性体層5を用いれば、磁化方向が層形成面に対して平行となる温度下では、磁化固定層と磁化自由層の平行・反平行状態を実現できるので、高いMR比が得られ、磁化方向が層形成面に対して垂直に傾いた温度下では、磁化固定層と磁化自由層の平行・反平行状態を実現できなくなるために、MR比が小さくなる磁気抵抗効果素子を実現可能である。   As described above, the magnetoresistive effect element according to the present embodiment may be an element in which the magnetization of the ferrimagnetic layer 5 changes in an angle with respect to the layer formation surface as the coercive force changes. If the ferrimagnetic material layer 5 showing the change in the magnetization angle in the direction inclined with respect to the layer formation surface as shown in FIG. 9 is used, the magnetization fixed layer is formed at a temperature at which the magnetization direction is parallel to the layer formation surface. Therefore, a high MR ratio is obtained and the magnetization fixed layer and the magnetization free layer are parallel / anti-parallel at temperatures where the magnetization direction is inclined perpendicularly to the layer formation surface. Since the parallel state cannot be realized, it is possible to realize a magnetoresistive element having a small MR ratio.

さらに、このような磁気抵抗効果素子では、フェリ磁性体層5の補償温度(Tcomp)近傍で、図6を用いて説明したように、フェリ磁性体層5の保磁力が非常に大きくなっており、フェリ磁性体層5の磁化反転が起こりにくい状態が実現されている。このとき、仮に、フェリ磁性体層5が大きな外部磁界によって磁化反転したとしても、上記のように、磁化方向が層形成面に対して垂直に傾いていれば、磁化固定層と磁化自由層の平行・反平行状態を実現できないために、当該温度下でのMR比を小さくできる。すなわち、保磁力が温度変化する特性と合わせて、層形成面に対して磁化方向が傾く特性を用いることによって、保磁力のみが温度変化する場合よりも大きなMR比の温度変化が得られる磁気抵抗効果素子が実現可能である。 Further, in such a magnetoresistive element, the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 becomes very large near the compensation temperature (T comp ) of the ferrimagnetic layer 5 as described with reference to FIG. Thus, a state in which the magnetization reversal of the ferrimagnetic layer 5 hardly occurs is realized. At this time, even if the ferrimagnetic material layer 5 is reversed in magnetization by a large external magnetic field, as described above, if the magnetization direction is inclined perpendicular to the layer forming surface, the magnetization fixed layer and the magnetization free layer Since the parallel / antiparallel state cannot be realized, the MR ratio under the temperature can be reduced. That is, by using the characteristic that the magnetization direction is inclined with respect to the layer formation surface in combination with the characteristic that the coercive force changes with temperature, the magnetoresistance that can obtain a larger MR ratio temperature change than when only the coercive force changes in temperature. An effect element can be realized.

なお、本実施例の磁気抵抗効果素子に含まれるフェリ磁性体層5は、必ずしも層形成面に対して磁化角度が変化するフェリ磁性体層5である必要は無く、磁化方向が温度に寄らず常に層形成面に平行であって、保磁力のみが温度変化するフェリ磁性体層5であっても構わない。このためには、例えば、本実施例において希土類金属であるGdに対して、3d遷移金属元素であるFe・Coの比率を高めれば、補償温度(Tcomp)を室温以下にすることができ、上記の保磁力のみが温度変化するフェリ磁性体層5を実現可能である。このようなフェリ磁性体としては、例えば後述する実施例3におけるサンプル3−1が相当する。 Note that the ferrimagnetic layer 5 included in the magnetoresistive element of this embodiment does not necessarily need to be the ferrimagnetic layer 5 whose magnetization angle changes with respect to the layer formation surface, and the magnetization direction does not depend on the temperature. It may be the ferrimagnetic layer 5 that is always parallel to the layer forming surface and only the coercive force changes in temperature. For this purpose, for example, the compensation temperature (T comp ) can be reduced to room temperature or lower by increasing the ratio of Fe · Co, which is a 3d transition metal element, to Gd, which is a rare earth metal in the present embodiment. It is possible to realize the ferrimagnetic layer 5 in which only the above coercive force changes in temperature. As such a ferrimagnetic material, for example, Sample 3-1 in Example 3 described later corresponds.

また、実施例1では、MR比を測定する際の磁界の印加範囲を±1kOeとした結果について示したが、フェリ磁性体層5の温度変化に伴う保磁力変化量は必ずしも1kOeを超えるものである必要は無い。例えば、磁気記録情報を再生するための再生用磁気ヘッドに上記磁気抵抗効果素子を用いようとする場合には、磁気記録媒体からの漏洩磁界は大きくとも数10Oe程度であることから、フェリ磁性体層5の保磁力が、温度変化によって、数10Oeを超える領域と、これを下回る領域との間で変化すれば十分である。   Further, in Example 1, the result of setting the magnetic field application range when measuring the MR ratio to be ± 1 kOe was shown, but the amount of change in coercive force accompanying the temperature change of the ferrimagnetic layer 5 does not necessarily exceed 1 kOe. There is no need. For example, when the magnetoresistive element is used in a reproducing magnetic head for reproducing magnetic recording information, the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is about several tens Oe at most. It is sufficient that the coercive force of the layer 5 changes between a region exceeding several tens of Oe and a region below this due to temperature change.

また、実施例1の磁気抵抗効果素子では、フェリ磁性体層5の組成比を調整することによって、MR比が最も大きくなる温度を調整することが可能である。具体的には、3d遷移金属に対する希土類金属の割合を本実施例よりも高めればMR比が最も大きくなる温度を高くすることができ、逆に遷移金属に対する希土類金属の割合を低くすればMR比が最も大きくなる温度を低くすることができる。   In the magnetoresistive effect element of Example 1, the temperature at which the MR ratio becomes maximum can be adjusted by adjusting the composition ratio of the ferrimagnetic material layer 5. Specifically, if the ratio of the rare earth metal to the 3d transition metal is higher than that of the present embodiment, the temperature at which the MR ratio becomes maximum can be increased, and conversely, if the ratio of the rare earth metal to the transition metal is decreased, the MR ratio is increased. The temperature at which becomes the largest can be lowered.

MR比が小さくなる温度についても同様であり、3d遷移金属に対する希土類金属の割合を本実施例よりも高めれば、MR比が小さくなる温度を高くすることができ、逆に3d遷移金属に対する希土類金属の割合を低くすればMR比が小さくなる温度を低くすることができる。   The same applies to the temperature at which the MR ratio decreases. If the ratio of the rare earth metal to the 3d transition metal is higher than in this embodiment, the temperature at which the MR ratio decreases can be increased, and conversely the rare earth metal to the 3d transition metal. If the ratio is reduced, the temperature at which the MR ratio is reduced can be lowered.

さらに、MR比が小さくなる温度と、MR比が大きくなる温度との差を調整するためには、3d遷移金属内の組成比を変えれば良い。具体的には、キュリー温度の高いCoの比率を、キュリー温度の低いFeに対して高めることで、MR比が小さくなる温度と、MR比が大きくなる温度との差が小さくなり、温度に対してより急峻な変化を得られる。逆にキュリー温度の高いFeの比率を、キュリー温度の低いCoに対して高めれば、MR比が小さくなる温度と、MR比が大きくなる温度との温度差が大きくなり、温度に対してより緩やかな変化を得ることができる。なお、これらの組成調整の実施例については後述する実施例2および実施例3で説明する。   Furthermore, in order to adjust the difference between the temperature at which the MR ratio decreases and the temperature at which the MR ratio increases, the composition ratio in the 3d transition metal may be changed. Specifically, by increasing the ratio of Co having a high Curie temperature with respect to Fe having a low Curie temperature, the difference between the temperature at which the MR ratio decreases and the temperature at which the MR ratio increases becomes small. To obtain a sharper change. Conversely, if the ratio of Fe with a high Curie temperature is increased with respect to Co with a low Curie temperature, the temperature difference between the temperature at which the MR ratio decreases and the temperature at which the MR ratio increases increases, and it becomes more gradual with respect to the temperature. Changes can be obtained. Examples of these composition adjustments will be described in Examples 2 and 3 described later.

ここで、実施例1のフェリ磁性体層の膜厚は、2nm以上20nm以下であることが望ましい。フェリ磁性体層の膜厚が2nm未満の場合、フェリ磁性体層の磁化量が小さくなるために、外部磁界に反応しなくなり磁界感度を悪くするおそれがあるからである。また、フェリ磁性体層の膜厚が20nmを超えると、これと同程度のサイズの局所的な外部磁界変化を検出しにくくなり、例えば、再生用磁気センサーに用いる場合に空間分解能が悪化するおそれもあるからである。   Here, the film thickness of the ferrimagnetic layer of Example 1 is desirably 2 nm or more and 20 nm or less. This is because when the film thickness of the ferrimagnetic material layer is less than 2 nm, the amount of magnetization of the ferrimagnetic material layer becomes small, so that it does not react to an external magnetic field and may deteriorate the magnetic field sensitivity. Further, if the thickness of the ferrimagnetic layer exceeds 20 nm, it becomes difficult to detect a local external magnetic field change of the same size as this, and for example, the spatial resolution may be deteriorated when used for a reproducing magnetic sensor. Because there is also.

また、実施例1ではフェリ磁性体層としてGdFeCoを用いた例について示したが、温度変化に伴って保磁力が変化する材料であればよく、これに限るものではない。特にGd,Tb,Dy,Hoから選ばれる重希土類合金と、Fe,Co,Niから選ばれる3d遷移金属とを用いれば、温度に対して大きな保磁力変化を示すフェリ磁性体層を形成することができる。さらにこのうち、重希土類金属として、Gd、又は、Ho、又は、これらの両方を選択すれば、温度変化によって保磁力が小さくなった際の保磁力絶対値を特に小さくすることができ、外部磁界を検出する検出素子として用いる際に好適な磁気抵抗効果素子を実現できる。なお、実施例1におけるフェリ磁性体層として、フェライトやガーネット型酸化物、希土類鉄ガーネットから成る酸化物フェリ磁性体を用いても良い。   Moreover, although Example 1 showed about the example which used GdFeCo as a ferrimagnetic material layer, it should just be a material from which a coercive force changes with a temperature change, and is not restricted to this. In particular, if a heavy rare earth alloy selected from Gd, Tb, Dy, and Ho and a 3d transition metal selected from Fe, Co, and Ni are used, a ferrimagnetic material layer exhibiting a large coercive force change with respect to temperature is formed. Can do. Furthermore, if Gd or Ho or both of these are selected as the heavy rare earth metal, the absolute value of the coercive force when the coercive force is reduced due to the temperature change can be made particularly small. A magnetoresistive effect element suitable for use as a detection element for detecting the above can be realized. In addition, as the ferrimagnetic material layer in Example 1, an oxide ferrimagnetic material made of ferrite, garnet-type oxide, or rare earth iron garnet may be used.

また、実施例1では、非磁性体層として絶縁体を用いたトンネル磁気抵抗効果素子について示したが、非磁性体層として導電体を用いるGMR素子や、絶縁体と導電体とを組み合わせて用いる電流狭窄型のGMR素子であっても同様の効果が得られる。従って、本発明はトンネル磁気抵抗効果素子に限定するものではない。   In Example 1, a tunnel magnetoresistive element using an insulator as a nonmagnetic layer has been described. However, a GMR element using a conductor as a nonmagnetic layer, or a combination of an insulator and a conductor is used. The same effect can be obtained even with a current confinement type GMR element. Therefore, the present invention is not limited to the tunnel magnetoresistive element.

また、磁化固定層について、反強磁性層を用いて強磁性層を交換結合力でもって固定するスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子について示したが、磁化固定層は必ずしも交換結合した反強磁性層と強磁性層とによって形成される必要はなく、保磁力の大きな強磁性膜を単層で用いてもよく、保磁力の大きな強磁性膜と保磁力の小さな強磁性膜とを交換結合させたものを固定層として用いてもよく、複数の強磁性材料で非磁性材料を挟み、上記複数の強磁性材料を静磁気的に結合させることによって見かけ上保磁力を高めた固定層(いわゆるシンセティック構造)を用いても良い。上記シンセティック構造の固定層を具体的に示せば、例えば、非磁性体層に近い側から、CoFe又はCoFeB、Ru、CoFe又はCoFeB、MnIr又はMnPtを順に形成することでこれを実現できる。   In addition, a spin-valve magnetoresistive effect element that uses an antiferromagnetic layer to pin the ferromagnetic layer with an exchange coupling force has been shown for the magnetization fixed layer, but the magnetization fixed layer is not necessarily an exchange-coupled antiferromagnetic layer. And a ferromagnetic layer having a large coercive force may be used as a single layer, and a ferromagnetic film having a large coercive force and a ferromagnetic film having a small coercive force are exchange-coupled. May be used as a pinned layer, and a pinned layer (so-called synthetic structure) that has an apparently increased coercive force by sandwiching a non-magnetic material between a plurality of ferromagnetic materials and statically coupling the plurality of ferromagnetic materials. ) May be used. If the pinned layer having the synthetic structure is specifically shown, this can be realized, for example, by sequentially forming CoFe or CoFeB, Ru, CoFe or CoFeB, MnIr or MnPt from the side close to the nonmagnetic layer.

また、面内磁化層は、フェリ磁性体層のスピン分極率が高く、MR比が十分に得られる場合や、フェリ磁性体層の酸化のおそれが無い場合、形成されなくても構わない。   Further, the in-plane magnetization layer may not be formed when the spin polarization of the ferrimagnetic layer is high and the MR ratio is sufficiently obtained, or when there is no fear of oxidation of the ferrimagnetic layer.

(実施例2)
次に、本発明に係る実施例2を以下に示す。本実施例は、実施例1に示した磁気抵抗効果素子において、フェリ磁性体層5に用いたGdFeCoの希土類金属(Gd)と3d遷移金属(Fe,Co)との組成比を一定とし、FeとCoの組成比を変化させたものである(組成比は下記表1参照)。また、表1に示したサンプル2−1からサンプル2−6までのサンプルは、何れも、図9(a)および(b)に示したように、補償温度(Tcomp)近傍の温度においてフェリ磁性体層5の磁化方向が層形成面に対して垂直な方向に傾いた(立ち上がった)磁化方向を示し、補償温度(Tcomp)から離れるに従って層形成面の面内方向に磁化方向が遷移するサンプルであった。なお、本実施例の磁気抵抗効果素子は、フェリ磁性体層15におけるFeとCoの組成比を変化させた以外は、実施例1の磁気抵抗効果素子と同じ構成、同じ製法で作製したものである。従って、実施例1で既に説明した内容についてはその説明を省略する。
(Example 2)
Next, Example 2 according to the present invention will be described below. In this example, in the magnetoresistive effect element shown in Example 1, the composition ratio of the rare earth metal (Gd) and the 3d transition metal (Fe, Co) of GdFeCo used in the ferrimagnetic material layer 5 is constant, and Fe The composition ratio of Co and Co is changed (see Table 1 below for the composition ratio). In addition, as shown in FIGS. 9A and 9B, the samples from Sample 2-1 to Sample 2-6 shown in Table 1 are all ferrimagnetic at temperatures near the compensation temperature (T comp ). The magnetization direction of the magnetic layer 5 indicates a magnetization direction inclined (rises) in a direction perpendicular to the layer formation surface, and the magnetization direction transitions in the in-plane direction of the layer formation surface as the distance from the compensation temperature (T comp ) increases. It was a sample to be. The magnetoresistive effect element of this example was manufactured by the same configuration and the same manufacturing method as the magnetoresistive effect element of Example 1 except that the composition ratio of Fe and Co in the ferrimagnetic layer 15 was changed. is there. Therefore, the description of the contents already described in the first embodiment is omitted.

Figure 2006269866
Figure 2006269866

(実施例2における磁気抵抗効果素子の特性評価)
上記表1に示した組成比を有するフェリ磁性体層をそれぞれ備えた磁気抵抗効果素子について、MR比が最大となる温度、および、当該温度におけるMR比の値を測定した。この結果も合わせて表1に示した。なお、MR比の測定は実施例1と同じ方法を用い、外部磁界の印加範囲は±100Oe(約8kA/m)とした。また、MR比の値は実施例1と同様に、磁界が0Oe(0A/m)の状態における、正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とのMR比の差とした。また、本実施例におけるCoとFeの組成比を変化させた例では、何れのサンプルにおいても、保磁力が理論上無限大となる補償温度(Tcomp)は室温(25℃)近傍にあった。従って、何れの素子においても25℃におけるMR比(磁界が0Oe(0A/m)の状態における、正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とのMR比の差)は0%であった。
(Characteristic evaluation of magnetoresistive effect element in Example 2)
With respect to the magnetoresistive effect elements each having the ferrimagnetic material layer having the composition ratio shown in Table 1, the temperature at which the MR ratio becomes maximum and the value of the MR ratio at the temperature were measured. The results are also shown in Table 1. The MR ratio was measured using the same method as in Example 1, and the application range of the external magnetic field was ± 100 Oe (about 8 kA / m). Similarly to the first embodiment, the MR ratio is the MR ratio between when the external magnetic field is swept in the positive direction and when the external magnetic field is swept in the negative direction when the magnetic field is 0 Oe (0 A / m). Difference. In the example in which the composition ratio of Co and Fe in this example was changed, the compensation temperature (T comp ) at which the coercive force was theoretically infinite in any sample was in the vicinity of room temperature (25 ° C.). . Therefore, in any element, the MR ratio at 25 ° C. (MR ratio between when the external magnetic field is swept in the positive direction and when the external magnetic field is swept in the negative direction when the magnetic field is 0 Oe (0 A / m)). Difference) was 0%.

表1に示すように、MR比が最も大きくなる温度は、Feに対するCoの比率の増加に伴って低くなっており、このことから、Co比率の高い素子ほど温度変化に対してMR比の急峻な変化が得られる素子であることが明らかとなった。この原因は、Feに比べてキュリー温度(Tc)の高いCoの比率が増すことで、フェリ磁性体層5のキュリー温度が高くなり、これに伴って、補償温度(Tcomp)からキュリー温度(Tc)に向かう間の自発磁化量(MTotal=MTM−MRE)が大きくなることに起因している。すなわち、自発磁化量と保磁力とは反比例の関係にあるため、補償温度(Tcomp)の近傍の温度まで相対的に大きな自発磁化量を示すCo比率の高い組成では、補償温度(Tcomp)の近傍の温度まで低い保磁力が維持され、補償温度近傍においてのみ保磁力が急激に増大するためであると考えられる。 As shown in Table 1, the temperature at which the MR ratio becomes maximum becomes lower as the ratio of Co to Fe increases, and as a result, the higher the Co ratio, the sharper the MR ratio with respect to temperature change. It has been clarified that this is an element capable of obtaining various changes. This is because the ratio of Co having a higher Curie temperature (T c ) than that of Fe increases, the Curie temperature of the ferrimagnetic material layer 5 becomes higher, and accordingly, the compensation temperature (T comp ) to the Curie temperature. This is because the amount of spontaneous magnetization (M Total = M TM −M RE ) increases toward (T c ). That is, since the amount of spontaneous magnetization and the coercive force are in an inversely proportional relationship, the compensation temperature (T comp ) is a composition with a high Co ratio that exhibits a relatively large amount of spontaneous magnetization up to a temperature near the compensation temperature (T comp ). This is probably because the low coercive force is maintained up to a temperature in the vicinity of, and the coercive force rapidly increases only in the vicinity of the compensation temperature.

また、Co比率の増加によって、保磁力が温度に対して急峻な変化を示す現象と同時に、フェリ磁性体層5の磁化方向が層形成面に対して垂直な方向に立ち上がる温度範囲も変化し、Co比率を高めることで補償温度(Tcomp)の極近傍でのみ、磁化の層形成面に垂直な方向への立ち上がりが起こるようになった。具体的には、Co比率の高いサンプル2−5およびサンプル2−6では、補償温度(Tcomp)を挟む10℃以下のごく限られた温度範囲でしか磁化が垂直方向に立ち上がる様子を観察できなかった。 In addition, as the Co ratio increases, the temperature range in which the magnetization direction of the ferrimagnetic layer 5 rises in a direction perpendicular to the layer formation surface changes at the same time as the coercive force exhibits a sharp change with respect to temperature. By increasing the Co ratio, the magnetization rises in the direction perpendicular to the layer formation surface only in the vicinity of the compensation temperature (T comp ). Specifically, in Samples 2-5 and 2-6 with a high Co ratio, it can be observed that the magnetization rises in the vertical direction only in a very limited temperature range of 10 ° C. or less across the compensation temperature (T comp ). There wasn't.

一方、表1に示すサンプル2−1およびサンプル2−2のように、Coに比べてFeの比率が高い素子では、サンプル2−3以下の素子(CoとFeが同程度か、Feに比べてCoの比率が高い素子)に比べて、MR比の最大値が小さくなった。これは、Coに比べてFeの比率が高い素子では、キュリー温度が比較的高いCoよりもキュリー温度が比較的低いFeの成分が多いため、フェリ磁性体層5のキュリー温度が低く、MR比が最も大きくなる温度が上記キュリー温度に近づくために、当該温度におけるフェリ磁性体層5の磁化が不安定であり、サンプル2−3以下の素子に比べてMR比が小さくなったものと考えられる。なお、サンプル2−1のフェリ磁性体層5のキュリー温度を測定したところ250℃であった。以上のようにフェリ磁性体層5は、3d遷移金属成分に含まれるCoとFeの比率が同程度か、もしくはFeに対するCoの比率が高いように設定することで、温度に対してMR比の急峻な変化が得られるとともに、より高いMR比を得ることができることがわかった。   On the other hand, as in Sample 2-1 and Sample 2-2 shown in Table 1, in a device having a high Fe ratio compared to Co, the device of Sample 2-3 or lower (Co is equivalent to Fe or compared to Fe). Thus, the maximum value of the MR ratio is smaller than that of a device having a high Co ratio. This is because an element having a higher ratio of Fe than Co has more Fe components having a lower Curie temperature than Co having a relatively high Curie temperature, so the Curie temperature of the ferrimagnetic layer 5 is lower and the MR ratio is lower. Since the temperature at which the temperature becomes the maximum approaches the Curie temperature, the magnetization of the ferrimagnetic layer 5 at that temperature is unstable, and the MR ratio is considered to be smaller than that of the element of sample 2-3 or lower. . In addition, it was 250 degreeC when the Curie temperature of the ferrimagnetic material layer 5 of the sample 2-1 was measured. As described above, the ferrimagnetic layer 5 is set so that the ratio of Co and Fe contained in the 3d transition metal component is approximately the same, or the ratio of Co to Fe is high, so that the MR ratio is increased with respect to the temperature. It was found that a steep change can be obtained and a higher MR ratio can be obtained.

(実施例3)
次に、本発明に係る実施例3を以下に示す。本実施例は、実施例1に示した磁気抵抗効果素子において、フェリ磁性体層5に用いたGdFeCoのFeとCoの組成比は一定とし、希土類金属(Gd)と3d遷移金属(Fe,Co)との組成比を変化させたものである(組成比は下記表2参照)。なお、本実施例の磁気抵抗効果素子は、フェリ磁性体層5における希土類金属と3d遷移金属の組成比を変化させた以外は、実施例1の磁気抵抗効果素子と同じ構成、同じ製法で作製したものである。従って、実施例1で既に説明した内容についてはその説明を省略する。
(Example 3)
Next, Example 3 according to the present invention will be described below. In this example, in the magnetoresistive effect element shown in Example 1, the composition ratio of Fe and Co of GdFeCo used in the ferrimagnetic layer 5 is constant, and the rare earth metal (Gd) and 3d transition metal (Fe, Co) are used. ) And the composition ratio are changed (see Table 2 below for the composition ratio). The magnetoresistive effect element of this example was manufactured by the same configuration and the same manufacturing method as the magnetoresistive effect element of Example 1 except that the composition ratio of the rare earth metal and the 3d transition metal in the ferrimagnetic layer 5 was changed. It is a thing. Therefore, the description of the contents already described in the first embodiment is omitted.

Figure 2006269866
Figure 2006269866

(実施例3における各磁気抵抗効果素子の測定結果の比較)
上記表2に示した組成比を有するフェリ磁性体層をそれぞれ備えた磁気抵抗効果素子について、補償温度(Tcomp)、MR比が最大となる温度、および、当該温度におけるMR比の値を測定した。この結果も合わせて表2に示した。なお、MR比の測定は実施例1および2と同じ方法を用い、外部磁界の印加範囲は±100Oe(約8kA/m)とした。また、MR比の値についても実施例1および2と同様に、磁界が0Oe(0kA/m)の状態における、正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とのMR比の差とした。温度変化の範囲は25℃から200℃までの間とした。また、本実施例では、サンプル3−2から3−5について、補償温度(Tcomp)でフェリ磁性体層5の保磁力が外部磁界(100Oe(約8kA/m))よりも大きく、磁化反転が生じなかったため、補償温度(Tcomp)におけるMR比(磁界が0Oe(0kA/m)の状態における、正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とのMR比の差)はすべて0%であった。また、サンプル3−1は補償温度(Tcomp)が25℃以下であったが、25℃下では外部磁界印加範囲よりもフェリ磁性体層5の保磁力が大きかったために、MR比が0%となった。
(Comparison of measurement results of magnetoresistive elements in Example 3)
For magnetoresistive effect elements each having a ferrimagnetic material layer having the composition ratio shown in Table 2 above, the compensation temperature (T comp ), the temperature at which the MR ratio is maximized, and the MR ratio at that temperature are measured. did. The results are also shown in Table 2. The MR ratio was measured using the same method as in Examples 1 and 2, and the application range of the external magnetic field was ± 100 Oe (about 8 kA / m). As for the MR ratio, as in Examples 1 and 2, the external magnetic field was swept in the positive direction and the external magnetic field was swept in the negative direction when the magnetic field was 0 Oe (0 kA / m). The difference in MR ratio was determined. The range of temperature change was between 25 ° C and 200 ° C. In this example, for samples 3-2 to 3-5, the coercive force of the ferrimagnetic layer 5 is larger than the external magnetic field (100 Oe (about 8 kA / m)) at the compensation temperature (T comp ), and the magnetization reversal. Therefore, the MR ratio at the compensation temperature (T comp ) (MR between the case where the external magnetic field is swept in the positive direction and the case where the external magnetic field is swept in the negative direction when the magnetic field is 0 Oe (0 kA / m)) The ratios were all 0%. Sample 3-1 had a compensation temperature (T comp ) of 25 ° C. or lower, but the MR ratio was 0% at 25 ° C. because the coercive force of ferrimagnetic layer 5 was larger than the external magnetic field application range. It became.

表2に示すように、補償温度(Tcomp)は、3d遷移金属(Fe,Co)に対する希土類金属(Gd)の比率の増加に伴って高くなった。これは重希土類金属副格子と3d遷移金属副格子が反平行に結合してフェリ磁性体を形成することに起因しており、重希土類金属副格子の成分を増やすことによって、重希土類金属副格子の磁化量と3d遷移金属副格子の磁化量とが相殺する補償温度(Tcomp)が高温側へシフトしたことによるものである。このように重希土類金属と3d遷移金属とからなる希土類遷移金属を用いてフェリ磁性体層5を形成すれば、重希土類金属と3d遷移金属の比率を変えることで補償温度(Tcomp)を任意に設定することができる。 As shown in Table 2, the compensation temperature (T comp ) became higher as the ratio of rare earth metal (Gd) to 3d transition metal (Fe, Co) increased. This is because the heavy rare earth metal sublattice and the 3d transition metal sublattice are combined antiparallel to form a ferrimagnetic material. By increasing the components of the heavy rare earth metal sublattice, the heavy rare earth metal sublattice is increased. This is because the compensation temperature (T comp ) at which the amount of magnetization and the amount of magnetization of the 3d transition metal sublattice cancel each other is shifted to the high temperature side. When the ferrimagnetic material layer 5 is formed using the rare earth transition metal composed of the heavy rare earth metal and the 3d transition metal as described above, the compensation temperature (T comp ) can be arbitrarily set by changing the ratio of the heavy rare earth metal and the 3d transition metal. Can be set to

また、表2より、MR比が最大となる温度は、サンプル3−1から3−4では、補償温度よりも高い温度となっており、これらのサンプルは、補償温度よりも高い温度に加熱することで大きなMR比が得られるサンプルとなっている。一方、サンプル3−5は、補償温度が100℃以上と比較的高いため、補償温度よりも低い25℃において最大のMR比が得られた。すなわち、サンプル3−5は、室温近傍の低い温度で大きなMR比が得られ、補償温度近傍に加熱するとMR比が極めて小さくなるサンプルとなっている。このように、本実施例の磁気抵抗効果素子は、重希土類金属と3d遷移金属の組成比を調整することで、MR比が大きくなる温度とMR比が極めて小さくなる温度の何れが、高温側/低温側に来るかを任意に設定できる磁気抵抗効果素子である。   Further, from Table 2, the temperature at which the MR ratio is maximum is higher than the compensation temperature in Samples 3-1 to 3-4, and these samples are heated to a temperature higher than the compensation temperature. Thus, the sample has a large MR ratio. On the other hand, Sample 3-5 had a relatively high compensation temperature of 100 ° C. or higher, so that the maximum MR ratio was obtained at 25 ° C. lower than the compensation temperature. That is, Sample 3-5 is a sample in which a large MR ratio is obtained at a low temperature near room temperature, and the MR ratio becomes extremely small when heated near the compensation temperature. Thus, in the magnetoresistive effect element of this example, by adjusting the composition ratio of the heavy rare earth metal and the 3d transition metal, either the temperature at which the MR ratio increases or the temperature at which the MR ratio becomes extremely low is higher. / It is a magnetoresistive effect element that can arbitrarily set whether to come to the low temperature side.

なお、表2に示したサンプルのうちサンプル3−2からサンプル3−5に示したサンプルでは、フェリ磁性体層5の補償温度(Tcomp)が測定温度範囲内(25℃から200℃の間)にあるため、上記補償温度(Tcomp)近傍では、図9に示したように、フェリ磁性体層5の磁化方向が、層形成面に対して垂直な方向に立ち上がる特性を示し、上記補償温度(Tcomp)から離れるに従って磁化方向が面内へと遷移する特性を示した。すなわち、これらのサンプル(サンプル3−2からサンプル3−5)は、補償温度(Tcomp)近傍の温度下では、磁化が層形成面に対して垂直な方向に立ち上がった状態となっており、保磁力が増加する特性と合わせて、MR比を特に低く抑えることができる一方、補償温度(Tcomp)から離れた温度下では、磁化が層形成面に対して平行に成ると共に、保磁力が小さくなり、小さな外部磁化を検出できるとともに高いMR比が得られるサンプルであった。 Of the samples shown in Table 2, in the samples shown in Sample 3-2 to Sample 3-5, the compensation temperature (T comp ) of the ferrimagnetic material layer 5 is within the measurement temperature range (between 25 ° C. and 200 ° C. 9), in the vicinity of the compensation temperature (T comp ), the magnetization direction of the ferrimagnetic layer 5 rises in a direction perpendicular to the layer formation surface as shown in FIG. It showed the characteristic that the magnetization direction transitioned in-plane as the distance from the temperature (T comp ) increased. That is, these samples (sample 3-2 to sample 3-5) are in a state where the magnetization rises in a direction perpendicular to the layer formation surface at a temperature in the vicinity of the compensation temperature (T comp ). The MR ratio can be kept particularly low in combination with the characteristic of increasing the coercive force. On the other hand, at a temperature away from the compensation temperature (T comp ), the magnetization is parallel to the layer formation surface and the coercive force is The sample was small and could detect a small external magnetization and obtain a high MR ratio.

なお、サンプル3−1は、補償温度(Tcomp)が室温よりも低い温度にあり、室温以上の温度ではフェリ磁性体層5の磁化方向が常に面内であった。すなわち、層形成面に対して垂直な方向に立ち上がる特性は見られなかった。しかしながら、サンプル3−1においても、温度変化に伴ってMR比が大きく変化する様子が見られ、層形成面に対して垂直な方向に立ち上がる特性は、MR比の温度変化に必須ではなく、面内磁化膜をフェリ磁性体層5に用いても保磁力が変化することでMR比の温度変化が得られることが確認できた。 In Sample 3-1, the compensation temperature (T comp ) was at a temperature lower than room temperature, and the magnetization direction of the ferrimagnetic layer 5 was always in-plane at temperatures above room temperature. That is, the characteristic of rising in the direction perpendicular to the layer formation surface was not observed. However, Sample 3-1 also shows that the MR ratio changes greatly with temperature change, and the characteristic of rising in the direction perpendicular to the layer formation surface is not essential for temperature change of MR ratio. It was confirmed that even when the inner magnetized film was used for the ferrimagnetic material layer 5, the MR ratio temperature change was obtained by changing the coercive force.

なお、本実施例では測定温度範囲を25℃から200℃としたために、サンプル3−1から3−4は高温側で、サンプル3−5は低温側で、それぞれMR比が大きくなったが、フェリ磁性体層5に用いたフェリ磁性を持つ希土類遷移金属の保磁力Hcは補償温度(Tcomp)の高温側でも低温側でも温度変化に対して急激に低下するので、何れのサンプルについても温度範囲を広げれば補償温度の高温側であっても低温側であっても高いMR比を得ることができる。 In this example, since the measurement temperature range was 25 ° C. to 200 ° C., the MR ratio was increased in samples 3-1 to 3-4 on the high temperature side and sample 3-5 on the low temperature side. Since the coercive force Hc of the rare earth transition metal having ferrimagnetism used for the ferrimagnetic material layer 5 rapidly decreases with respect to the temperature change at both the high temperature side and the low temperature side of the compensation temperature (T comp ), the temperature of any sample is If the range is expanded, a high MR ratio can be obtained regardless of whether the compensation temperature is high or low.

(実施例4)
次に、本発明に係る実施例4を以下に示す。実施例4では、上述の図4に示した磁気抵抗効果素子20の特性を評価すべく、磁気抵抗効果素子20と同構成の試料を作製した。本実施例は、高透磁率層18以外、実施例1と符号の1の位が同じ層及びシード層(図示せず)は同様の構成及び製造方法であるので、同様部分の説明については省略する。
Example 4
Next, Example 4 according to the present invention will be described below. In Example 4, a sample having the same configuration as that of the magnetoresistive effect element 20 was manufactured in order to evaluate the characteristics of the magnetoresistive effect element 20 shown in FIG. In the present embodiment, except for the high magnetic permeability layer 18, a layer and a seed layer (not shown) that are the same as those in the first embodiment have the same configuration and manufacturing method, and thus description of similar portions is omitted. To do.

なお、高透磁率層18は、膜厚3nmのNiFe膜とした。本実施例の磁気抵抗効果素子についても、実施例1と同様に上部電極層16の上に保護膜(図示せず)としてSiO2を100nmの膜厚で形成した後、500Oe(約40kA/m)の磁場中で250℃1時間の磁場中アニールを行って磁化固定層23の固定を行った。このような磁気抵抗効果素子を実施例4の試料とする。 The high magnetic permeability layer 18 was a NiFe film having a thickness of 3 nm. Also in the magnetoresistive effect element of this example, after forming SiO 2 with a film thickness of 100 nm as a protective film (not shown) on the upper electrode layer 16 as in Example 1, 500 Oe (about 40 kA / m The magnetic pinned layer 23 was fixed by annealing in a magnetic field at 250 ° C. for 1 hour in the magnetic field of FIG. Such a magnetoresistive effect element is used as a sample of Example 4.

(実施例1と実施例4との測定結果の対比)
上記の方法で作製した実施例1及び5の磁気抵抗効果素子のMR比を、磁気抵抗効果素子をヒータで150℃に加熱した状態で、外部磁界に対して測定した結果を図10に示す。また、高透磁率層が形成されていない実施例1の磁気抵抗効果素子20の特性についても合わせて示した。MR比の測定方法は実施例1と同じ方法を用い、外部磁界の印加範囲は±1kOe(約80kA/m)とした。図10にはそのうち±100Oe(約8kA/m)の磁界範囲について示した。
(Contrast of measurement results of Example 1 and Example 4)
FIG. 10 shows the results of measuring the MR ratio of the magnetoresistive effect elements of Examples 1 and 5 manufactured by the above method with respect to an external magnetic field in a state where the magnetoresistive effect element is heated to 150 ° C. with a heater. The characteristics of the magnetoresistive effect element 20 of Example 1 in which the high magnetic permeability layer is not formed are also shown. The MR ratio was measured using the same method as in Example 1, and the application range of the external magnetic field was ± 1 kOe (about 80 kA / m). FIG. 10 shows a magnetic field range of ± 100 Oe (about 8 kA / m).

図10に示したように、本実施例の磁気抵抗効果素子は、実施例1の磁気抵抗効果素子よりも面内磁化層17、高透磁率層18、フェリ磁性体層15からなる磁化自由層の保磁力が小さくなり、より磁界感度の高い素子であった。具体的には実施例1の磁化自由層(面内磁化層17とフェリ磁性体層15からなる)の保磁力が30Oe(約2400A/m)程度であったのに対し、本実施例の磁気抵抗効果素子では10Oe(約800A/m)未満となった。これは、高透磁率層18に用いたNiFeが磁化自由層25に用いたGdFeCoよりも透磁率が高く、低保磁力であるため、外部磁界の変化に対してより敏感に反応し、高透磁率層18と接するフェリ磁性体層15が、高透磁率層18との間の交換結合力によってより低磁界で磁化反転したことによるものと考えられる。このように、本実施例の磁気抵抗効果素子は、磁界に対する感度が高く、再生用磁気センサーとして良好な特性を提供できる。   As shown in FIG. 10, the magnetoresistive effect element of this example is a magnetization free layer composed of an in-plane magnetization layer 17, a high permeability layer 18, and a ferrimagnetic layer 15 than the magnetoresistive effect element of Example 1. The coercive force of the element was small, and the element had higher magnetic field sensitivity. Specifically, the coercive force of the magnetization free layer of Example 1 (consisting of the in-plane magnetization layer 17 and the ferrimagnetic layer 15) was about 30 Oe (about 2400 A / m), whereas the magnetic force of this example was The resistance effect element was less than 10 Oe (about 800 A / m). This is because NiFe used for the high magnetic permeability layer 18 has a higher magnetic permeability and a low coercive force than GdFeCo used for the magnetization free layer 25, so that it reacts more sensitively to changes in the external magnetic field and has a high permeability. This is considered to be because the ferrimagnetic layer 15 in contact with the magnetic permeability layer 18 has undergone magnetization reversal in a lower magnetic field due to the exchange coupling force with the high magnetic permeability layer 18. Thus, the magnetoresistive effect element of this embodiment has high sensitivity to a magnetic field and can provide good characteristics as a reproducing magnetic sensor.

なお、フェリ磁性体層15と面内磁化層17、および高透磁率層18とを合わせた膜厚は20nm以下であることが望ましい。フェリ磁性体層15と面内磁化層17、および高透磁率層18とを合わせた膜厚が20nmを超えると、これと同程度のサイズの局所的な外部磁界変化を検出しにくくなり、例えば、再生用磁気センサーに用いる場合に空間分解能が悪化するおそれがあるからである。   The total film thickness of the ferrimagnetic material layer 15, the in-plane magnetic layer 17, and the high magnetic permeability layer 18 is desirably 20 nm or less. If the combined film thickness of the ferrimagnetic material layer 15, the in-plane magnetic layer 17, and the high magnetic permeability layer 18 exceeds 20 nm, it becomes difficult to detect a local external magnetic field change of the same size as this, for example, This is because the spatial resolution may deteriorate when used in a reproducing magnetic sensor.

また、高透磁率層18の単層での膜厚は2nm以上15nm以下であることが好ましい。高透磁率層18の膜厚が2nmよりも薄いと、外部磁界に対する感度が不十分で、磁化自由層の保磁力を小さくする効果が得られなくなるおそれがある。また、高透磁率層18の膜厚が15nmよりも厚いと、フェリ磁性体層15の保磁力の温度変化を、高透磁率層18が打ち消してしまい、温度変化に伴うMR比の変化が小さくなってしまうおそれがあるからである。   The film thickness of the single layer of the high magnetic permeability layer 18 is preferably 2 nm or more and 15 nm or less. If the thickness of the high permeability layer 18 is less than 2 nm, the sensitivity to an external magnetic field is insufficient, and the effect of reducing the coercivity of the magnetization free layer may not be obtained. If the thickness of the high permeability layer 18 is greater than 15 nm, the high permeability layer 18 cancels out the temperature change of the coercive force of the ferrimagnetic layer 15, and the change in MR ratio accompanying the temperature change is small. It is because there is a possibility of becoming.

なお、本実施例では、面内磁化層17とフェリ磁性体層15との間に高透磁率層18を形成した例について示したが、高透磁率層18は、フェリ磁性体層15と交換結合力又は静磁気的な結合力で磁気的に結合したものであればよく、例えば、面内磁化層17とフェリ磁性体層15とが形成された後、高透磁率層18が形成されていても良い。又は、フェリ磁性体層15と高透磁率層18との間に2nm以下程度の非磁性体薄膜が形成されて静磁気的な結合をしていても構わない。さらには、磁化自由層を先に形成し、磁化固定層を後から形成するいわゆるトップ型の磁気抵抗効果素子では、本実施例とは逆の順で、すなわち、フェリ磁性体層15、高透磁率層18、面内磁化層17の順(図示せず)や、高透磁率層18、フェリ磁性体層15、面内磁化層17の順(図示せず)に形成されていても構わない。   In the present embodiment, an example in which the high magnetic permeability layer 18 is formed between the in-plane magnetic layer 17 and the ferrimagnetic material layer 15 is shown. However, the high magnetic permeability layer 18 is exchanged with the ferrimagnetic material layer 15. What is necessary is just to be magnetically coupled by a coupling force or a magnetostatic coupling force. For example, after the in-plane magnetic layer 17 and the ferrimagnetic layer 15 are formed, the high permeability layer 18 is formed. May be. Alternatively, a nonmagnetic thin film having a thickness of about 2 nm or less may be formed between the ferrimagnetic layer 15 and the high permeability layer 18 so as to be magnetostatically coupled. Further, in the so-called top type magnetoresistive effect element in which the magnetization free layer is formed first and the magnetization fixed layer is formed later, in the reverse order to this example, that is, the ferrimagnetic material layer 15 and the high permeability layer. The magnetic layer 18 and the in-plane magnetic layer 17 may be formed in this order (not shown), or the high magnetic permeability layer 18, the ferrimagnetic layer 15, and the in-plane magnetic layer 17 may be formed in this order (not shown). .

(実施例5)
次に、本発明に係る実施例5を以下に示す。実施例1から4においては、フェリ磁性体層としてGdFeCo又はGdCoを用いた例について示したが、本実施例では、他の希土類遷移金属から成るフェリ磁性体層について示す(希土類遷移金属の種類及び組成比は下記表3参照)。なお、磁気抵抗効果素子に含まれるフェリ磁性体層以外の層については実施例1に示した構成、製法と同じ構成、および製法を用いた。
(Example 5)
Next, Example 5 according to the present invention will be described below. In Examples 1 to 4, an example in which GdFeCo or GdCo is used as the ferrimagnetic material layer is shown, but in this example, a ferrimagnetic material layer made of another rare earth transition metal is shown (types of rare earth transition metals and (See Table 3 below for composition ratio). In addition, about the layers other than the ferrimagnetic material layer included in the magnetoresistive effect element, the configuration shown in Example 1, the same configuration as the manufacturing method, and the manufacturing method were used.

Figure 2006269866
Figure 2006269866

上記表3に示した希土類遷移金属の種類及び組成比を有するフェリ磁性体層をそれぞれ備えた磁気抵抗効果素子の、150℃におけるMR比、および、150℃におけるフェリ磁性体層についての保磁力Hcを測定した。その結果は表3に合わせて示した。なお、MR比の測定は実施例1の方法と同じ測定方法とし、外部磁界を±1kOe(約80kA/m)の範囲で印加してMR比を測定し、磁界が0Oe(0A/m)の状態における正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とのMR比の差を示した。なお、表3に示した何れの材料を用いた場合も、25℃におけるフェリ磁性体層の保磁力は1kOe(約80kA/m)以上であり、このため25℃におけるMR比(磁界が0Oe(0A/m)の状態における正方向に外部磁界を掃引した場合と、負方向に外部磁界を掃引した場合とのMR比の差)は全てのサンプルで0%となった。 The MR ratio at 150 ° C. and the coercivity H of the ferrimagnetic layer at 150 ° C. of the magnetoresistive effect element provided with the ferrimagnetic layer having the kind and composition ratio of the rare earth transition metal shown in Table 3 above. c was measured. The results are shown in Table 3. The MR ratio is measured by the same measurement method as that of the first embodiment. The MR ratio is measured by applying an external magnetic field in the range of ± 1 kOe (about 80 kA / m), and the magnetic field is 0 Oe (0 A / m). The difference in MR ratio between when the external magnetic field was swept in the positive direction and when the external magnetic field was swept in the negative direction was shown. In addition, in any of the materials shown in Table 3, the coercive force of the ferrimagnetic layer at 25 ° C. is 1 kOe (about 80 kA / m) or more, so that the MR ratio at 25 ° C. (magnetic field is 0 Oe ( The difference in MR ratio between the case where the external magnetic field was swept in the positive direction and the case where the external magnetic field was swept in the negative direction in the state of 0 A / m) was 0% in all samples.

表3に示すように、Gd以外にも、Tb,Dy,Hoから選ばれる何れの重希土類金属を用いた場合において(サンプル6−1から6−3)、150℃において20%を超えるMR比が得られており、フェリ磁性体層として好適であることが明らかとなった。また、GdFeCoNi(サンプル6−4)についても同様に、150℃で32%のMR比が得られ、3d遷移金属元素としてFe,Co以外に、Niを用いても良いことが明らかとなった。一方、これらのサンプルの180℃における保磁力Hcに着目すると、Gd、Hoを用いた場合に100Oe(約8kA/m)を切る保磁力が実現できており、重希土類金属としてGd又はHo又は、GdとHoの両方を選択することが特に望ましい。   As shown in Table 3, in addition to Gd, when any heavy rare earth metal selected from Tb, Dy, and Ho is used (Samples 6-1 to 6-3), the MR ratio exceeds 20% at 150 ° C. As a result, it was revealed that it was suitable as a ferrimagnetic layer. Similarly, for GdFeCoNi (sample 6-4), an MR ratio of 32% was obtained at 150 ° C., and it was revealed that Ni may be used as the 3d transition metal element in addition to Fe and Co. On the other hand, focusing on the coercive force Hc at 180 ° C. of these samples, a coercive force of cutting 100 Oe (about 8 kA / m) can be realized when Gd and Ho are used, and Gd or Ho or It is particularly desirable to select both Gd and Ho.

さらに、表3に示した重希土類金属元素と3d遷移金属元素とからなるフェリ磁性体層に対して、B,Pt,Ru,Ta,Ti,Crから選ばれる元素を添加した場合についてもMR比の温度変化を測定したところ、実施例1や本実施例と同様に、25℃で全く現れなかったMR比が温度変化に伴って現れる現象が見られ、これらの元素を添加しても良いことが分かった。   Furthermore, the MR ratio is also obtained when an element selected from B, Pt, Ru, Ta, Ti, and Cr is added to the ferrimagnetic layer composed of the heavy rare earth metal element and the 3d transition metal element shown in Table 3. When the temperature change was measured, as in Example 1 and this example, an MR ratio that did not appear at 25 ° C. appeared with temperature change, and these elements may be added. I understood.

以上のように、本発明の磁気抵抗効果素子に用いるフェリ磁性体層の材料は、互いに反平行な方向を向く2種類の磁性金属元素を組み合わせたフェリ磁性体であって、温度に対してそれぞれの副格子の磁化量が異なる減少傾向を示すことで、温度によって保磁力が大きく変化する材料であれば適用可能である。このためには、特に、重希土類金属元素と3d遷移金属元素とを組み合わせて用いることが好適である。さらには、上記のフェリ磁性体に加えてB,Pt,Ru,Ta,Ti,Crから選ばれる材料を添加しても同様の効果を得ることができる。   As described above, the material of the ferrimagnetic material layer used in the magnetoresistive effect element of the present invention is a ferrimagnetic material in which two kinds of magnetic metal elements facing in antiparallel directions are combined, and each of the materials is different with respect to temperature. Any material whose coercive force varies greatly depending on temperature can be applied by showing a decreasing tendency in which the amount of magnetization of the sublattice differs. For this purpose, it is particularly preferable to use a combination of a heavy rare earth metal element and a 3d transition metal element. Furthermore, the same effect can be obtained by adding a material selected from B, Pt, Ru, Ta, Ti, and Cr in addition to the ferrimagnetic material.

なお、本実施例のフェリ磁性体層の材料は上記の希土類遷移金属に限るものではなく、フェリ磁性体のうち、フェライトやガーネット型酸化物、希土類鉄ガーネットのような、補償温度を持つ酸化物フェリ磁性体であっても構わない。具体的には、LiFeCrO(Li−Crフェライト)や、NiFeAlO(Ni−Alフェライト)、YGaFeO(Ga置換YIG)、GdFeO(Gd−Feガーネット)を用いることができる。これらの材料の補償温度(Tcomp)近傍と、その高温側もしくは低温側を用いることで、実施例1から5に示した各磁気抵抗効果素子のフェリ磁性体層として適用できる。 In addition, the material of the ferrimagnetic material layer of the present embodiment is not limited to the rare earth transition metal described above. Among ferrimagnetic materials, oxides having a compensation temperature, such as ferrite, garnet type oxide, and rare earth iron garnet. It may be a ferrimagnetic material. Specifically, LiFeCrO (Li—Cr ferrite), NiFeAlO (Ni—Al ferrite), YGaFeO (Ga substituted YIG), and GdFeO (Gd—Fe garnet) can be used. By using the vicinity of the compensation temperature (T comp ) of these materials and the high temperature side or the low temperature side thereof, it can be applied as a ferrimagnetic material layer of each magnetoresistance effect element shown in Examples 1 to 5.

(実施例6)
次に、本発明に係る実施例6を以下に示す。実施例1から実施例5では、温度によって層形成面に対する磁化の角度が変化するフェリ磁性体層をフェリ磁性体層に用いた例を示したが、本実施例ではフェリ磁性体層を磁化固定層に用いた例を示す。
(Example 6)
Next, Example 6 according to the present invention will be described below. In Examples 1 to 5, an example is shown in which a ferrimagnetic material layer whose magnetization angle with respect to the layer formation surface changes depending on the temperature is used for the ferrimagnetic material layer. In this example, the ferrimagnetic material layer is fixed in magnetization. The example used for the layer is shown.

図11に示したように、本実施例の磁気抵抗効果素子30は基板21上に下部電極層22、磁化固定層23、非磁性体層24、磁化自由層25、上部電極層26が順に形成されたものである。本実施例では、基板21として、表面を熱酸化処理したSi基板を、下部電極層22および上部電極層26としてCuを、磁化固定層23のうち反強磁性層23aとしてMnIrを、フェリ磁性体層23bとしてTbFeCoを、非磁性体層24としてAlを酸化させた酸化Alを、磁化自由層25としてCoFeとNiFeとを積層して、それぞれ用いた。   As shown in FIG. 11, in the magnetoresistive effect element 30 of this embodiment, a lower electrode layer 22, a magnetization fixed layer 23, a nonmagnetic layer 24, a magnetization free layer 25, and an upper electrode layer 26 are sequentially formed on a substrate 21. It has been done. In this embodiment, a Si substrate whose surface is thermally oxidized is used as the substrate 21, Cu is used as the lower electrode layer 22 and the upper electrode layer 26, MnIr is used as the antiferromagnetic layer 23a in the magnetization fixed layer 23, and a ferrimagnetic material is used. TbFeCo was used as the layer 23b, Al oxide obtained by oxidizing Al as the nonmagnetic material layer 24, and CoFe and NiFe were laminated as the magnetization free layer 25, respectively.

なお、下部電極層22の形成に当たっては、基板21と下部電極層22の密着性を高め、下部電極層22の表面粗度を制御する目的で、下部電極層22を形成するのに先立ってTaから成るシード層(図示しない)を形成した。   In forming the lower electrode layer 22, Ta is formed prior to the formation of the lower electrode layer 22 for the purpose of improving the adhesion between the substrate 21 and the lower electrode layer 22 and controlling the surface roughness of the lower electrode layer 22. A seed layer (not shown) was formed.

また、磁化固定層23の形成に当たっては、下部電極層22と磁化固定層23との間の密着性を高め、磁化固定層23および磁化固定層23以降に形成される種々の層の結晶粒径や結晶構造、表面粗度を制御する目的で、磁化固定層23を形成するのに先立ってTaとNiFeおよびCuを積層したシード層(図示しない)を形成した。   In forming the magnetization fixed layer 23, the adhesion between the lower electrode layer 22 and the magnetization fixed layer 23 is improved, and the crystal grain sizes of various layers formed after the magnetization fixed layer 23 and the magnetization fixed layer 23 are increased. For the purpose of controlling the crystal structure and surface roughness, a seed layer (not shown) in which Ta, NiFe, and Cu are laminated is formed prior to forming the magnetization fixed layer 23.

また、上部電極層26の形成に当たっては、磁化自由層25と上部電極層26の密着性を高め、上部電極層26の表面粗度を制御する目的で、上部電極層26を形成するのに先立ってTaから成るシード層(図示しない)を形成した。   In forming the upper electrode layer 26, prior to forming the upper electrode layer 26, the adhesion between the magnetization free layer 25 and the upper electrode layer 26 is improved and the surface roughness of the upper electrode layer 26 is controlled. A Ta seed layer (not shown) was formed.

さらにフェリ磁性体層23bに用いる希土類金属(本実施例ではTb)が非磁性体層24の酸化Alに含まれる酸素によって酸化されることを防ぐ目的で、磁化固定層23と非磁性体層24との間に面内磁化層27としてCoFeを形成した。   Further, for the purpose of preventing the rare earth metal (Tb in this embodiment) used for the ferrimagnetic layer 23 b from being oxidized by oxygen contained in the oxidized Al of the nonmagnetic layer 24, the magnetization fixed layer 23 and the nonmagnetic layer 24 Between them, CoFe was formed as the in-plane magnetic layer 27.

ここで、本実施例に示す磁気抵抗効果素子30の作製方法について詳細に説明する。なお、以下の文中に示す膜厚とは、基板上に各材料の単層膜を100nm程度の膜厚で形成し、触針式段差計を用いてその膜厚を測定、測定された膜厚と成膜時間から算出した成膜レートを基に記述している。また、本実施例に示す磁気抵抗効果素子の成膜には、Ta,Cu,MnIr,CoFe,NiFe,TbFeCo,Alのターゲットを有する成膜チャンバーを備えたマグネトロンスパッタリング装置を用いた。なお、成膜はいずれもArガス雰囲気中でDCスパッタリングによって行った。以下、本実施例の磁気抵抗効果素子30の作製工程を順に示していく。   Here, a manufacturing method of the magnetoresistive effect element 30 shown in this embodiment will be described in detail. In addition, the film thickness shown in the following sentence is a film thickness obtained by forming a single layer film of each material on a substrate with a film thickness of about 100 nm and measuring the film thickness using a stylus step meter. And the film formation rate calculated from the film formation time. Further, for the film formation of the magnetoresistive effect element shown in this example, a magnetron sputtering apparatus provided with a film forming chamber having targets of Ta, Cu, MnIr, CoFe, NiFe, TbFeCo, and Al was used. In addition, all film-forming was performed by DC sputtering in Ar gas atmosphere. Hereinafter, the manufacturing process of the magnetoresistive effect element 30 of this embodiment will be shown in order.

まず、基板21として表面を熱酸化処理したSi基板を用い、スパッタリング装置内で1×10-6Paまで真空引きした後、Arガスを導入し、1×10-1PaのAr雰囲気中でTaターゲットに給電し、下部電極層32の形成に先立つシード層(図示せず)としてTaを5nmの膜厚で成膜した。 First, a Si substrate whose surface was thermally oxidized was used as the substrate 21, and after evacuation to 1 × 10 −6 Pa in a sputtering apparatus, Ar gas was introduced and Ta was introduced into an Ar atmosphere at 1 × 10 −1 Pa. Power was supplied to the target, and Ta was deposited to a thickness of 5 nm as a seed layer (not shown) prior to the formation of the lower electrode layer 32.

続いて、Cuターゲットに給電し、下部電極層22としてCuを50nmの膜厚で成膜した。そして、磁化固定層23の形成に先立つシード層(図示せず)として、TaとNiFeおよびCuをそれぞれ5nm、2nm、5nmの膜厚で積層して形成した。   Subsequently, power was supplied to the Cu target, and Cu was deposited to a thickness of 50 nm as the lower electrode layer 22. Then, as a seed layer (not shown) prior to the formation of the magnetization fixed layer 23, Ta, NiFe, and Cu were laminated to a thickness of 5 nm, 2 nm, and 5 nm, respectively.

続いて、MnIrターゲットに給電し、反強磁性層23aとしてMnIrを膜厚15nmで形成した後、フェリ磁性体層23bとしてTbFeCoを5nmの膜厚で形成し、これらを磁化固定層23とした。ここでフェリ磁性体層23bは、室温において層形成面方向から傾いた磁化方向を有し、150℃において磁化が層形成面方向と平行(面内磁化層)となるように組成調整した層である。具体的には、Tbを6at%、Feを19at%、Coを75at%の比率とした。   Subsequently, power was supplied to the MnIr target, and MnIr was formed to a thickness of 15 nm as the antiferromagnetic layer 23a, and then TbFeCo was formed to a thickness of 5 nm as the ferrimagnetic layer 23b. Here, the ferrimagnetic material layer 23b is a layer whose composition is adjusted so that the magnetization direction is inclined from the layer formation surface direction at room temperature, and the magnetization is parallel to the layer formation surface direction (in-plane magnetization layer) at 150 ° C. is there. Specifically, the ratio of Tb was 6 at%, Fe was 19 at%, and Co was 75 at%.

そして、面内磁化層27としてCoFeを2nmの膜厚で形成した。さらに続いて、非磁性体層24としてAlを1.0nmの膜厚で形成した後、チャンバー内にO2ガスを導入し、O2雰囲気中でAlを酸素暴露して酸化し、酸化Al膜とした。 Then, CoFe was formed to a thickness of 2 nm as the in-plane magnetization layer 27. Subsequently, after forming Al with a thickness of 1.0 nm as the non-magnetic layer 24, O 2 gas is introduced into the chamber, and the Al is exposed to oxygen in an O 2 atmosphere to oxidize the Al oxide film. It was.

続いて、非磁性体層24上に、磁化自由層25としてCoFeとNiFeをそれぞれ2nmと15nmの膜厚で形成した。そして、上部電極層26の形成に先立つシード層(図示せず)としてTaを5nmの膜厚で成膜し、Cuターゲットに給電して、上部電極層26としてCuを50nmの膜厚で成膜した。   Subsequently, CoFe and NiFe having a thickness of 2 nm and 15 nm were formed on the nonmagnetic layer 24 as the magnetization free layer 25, respectively. Then, Ta is formed in a film thickness of 5 nm as a seed layer (not shown) prior to the formation of the upper electrode layer 26, and Cu is formed in a film thickness of 50 nm as the upper electrode layer 26 by supplying power to the Cu target. did.

以上の手順で作製した素子の上部電極層26上に、保護膜としてSiO2を100nmの膜厚で形成した後、500Oe(約40kA/m)の磁場中で250℃1時間の磁場中アニールを行って磁化固定層23の固定を行った。 After forming SiO 2 with a film thickness of 100 nm as a protective film on the upper electrode layer 26 of the device manufactured by the above procedure, annealing is performed in a magnetic field at 250 ° C. for 1 hour in a magnetic field of 500 Oe (about 40 kA / m). Then, the magnetization fixed layer 23 was fixed.

上記の方法で作製した本実施例の磁気抵抗効果素子30のMR比について、温度に対して測定した結果を図12に示す。なお、測定に際しては、5mV一定の電圧を素子に印加しておき、電磁石を用いて磁気抵抗効果素子の層形成面と平行方向に±4kOe(約320kA/m)の範囲で外部磁界を印加して、磁気抵抗効果素子40をヒータで加熱しながら、MR比を測定した。外部磁界の印加方向は磁場中アニールを行った際に印加した磁場の方向と平行となるようにした。   FIG. 12 shows the results of measuring the MR ratio of the magnetoresistive effect element 30 of this example manufactured by the above method with respect to temperature. During measurement, a constant voltage of 5 mV was applied to the element, and an external magnetic field was applied in the range of ± 4 kOe (about 320 kA / m) in a direction parallel to the layer formation surface of the magnetoresistive element using an electromagnet. The MR ratio was measured while heating the magnetoresistive effect element 40 with a heater. The application direction of the external magnetic field was made parallel to the direction of the magnetic field applied when annealing in the magnetic field was performed.

図12に示したように、本実施例の磁気抵抗効果素子は、室温からの温度上昇に伴ってMR比が大きくなり、150℃において最もMR比が大きくなり、21%のMR比が得られた。これは、室温で面内方向から傾いた方向の磁化を有する磁化固定層23、より具体的にはフェリ磁性体層23bの磁化が、温度上昇に伴って磁化方向を層形成面と平行な方向に変化させたことによるものである。これによって、室温よりも高い温度において、室温よりも高いMR比を得ることができた。   As shown in FIG. 12, the magnetoresistive effect element of the present example has an MR ratio that increases as the temperature rises from room temperature, the MR ratio becomes the largest at 150 ° C., and an MR ratio of 21% is obtained. It was. This is because the magnetization of the magnetization fixed layer 23 having magnetization in a direction inclined from the in-plane direction at room temperature, more specifically, the direction of magnetization of the ferrimagnetic layer 23b is parallel to the layer formation surface as the temperature rises. This is due to the change. As a result, an MR ratio higher than room temperature could be obtained at a temperature higher than room temperature.

なお、フェリ磁性体層23bの組成比を調整することによって、MR比が最も大きくなる温度を調整することが可能である。具体的には、遷移金属に対する希土類金属の割合を高めればMR比が最も大きくなる温度は高くなり、逆に遷移金属に対する希土類金属の割合を低くすればMR比が最も大きくなる温度を低くすることができる。   It is possible to adjust the temperature at which the MR ratio is maximized by adjusting the composition ratio of the ferrimagnetic layer 23b. Specifically, if the ratio of the rare earth metal to the transition metal is increased, the temperature at which the MR ratio is maximized increases. Conversely, if the ratio of the rare earth metal to the transition metal is decreased, the temperature at which the MR ratio is maximized is decreased. Can do.

また、本実施例ではフェリ磁性体層23bとしてTbFeCoを用いた例について示したが、室温で磁化が室温と高温とで層形成面に対する磁化方向が変化する材料であればよく、これに限るものではない。特に、希土類遷移金属合金を用いれば、この特性を示すフェリ磁性体層23bを形成することができる。   In this example, TbFeCo is used as the ferrimagnetic layer 23b. However, any material may be used as long as the magnetization direction of the layer changes between room temperature and high temperature at room temperature. is not. In particular, if a rare earth transition metal alloy is used, the ferrimagnetic layer 23b exhibiting this characteristic can be formed.

また、本実施例では、反強磁性層23aを用いてフェリ磁性体層23bを交換結合力でもって固定するスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子について示したが、磁化固定層23は必ずしも交換結合した反強磁性層23aとフェリ磁性体層23bとによって形成される必要はなく、保磁力の大きなフェリ磁性体からなる単層としてもよい。また、保磁力の大きな強磁性膜と保磁力の小さな強磁性膜とを交換結合させ、その何れか少なくとも一方にフェリ磁性体を含むものを磁化固定層としてもよく、さらには、複数の強磁性材料で非磁性材料を挟み、上記複数の強磁性材料を静磁気的に結合させることによって見かけ上保磁力を高めた固定層(いわゆるシンセティック構造)を用い、上記複数の強磁性材料の一部にフェリ磁性体を用いたものであっても良い。   In this embodiment, the spin valve type magnetoresistive effect element is shown in which the antiferromagnetic layer 23a is used to fix the ferrimagnetic layer 23b with exchange coupling force. However, the magnetization fixed layer 23 is not necessarily exchange coupled. The antiferromagnetic layer 23a and the ferrimagnetic material layer 23b do not need to be formed, and may be a single layer made of a ferrimagnetic material having a large coercive force. Alternatively, a ferromagnetic film having a large coercive force and a ferromagnetic film having a small coercive force may be exchange-coupled, and at least one of them may include a ferrimagnetic substance as a magnetization fixed layer, and moreover, a plurality of ferromagnetic films Using a pinned layer (so-called synthetic structure) with an apparently increased coercive force by sandwiching a non-magnetic material between the materials and magnetostatically coupling the plurality of ferromagnetic materials to a part of the plurality of ferromagnetic materials A ferrimagnetic material may be used.

本実施例のように固定層に感熱磁性層を用いる場合、室温下では感熱磁性層の磁化方向が面内から傾いた方向となっているため、磁場中アニールによって固定された磁化方向が層形成面から立ち上がることで反転してしまう可能性がある。このため、固定層に感熱磁性層を用いたデバイスを作製する場合には、固定層と静磁的又は交換結合した永久磁石を隣接して、又は非磁性体を介して形成することが望ましい。これによって、層形成面から傾くことで不安定となる固定層の磁化方向を再度固定することが可能となる。   When a thermosensitive magnetic layer is used as the pinned layer as in this embodiment, the magnetization direction of the thermosensitive magnetic layer is inclined from the in-plane direction at room temperature, so the magnetization direction fixed by annealing in a magnetic field is the layer formation. There is a possibility of flipping by standing up from the surface. For this reason, when fabricating a device using a thermosensitive magnetic layer as the pinned layer, it is desirable to form a permanent magnet adjacent to the pinned layer or magnetostatically or exchange-coupled or via a nonmagnetic material. As a result, the magnetization direction of the fixed layer that becomes unstable when tilted from the layer formation surface can be fixed again.

(実施例7)
次に、本発明に係る実施例7を以下に示す。本実施例では、実施例4で示した磁気抵抗効果素子20(図4参照)を加工して再生用磁気センサーを作製し再生特性を調べた例を示す。
(Example 7)
Next, Example 7 according to the present invention will be described below. In this example, a magnetoresistive effect element 20 (see FIG. 4) shown in Example 4 is processed to produce a reproducing magnetic sensor, and the reproducing characteristics are examined.

図13には、本実施例で作製した再生用磁気センサーに用いる磁気抵抗効果素子40の膜構成概略図を示す。磁気抵抗効果素子40は、実施例4で示した磁気抵抗効果素子20にリソグラフィによるパターニングを施し、下部電極層32上の磁気抵抗効果素子を削り出した後、磁気抵抗効果素子の両側に絶縁体39と磁気特性を安定化させるための永久磁石41を形成し、上部電極層36上に残った絶縁体39と永久磁石41とを研磨処理によって削り取ったものである。上記パターニングに際しては、素子幅WE(=フェリ磁性体層35の幅)が0.4μmとなるように素子を加工した。なお、永久磁石41は、図13に示すように永久磁石41と、フェリ磁性体層35、高透磁率層38及び面内磁化層37との間に絶縁体39が形成されていてもよいし、フェリ磁性体層35、高透磁率層38及び面内磁化層37と直接接していても構わない。図14には、この磁気抵抗効果素子40とほぼ同構成の磁気抵抗効果素子を用いた再生用磁気センサー50、加熱手段49によって加熱された加熱昇温領域43、磁気記録媒体44の位置関係を示す概略図を示した。 FIG. 13 shows a schematic diagram of the film configuration of the magnetoresistive effect element 40 used in the reproducing magnetic sensor manufactured in this example. In the magnetoresistive effect element 40, the magnetoresistive effect element 20 shown in the fourth embodiment is subjected to patterning by lithography, and after the magnetoresistive effect element on the lower electrode layer 32 is cut out, an insulator is formed on both sides of the magnetoresistive effect element. 39 and the permanent magnet 41 for stabilizing the magnetic characteristics are formed, and the insulator 39 and the permanent magnet 41 remaining on the upper electrode layer 36 are scraped off by a polishing process. During the patterning, the element was processed so that the element width W E (= the width of the ferrimagnetic layer 35) was 0.4 μm. In the permanent magnet 41, an insulator 39 may be formed between the permanent magnet 41 and the ferrimagnetic layer 35, the high permeability layer 38, and the in-plane magnetization layer 37, as shown in FIG. The ferrimagnetic material layer 35, the high magnetic permeability layer 38, and the in-plane magnetic layer 37 may be in direct contact. FIG. 14 shows the positional relationship between a reproducing magnetic sensor 50 using a magnetoresistive effect element having substantially the same configuration as that of the magnetoresistive effect element 40, a heating temperature raising region 43 heated by the heating means 49, and the magnetic recording medium 44. A schematic diagram is shown.

本実施例で用いた再生用磁気センサー50は、図13に示した磁気抵抗効果素子40とほぼ同構成の磁気抵抗効果素子を、アルチック(Al23・TiC)からなる架台46上に形成したものであって、磁気抵抗効果素子42の上下には隣接ビットからの漏れ磁束の影響を抑制するための下部磁気シールド47および上部磁気シールド48を形成している。 In the reproducing magnetic sensor 50 used in this example, a magnetoresistive effect element having substantially the same configuration as the magnetoresistive effect element 40 shown in FIG. 13 is formed on a pedestal 46 made of AlTiC (Al 2 O 3 .TiC). In this case, a lower magnetic shield 47 and an upper magnetic shield 48 are formed above and below the magnetoresistive effect element 42 in order to suppress the influence of leakage magnetic flux from adjacent bits.

再生用磁気センサー50の具体的な作製方法は以下の通りである。まず、架台46上にメッキ法を用いてNiFeからなる下部磁気シールド47を膜厚1μmで形成した。続いて下部磁気シールド47と磁気抵抗効果素子40とが導通することを防ぐためにAl23からなる絶縁層(図示しない)を、スパッタ法を用いて膜厚100nmで形成した。続いて、この絶縁層を図13における磁気抵抗効果素子40の基板32として見立てて、磁気抵抗効果素子40と同構成の磁気抵抗効果素子42を形成した後、この磁気抵抗効果素子42と上部磁気シールド48とが導通することを防ぐためにAl23からなる絶縁層(図示しない)を、スパッタ法を用いて膜厚100nmで形成した。さらに続いて、メッキ法を用いてNiFeからなる上部磁気シールド48を膜厚1μmで形成した。このようにして配置形成された磁気抵抗効果素子42に対し、上下電極にセンス電流を供給するための電極45を取り出して、再生用磁気センサー50とした。なお、図14において、磁気抵抗効果素子42は、図13における紙面が磁気記録媒体44の表面と対向するように配置されている。 A specific manufacturing method of the reproducing magnetic sensor 50 is as follows. First, a lower magnetic shield 47 made of NiFe was formed on the gantry 46 with a thickness of 1 μm using a plating method. Subsequently, in order to prevent the lower magnetic shield 47 and the magnetoresistive effect element 40 from conducting, an insulating layer (not shown) made of Al 2 O 3 was formed with a film thickness of 100 nm by sputtering. Subsequently, the insulating layer is regarded as the substrate 32 of the magnetoresistive effect element 40 in FIG. 13, and after forming the magnetoresistive effect element 42 having the same configuration as the magnetoresistive effect element 40, the magnetoresistive effect element 42 and the upper magnetic field are formed. In order to prevent the shield 48 from conducting, an insulating layer (not shown) made of Al 2 O 3 was formed with a film thickness of 100 nm by sputtering. Subsequently, an upper magnetic shield 48 made of NiFe was formed with a film thickness of 1 μm using a plating method. With respect to the magnetoresistive effect element 42 arranged and formed in this way, the electrode 45 for supplying a sense current to the upper and lower electrodes was taken out to be used as a reproducing magnetic sensor 50. In FIG. 14, the magnetoresistive element 42 is arranged so that the paper surface in FIG. 13 faces the surface of the magnetic recording medium 44.

加熱昇温領域43を形成する加熱手段49として、本実施例では、波長405nmのGaN系半導体レーザー光源49aを用い、NA(開口数)が0.65のレンズ49bを用いてレーザー光を集光した。これを再生用磁気センサー50の端部近傍に対して照射することによって、加熱昇温領域43を形成した。本実施例では、集光したレーザー光を再生用磁気センサー50端部に照射して、再生用磁気センサー50(より具体的には磁気抵抗効果素子42)のトラック幅方向の中心近傍領域を加熱した。   In this embodiment, a GaN semiconductor laser light source 49a having a wavelength of 405 nm is used as the heating means 49 for forming the heating temperature raising region 43, and the laser beam is condensed using a lens 49b having an NA (numerical aperture) of 0.65. did. By irradiating the vicinity of the end of the reproducing magnetic sensor 50 with this, the heating temperature raising region 43 was formed. In the present embodiment, the end of the reproducing magnetic sensor 50 is irradiated with the condensed laser beam, and the region near the center in the track width direction of the reproducing magnetic sensor 50 (more specifically, the magnetoresistive effect element 42) is heated. did.

図15は、本実施例の磁気抵抗効果素子42(サンプル1)と、フェリ磁性体層を有しない従来の磁気抵抗効果素子(比較サンプル1)とをそれぞれ図14で説明した再生用磁気センサーに加工して用いた際の出力電圧をトラック幅に対して示したものである。ここで、比較サンプル1に用いた磁気抵抗効果素子は、サンプル1の本実施例の磁気抵抗効果素子42の作製法において、面内磁化層としてCoFeを2nmの膜厚で形成した後、フェリ磁性体層を形成せずに、高透磁率層(図示せず)としてNiFeを13nmの膜厚で形成したものである。   FIG. 15 shows a magnetoresistive effect element 42 (sample 1) of this example and a conventional magnetoresistive effect element (comparative sample 1) that does not have a ferrimagnetic material layer. The output voltage when processed and used is shown with respect to the track width. Here, the magnetoresistive effect element used for the comparative sample 1 is a ferrimagnetic material after forming CoFe with a film thickness of 2 nm as an in-plane magnetization layer in the manufacturing method of the magnetoresistive effect element 42 of the present example of the sample 1. A body layer is not formed, and NiFe is formed to a thickness of 13 nm as a high permeability layer (not shown).

測定に用いた磁気記録媒体44は、従来のハードディスク用記録媒体として用いられる、NiP/Al基板上に作製したCoCrPtBグラニュラー型垂直磁気記録媒体とした。上記垂直磁気媒体には、予め記録用磁気ヘッド(図示しない)を用いて外部磁界を掛け、トラック幅WTを変化させて記録マークを形成しておいた。垂直磁気記録媒体に記録されたトラック幅WTは、磁気力顕微鏡(MFM:Magnetic Force Microscope)を用いて観察して同定した。また、本実施例では、再生用磁気センサー50に0.5mAのセンス電流を加えて測定した。光ビームの照射に際しては、再生信号出力電圧が最も大きくなるように光ビームの照射パワーを調整した。また、比較サンプル1については、サンプル1に対して照射した照射パワーと同じ照射パワーで光ビームを照射しながら出力電圧を測定した。 The magnetic recording medium 44 used for the measurement was a CoCrPtB granular type perpendicular magnetic recording medium produced on a NiP / Al substrate used as a conventional recording medium for hard disks. The aforementioned perpendicular magnetic media, had previously been multiplied by the external magnetic field using a recording magnetic head (not shown), to form a recording mark by changing the track width W T. Track width W T recorded on the perpendicular magnetic recording medium, a magnetic force microscope (MFM: Magnetic Force Microscope) was identified by observing with. In this example, measurement was performed by applying a sense current of 0.5 mA to the reproducing magnetic sensor 50. In the irradiation of the light beam, the irradiation power of the light beam was adjusted so that the reproduction signal output voltage was maximized. For Comparative Sample 1, the output voltage was measured while irradiating a light beam with the same irradiation power as that irradiated to Sample 1.

図15に示すように、比較サンプル1では、0.5μm以上のトラック幅では、出力電圧が得られるが、素子幅WE(=0.4μm)以下のトラック幅では、出力電圧が低下し、トラック幅が0.2μmでは出力電圧は得られなかった。これは、比較サンプル1では、素子幅WEを下回るトラック幅WTを再生する場合、隣接するトラックからの漏れ込み磁界をも同時に検出してしまうために出力電圧が低下したものである。 As shown in FIG. 15, in the comparative sample 1, an output voltage is obtained at a track width of 0.5 μm or more, but at a track width of the element width W E (= 0.4 μm) or less, the output voltage decreases. An output voltage could not be obtained when the track width was 0.2 μm. This is because, in the comparative sample 1, when reproducing the track width W T which is smaller than the element width W E , the leakage magnetic field from the adjacent track is detected at the same time, so that the output voltage is lowered.

一方、サンプル1では、素子幅WEを下回るトラック幅でも高い出力電圧を維持しており、0.2μmのトラック幅においても出力電圧を得ることができた。これは、サンプル1では、レーザー光照射によって加熱された素子中心部付近のみで大きな磁気抵抗効果が生じるため、素子幅WEよりも狭いトラック幅であっても隣接するトラックからの漏れ込み磁界が検出されないためである。すなわち、サンプル1の磁気抵抗効果素子の中心部付近では、レーザー光照射によって温度上昇したフェリ磁性体層の保磁力が磁気記録媒体44からの漏洩磁界よりも小さくなり、磁気記録媒体44からの漏洩磁界を検出して磁化反転するが、素子エッジ部(図13における磁化自由層(フェリ磁性体層35、高透磁率層38及び面内磁化層37)と絶縁体39との接触部分の近傍領域の磁化自由層側部分)では、素子中心部よりも温度が低いために、フェリ磁性体層35の保磁力が磁気記録媒体44からの漏洩磁界よりも大きく、漏洩磁界による磁化反転を起こさない。すなわち、素子エッジ部において隣接トラックの信号を読み出すことが無い。このようにして、素子幅WEよりも小さなトラック幅に対する信号検出が可能な素子となっている。 On the other hand, in Sample 1, a high output voltage was maintained even with a track width smaller than the element width W E , and an output voltage could be obtained even with a track width of 0.2 μm. This is because, in sample 1, since the large magnetic resistance effect only near the element central portion which is heated by the laser light irradiation occurs, the leak magnetic field from the adjacent tracks even in a small track width than the element width W E This is because it is not detected. That is, in the vicinity of the central portion of the magnetoresistive effect element of Sample 1, the coercive force of the ferrimagnetic material layer whose temperature has been increased by laser light irradiation becomes smaller than the leakage magnetic field from the magnetic recording medium 44, and leakage from the magnetic recording medium 44. Magnetization reversal is detected by detecting a magnetic field, but the region near the contact portion between the element edge portion (the magnetization free layer (ferrimagnetic layer 35, high permeability layer 38 and in-plane magnetization layer 37) in FIG. In the magnetization free layer side portion), since the temperature is lower than the center portion of the element, the coercive force of the ferrimagnetic layer 35 is larger than the leakage magnetic field from the magnetic recording medium 44, and magnetization reversal due to the leakage magnetic field does not occur. That is, the signal of the adjacent track is not read at the element edge portion. In this way, the element can detect a signal with respect to a track width smaller than the element width W E.

以上のように、本実施例の磁気抵抗効果素子を用いれば、素子幅によらず、加熱手段によってフェリ磁性体層35の保磁力が磁気記録媒体44からの漏洩磁界よりも小さくなる温度以上に加熱された領域の幅で分解能が決定される。従って、素子幅、すなわち磁化自由層の幅よりも狭いトラック幅に対する信号検出が可能であり、また、媒体の高密度化に伴ってトラック幅が狭くなっても、微細加工のみによって素子幅をトラック幅以下に抑える必要がなく、素子の加工が容易になる。さらに、磁気抵抗効果素子42の中心部のみで磁化情報を検出することから、素子エッジ部で発生する閉磁路や永久磁石41に固着されて反転しにくくなった磁化が再生特性に与える影響を抑制できる。   As described above, when the magnetoresistive effect element of this embodiment is used, the coercive force of the ferrimagnetic layer 35 is not less than the temperature at which the coercive force of the ferrimagnetic layer 35 is smaller than the leakage magnetic field from the magnetic recording medium 44 by the heating means, regardless of the element width. The resolution is determined by the width of the heated area. Therefore, it is possible to detect a signal with respect to the element width, that is, the track width narrower than the width of the magnetization free layer, and even if the track width becomes narrower as the medium becomes higher in density, the element width can be tracked only by microfabrication. It is not necessary to keep the width below, and the device can be easily processed. Furthermore, since the magnetization information is detected only at the central portion of the magnetoresistive effect element 42, the influence of the closed magnetic path generated at the element edge portion and the magnetization fixed to the permanent magnet 41 and difficult to reverse on the reproduction characteristics is suppressed. it can.

なお、本実施例では、0.4μmの素子幅で磁気抵抗効果素子の特性を比較した結果を示したが、より狭いトラック幅においても、原理的に本実施例の磁気抵抗効果素子の方が素子幅WEよりも狭いトラック幅に記録された磁気記録情報を再生できることは明らかである。 In this example, the result of comparing the characteristics of the magnetoresistive effect element with an element width of 0.4 μm was shown. However, even in a narrower track width, the magnetoresistive effect element of this example is theoretically more effective. it is clear that can reproduce magnetic information recorded in narrow track width than the element width W E.

また、本実施例で用いた波長405nmの光ビームを用い、開口数NAが0.65の光学系で集光照射した場合、スポット径(1/e2:eは自然対数の底))は0.5μm程度であり、本実施例で用いた素子幅WEよりも大きい。しかしながら、本発明の磁気抵抗効果素子は、光ビームが当たった領域のうち、中心付近の温度上昇した部分、すなわち、本実施例においては、150℃近傍以上に昇温された部分のみで記録媒体からの漏洩磁界を検出することができる。このように、光ビームのスポット径は必ずしも素子幅WEよりも小さい必要はなく、スポット径以下の分解能で記録情報の再生が行えるとともに、レーザー光の照射強度を変化させることによって、再生分解能を制御できる。 In addition, when a light beam having a wavelength of 405 nm used in this example is used and condensed and irradiated by an optical system having a numerical aperture NA of 0.65, the spot diameter (1 / e 2 : e is the base of natural logarithm)) is It is about 0.5 μm, which is larger than the element width W E used in this example. However, the magnetoresistive effect element of the present invention has a recording medium only in a portion where the temperature is increased near the center, that is, a portion where the temperature is raised to about 150 ° C. or higher in this embodiment. The leakage magnetic field from can be detected. Thus, the spot diameter of the light beam is not necessarily smaller than the element width W E, together capable of reproducing recorded information at a resolution of under spot diameter or less, by varying the irradiation intensity of the laser beam, the reproducing resolution Can be controlled.

また、本実施例では、素子加熱手段として再生用磁気センサーと別個に配置された光ビームを加熱手段の一例として示したが、素子加熱手段はこれに限るものではなく、例えば、磁気抵抗効果素子と一体に形成された半導体レーザー光源を用いてもよく、近接場光を発生する微小開口や微小突起形状を有する開口を再生用磁気センサーに一体形成しておき、半導体レーザー光源から発せられた光を、微小開口や微小突起形状を有する開口に照射することで生じる近接場光でもって磁気抵抗効果素子を加熱しても構わない。後述する実施例8においても同様である。   In the present embodiment, the light beam arranged separately from the reproducing magnetic sensor as the element heating means is shown as an example of the heating means. However, the element heating means is not limited to this, for example, a magnetoresistive effect element. A semiconductor laser light source formed integrally with the light source may be used, and a microscopic aperture that generates near-field light or a microprojection-shaped aperture is formed integrally with the magnetic sensor for reproduction, and light emitted from the semiconductor laser light source The magnetoresistive effect element may be heated with near-field light generated by irradiating a fine opening or an opening having a fine protrusion shape. The same applies to Example 8 described later.

近接場光を発生するのに利用される微小開口や微小突起形状を有する開口は、光源波長よりも小さいサイズで形成され、光源波長よりもさらに小さな光スポット径を実現できる。これによって極めて高い分解能でもって媒体の記録情報を再生できる。具体的には、例えばFIB(Focused Ion Beam)を用いたエッチングによって金属板に形成された100nm以下の微小開口(図16(a)、(b)参照:)又は微小突起形状を有する開口(図16(c)、(d)参照)を再生用磁気センサー50上に形成できる。ここに紙面奥行き方向に平行レーザー光を照射すれば100nm以下のスポット径が実現でき、同等サイズ又はそれ以下の加熱昇温領域43が形成可能であるため、本発明の磁気抵抗効果素子および再生用磁気センサーに好適な加熱手段となる。さらには、素子局所加熱源として、ヒータに代表されるような、光以外の加熱源を用いても構わない。後述する実施例8においても同様である。なお、図16(a)〜(d)においては、各図の斜線部分が金属マスクを表しており、斜線のない部分は何もないか、透過性の基体(例えば石英やガラス)である。   A microscopic aperture or a microprojection-shaped aperture used for generating near-field light is formed with a size smaller than the light source wavelength, and a light spot diameter smaller than the light source wavelength can be realized. As a result, the recorded information on the medium can be reproduced with extremely high resolution. Specifically, for example, a fine opening of 100 nm or less (see FIGS. 16A and 16B) formed in a metal plate by etching using FIB (Focused Ion Beam) or an opening having a fine protrusion shape (see FIG. 16 (c), (d)) can be formed on the reproducing magnetic sensor 50. If a parallel laser beam is irradiated here in the depth direction of the paper, a spot diameter of 100 nm or less can be realized, and a heating temperature raising region 43 of the same size or less can be formed. It becomes a heating means suitable for a magnetic sensor. Furthermore, a heat source other than light, such as a heater, may be used as the element local heat source. The same applies to Example 8 described later. In FIGS. 16A to 16D, the hatched portion in each figure represents a metal mask, and the portion without the hatched line is nothing or is a transparent substrate (for example, quartz or glass).

また、磁気抵抗効果素子42の加熱方法は、本実施例のように加熱手段が磁気記録媒体44を加熱した輻射熱によって二次的に磁気抵抗効果素子42の中心部が加熱されるものであってもよく、又は、加熱手段が磁気抵抗効果素子42を直接加熱する方法であってもよく、さらにはその両方を用いるものであっても構わない。後述する実施例8においても同様である。   Further, the heating method of the magnetoresistive effect element 42 is such that the central portion of the magnetoresistive effect element 42 is secondarily heated by the radiant heat generated by the heating means heating the magnetic recording medium 44 as in this embodiment. Alternatively, the heating means may be a method of directly heating the magnetoresistive effect element 42, or both of them may be used. The same applies to Example 8 described later.

本実施例に示した再生用磁気センサー50は、これと一体化して記録用磁気ヘッドを形成しても構わない。後述する実施例8においても同様である。   The reproducing magnetic sensor 50 shown in this embodiment may be integrated with this to form a recording magnetic head. The same applies to Example 8 described later.

また、本実施例では、集光したレーザー光を再生用磁気センサー50端部に照射し、磁気抵抗効果素子42の中心近傍(トラック幅方向の中心近傍)の領域を加熱したが、このほかにも、集光したレーザー光を再生用磁気センサー50端部近傍の磁気記録媒体44に照射し、磁気記録媒体44を加熱して、その輻射熱で磁気抵抗効果素子42の中心近傍の領域を加熱しても構わない。このとき、磁気記録媒体44は、図14に示す媒体移動方向に移動しており、加熱昇温領域43は加熱手段によって加熱された直後に、再生用磁気センサー50の下を通過する。これによって効率的に輻射熱が再生用磁気センサー50(より具体的には磁気抵抗効果素子42)の中心部を局所加熱することができる。後述する実施例8においても同様である。   In the present embodiment, the end of the reproducing magnetic sensor 50 is irradiated with the focused laser beam, and the region near the center of the magnetoresistive effect element 42 (near the center in the track width direction) is heated. Also, the focused laser beam is irradiated onto the magnetic recording medium 44 near the end of the reproducing magnetic sensor 50, the magnetic recording medium 44 is heated, and the region near the center of the magnetoresistive effect element 42 is heated by the radiant heat. It doesn't matter. At this time, the magnetic recording medium 44 is moving in the medium moving direction shown in FIG. 14, and the heating temperature raising region 43 passes under the reproducing magnetic sensor 50 immediately after being heated by the heating means. Thus, the radiant heat can efficiently locally heat the central portion of the reproducing magnetic sensor 50 (more specifically, the magnetoresistive effect element 42). The same applies to Example 8 described later.

また、本実施例で示した再生用磁気センサー50の磁気記録媒体44と対向する対向面には、磁気記録媒体44との擦れによる摩耗を防ぐ目的や、磁気抵抗効果素子42の特性が酸化によって劣化することを防ぐ目的で、保護膜が形成されても良い。後述する実施例8においても同様である。   Further, on the facing surface of the reproducing magnetic sensor 50 shown in the present embodiment facing the magnetic recording medium 44, the purpose of preventing wear due to rubbing with the magnetic recording medium 44 and the characteristics of the magnetoresistive effect element 42 are oxidized. A protective film may be formed for the purpose of preventing deterioration. The same applies to Example 8 described later.

(実施例8)
次に、本発明に係る実施例8を以下に示す。本実施例では、実施例7において磁気記録媒体54に用いたCoCrPtBグラニュラー媒体に代わり、1.2mm厚のガラス基板上に、Alを5nm、TbFeCoを50nm、AlNを2nm、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)を2nmの膜厚でそれぞれ形成した希土類遷移金属垂直磁気記録媒体を用い、トラック幅WTに対する信号出力を調べた。なお、磁気記録媒体44以外については実施例7と同一の部材および測定方法を用いた。
(Example 8)
Next, Example 8 according to the present invention will be described below. In this example, instead of the CoCrPtB granular medium used for the magnetic recording medium 54 in Example 7, Al was 5 nm, TbFeCo was 50 nm, AlN was 2 nm, and DLC (diamond-like carbon) on a 1.2 mm thick glass substrate. The signal output with respect to the track width W T was examined using rare earth transition metal perpendicular magnetic recording media each having a thickness of 2 nm. The members and measurement methods identical to those in Example 7 were used except for the magnetic recording medium 44.

本実施例で用いた磁気記録媒体はTbFeCoの組成が室温で補償温度(Tcomp)近傍となるように設定されており、室温下ではほとんど漏洩磁界が出ないが、室温よりも高くキュリー温度以下の温度では漏洩磁界を生じる磁気記録媒体である。上記磁気記録媒体は、室温での保磁力が大きく記録用磁気ヘッドのみでは記録できないため、予めレーザー光を照射して媒体をキュリー温度以上に昇温しておき、記録用磁気ヘッド(図示しない)を用いて外部磁界を掛け、トラック幅WTを変化させて記録マークを形成しておいた。垂直磁気記録媒体に記録されたトラック幅WTは、磁気力顕微鏡(MFM:Magnetic Force Microscope)を用いて観察して同定した。実施例7と同様の方法で測定した、磁気記録媒体に記録された磁気記録情報のトラック幅に対する出力電圧の結果を実施例7の出力電圧の結果とともに図17に示す。 The magnetic recording medium used in this example is set so that the composition of TbFeCo is in the vicinity of the compensation temperature (T comp ) at room temperature, and almost no leakage magnetic field is generated at room temperature, but is higher than room temperature and below the Curie temperature. It is a magnetic recording medium that generates a leakage magnetic field at a temperature of. Since the magnetic recording medium has a large coercive force at room temperature and cannot be recorded only by a recording magnetic head, the medium is heated in advance to a temperature above the Curie temperature by irradiation with a laser beam, and a recording magnetic head (not shown) multiplied by the external magnetic field with and allowed to form a recording mark by changing the track width W T. Track width W T recorded on the perpendicular magnetic recording medium, a magnetic force microscope (MFM: Magnetic Force Microscope) was identified by observing with. FIG. 17 shows the result of the output voltage with respect to the track width of the magnetic recording information recorded on the magnetic recording medium, measured by the same method as in Example 7, together with the result of the output voltage of Example 7.

図17に示すように、本実施例では、実施例7に比べてさらに狭いトラック幅まで信号出力が得られ、トラック幅方向の再生分解能がさらに高まっていることがわかる。これは、実施例7と同様に、本発明の磁気抵抗効果素子42の中心部近傍が加熱され、再生用磁気センサー50のトラック幅方向の分解能が高まったことに加えて、本実施例では、磁気記録媒体が室温ではほとんど漏洩磁界を出さず、高温下でのみ漏洩磁界を生じる媒体であるために、加熱手段によって加熱昇温領域43が形成されたトラック中心近傍の磁化のみが漏洩磁界を発したことによって、隣接するトラックからの漏れ込み磁界がより一層検出されにくくなったことによるものである。このように、磁気抵抗効果素子42および再生用磁気センサー50は、磁気記録媒体として、温度によって漏洩磁界の大きさが変化する磁気記録媒体、具体的には例えば、希土類遷移金属合金を用いた磁気記録媒体と共に用いることがより望ましい。上記温度によって漏洩磁界の大きさが変化する磁気記録媒体と共に用いることで、より高い分解能で磁気記録情報を再生することが可能となる。   As shown in FIG. 17, in this embodiment, it is understood that a signal output is obtained up to a narrower track width than in the seventh embodiment, and the reproduction resolution in the track width direction is further increased. This is because, in the same way as in the seventh embodiment, the central portion of the magnetoresistive effect element 42 of the present invention is heated and the resolution in the track width direction of the reproducing magnetic sensor 50 is increased. Since the magnetic recording medium hardly generates a leakage magnetic field at room temperature and generates a leakage magnetic field only at a high temperature, only the magnetization in the vicinity of the track center where the heating temperature raising region 43 is formed by the heating means generates the leakage magnetic field. This is because the leakage magnetic field from the adjacent track is more difficult to detect. As described above, the magnetoresistive effect element 42 and the reproducing magnetic sensor 50 are magnetic recording media in which the magnitude of the leakage magnetic field changes depending on the temperature, specifically, for example, a magnet using a rare earth transition metal alloy. It is more desirable to use with a recording medium. When used together with a magnetic recording medium in which the magnitude of the leakage magnetic field changes depending on the temperature, magnetic recording information can be reproduced with higher resolution.

なお、実施例7および8で用いた再生用磁気センサー50とほぼ同構成の再生用磁気センサーについて、加熱源にレーザー光源を用いる場合にさらに好適な配置を以下に開示する。実施例7および実施例8では、図14に示すように磁気記録媒体54の対向面に対して磁気抵抗効果素子42の積層方向を垂直に配置する例を示したが、本実施例では、図18に示すように、磁気記録媒体54の対向面に対して磁気抵抗効果素子52を斜めに配置した再生用磁気センサー60の例を示す。   In addition, regarding a reproducing magnetic sensor having substantially the same configuration as the reproducing magnetic sensor 50 used in Examples 7 and 8, a more preferable arrangement when a laser light source is used as a heating source will be disclosed below. In the seventh and eighth embodiments, as shown in FIG. 14, the example in which the stacking direction of the magnetoresistive effect element 42 is arranged perpendicular to the facing surface of the magnetic recording medium 54 is shown. 18 shows an example of a reproducing magnetic sensor 60 in which the magnetoresistive effect element 52 is disposed obliquely with respect to the facing surface of the magnetic recording medium 54.

図14に示すように、磁気記録媒体54の対向面に対して磁気抵抗効果素子52の層形成面を垂直に配置する方式では再生用磁気センサー60のごく近傍にレーザー光源から発せられた光ビームを照射し、加熱昇温領域53を形成しようとすると、再生用磁気センサー60が光ビーム経路の一部に干渉しやすくなり、加熱昇温領域53における光量を減少させずに照射することが難しい。このような光ビーム経路への再生用磁気センサー60の干渉は、特に光ビームをレンズで集光する系において起こり易く、さらに高い開口数(NA)の光学系を用いて集光するほど(光ビームを小さく絞り込むほど)顕著となる。   As shown in FIG. 14, in the system in which the layer forming surface of the magnetoresistive element 52 is arranged perpendicular to the opposing surface of the magnetic recording medium 54, a light beam emitted from a laser light source is very close to the reproducing magnetic sensor 60. When the heating temperature raising region 53 is formed, the reproducing magnetic sensor 60 easily interferes with a part of the light beam path, and it is difficult to irradiate without reducing the amount of light in the heating temperature raising region 53. . Such interference of the reproducing magnetic sensor 60 with the light beam path is likely to occur particularly in a system for condensing the light beam with a lens, and the light is condensed using an optical system having a higher numerical aperture (NA) (light It becomes more noticeable as the beam is narrowed down.

そこで、図18のように磁気抵抗効果素子52の積層方向に垂直な面を磁気記録媒体54表面に対して傾けて配置すれば光ビームの径路を再生用磁気センサー60が干渉せず、磁気記録媒体54の真上から光ビームを照射しても加熱昇温領域53における光量の減少を防ぐことができる。   Therefore, if the surface perpendicular to the stacking direction of the magnetoresistive element 52 is inclined with respect to the surface of the magnetic recording medium 54 as shown in FIG. 18, the reproducing magnetic sensor 60 does not interfere with the path of the light beam, and the magnetic recording is performed. Even if the light beam is irradiated from directly above the medium 54, it is possible to prevent a decrease in the amount of light in the heating temperature raising region 53.

さらには、図14のように磁気抵抗効果素子42の層形成面を磁気記録媒体44の対向面に対して垂直に配置する場合に比べて、加熱昇温領域53近傍における再生用磁気センサー60の厚みを薄くできる。すなわち、光ビームを照射した際の再生用磁気センサー60の加熱効率を高めることができる。   Furthermore, as compared with the case where the layer forming surface of the magnetoresistive effect element 42 is arranged perpendicular to the opposing surface of the magnetic recording medium 44 as shown in FIG. The thickness can be reduced. That is, the heating efficiency of the reproducing magnetic sensor 60 when the light beam is irradiated can be increased.

なお、本発明の磁気抵抗効果素子の分解能は、素子幅によらず、加熱手段によって一定温度以上に加熱された領域の大きさで決まるため、磁気抵抗効果素子を図14、図18のように、磁気記録媒体の対向面に対して垂直および斜めに配置した状態で、磁気記録媒体のトラック長さ方向に磁気抵抗効果素子の素子幅方向を、トラック幅方向に磁気抵抗効果素子の膜厚方向を対応させて(媒体対向面で90度回転させた方向に)再生用磁気センサー50、60を配置して用いることも可能である。   The resolution of the magnetoresistive effect element of the present invention is determined by the size of the region heated to a certain temperature or higher by the heating means, regardless of the element width. Therefore, the magnetoresistive effect element is as shown in FIGS. The element width direction of the magnetoresistive effect element in the track length direction of the magnetic recording medium and the film thickness direction of the magnetoresistive effect element in the track width direction in a state of being arranged perpendicularly and obliquely to the facing surface of the magnetic recording medium It is also possible to arrange and use the reproducing magnetic sensors 50 and 60 in correspondence with each other (in the direction rotated 90 degrees on the medium facing surface).

(実施例9)
次に、本発明に係る実施例9を以下に示す。図19に本実施例の磁気記録再生ヘッドを示す。図19に示した磁気記録再生ヘッド71は、磁気記録媒体が回転移動した際に発生する空気流によって磁気記録再生ヘッド71を浮上させるためのエアベアリング面72が加工されたアルチック(Al23・TiC)等からなるヘッド基体73上に、下部磁気シールド74、光導波路75、磁気抵抗効果素子70、絶縁層76、上部磁気シールド77が順に形成され、さらに、磁気記録媒体に情報を記録するための薄膜コイル78と磁極79が形成されたものである。また、磁気記録再生ヘッド71上部には、光導波路75と接して、透明誘電体膜80と面発光レーザー光源81が形成されている。なお、磁気抵抗効果素子70は、上述の実施形態及び実施例に示した磁気抵抗効果素子のいずれか一つである。
Example 9
Next, Example 9 according to the present invention will be described below. FIG. 19 shows a magnetic recording / reproducing head of this example. The magnetic recording / reproducing head 71 shown in FIG. 19 has an AlTiC (Al 2 O 3) in which an air bearing surface 72 for floating the magnetic recording / reproducing head 71 by an air flow generated when the magnetic recording medium rotates is processed. A lower magnetic shield 74, an optical waveguide 75, a magnetoresistive effect element 70, an insulating layer 76, and an upper magnetic shield 77 are formed in this order on a head substrate 73 made of TiC), and further, information is recorded on a magnetic recording medium. For this purpose, a thin film coil 78 and a magnetic pole 79 are formed. A transparent dielectric film 80 and a surface emitting laser light source 81 are formed on the magnetic recording / reproducing head 71 in contact with the optical waveguide 75. The magnetoresistive effect element 70 is any one of the magnetoresistive effect elements shown in the above embodiment and examples.

本実施例の磁気記録再生ヘッドでは、磁気記録媒体に垂直磁気記録を行うために、上部磁気シールド77は磁極79から発せられた磁界が磁気記録媒体から戻る戻り磁極の役割も兼ねる。また、面発光レーザー光源81には例えば波長が405nm近傍のレーザー光を発するGaN系の面発光レーザー光源を用いる。   In the magnetic recording / reproducing head of this embodiment, in order to perform perpendicular magnetic recording on the magnetic recording medium, the upper magnetic shield 77 also serves as a return magnetic pole from which the magnetic field emitted from the magnetic pole 79 returns from the magnetic recording medium. As the surface emitting laser light source 81, for example, a GaN surface emitting laser light source that emits laser light having a wavelength of around 405 nm is used.

なお、本実施例の磁気記録再生ヘッド71は以下の手順で形成される。まず、アルチック(Al23・TiC)からなるヘッド基体73上に、スパッタ法又はメッキ法によって、NiFeからなる下部磁気シールド74を膜厚1μmから3μmで形成する。 The magnetic recording / reproducing head 71 of this embodiment is formed by the following procedure. First, a lower magnetic shield 74 made of NiFe is formed with a film thickness of 1 μm to 3 μm on a head base 73 made of AlTiC (Al 2 O 3 .TiC) by sputtering or plating.

続いて、光導波路75として透明高屈折率材料を、スパッタ法を用いて膜厚100nmから400nm程度で形成する。上記透明高屈折材料としては、例えばZnO,ZnS,TiO2,PbTiO2,Pb34,PbCrO4,Cr23,ZrOから選ばれる材料を選択することができる。上記光導波路75の膜厚dは光源として使用する面発光レーザー光源81の波長λと光導波路75に用いる材料の屈折率nから算出し、d≧λ/nとすることが望ましい。これによって、光導波路75中での光の減衰を抑制することができる。例えば屈折率nが2.37のZnSを用い、光源波長λを405nmとする場合には、光導波路75の膜厚dは170nm以上とすることが望ましい。 Subsequently, a transparent high refractive index material is formed as the optical waveguide 75 with a film thickness of about 100 nm to 400 nm by sputtering. As the transparent highly refractive material, for example, a material selected from ZnO, ZnS, TiO 2 , PbTiO 2 , Pb 3 O 4 , PbCrO 4 , Cr 2 O 3 , and ZrO can be selected. The film thickness d of the optical waveguide 75 is preferably calculated from the wavelength λ of the surface emitting laser light source 81 used as the light source and the refractive index n of the material used for the optical waveguide 75, and d ≧ λ / n. Thereby, attenuation of light in the optical waveguide 75 can be suppressed. For example, when ZnS having a refractive index n of 2.37 is used and the light source wavelength λ is 405 nm, the film thickness d of the optical waveguide 75 is preferably 170 nm or more.

ここで図20は図19の磁気記録再生ヘッドのA−A矢視断面図である。図20に示すように、光導波路75は膜形成後に、下部が細くなるように加工を施す。具体的には、光導波路75上にレジストパターンを形成し、光導波路75を残す領域以外の領域をエッチング処理やミリング処理を施すことで除去する。   Here, FIG. 20 is a cross-sectional view of the magnetic recording / reproducing head of FIG. As shown in FIG. 20, after the film is formed, the optical waveguide 75 is processed so that the lower part becomes thinner. Specifically, a resist pattern is formed on the optical waveguide 75, and regions other than the region where the optical waveguide 75 is left are removed by performing an etching process or a milling process.

図20に示す光導波路75の幅は、光導波路75の上部では面発光レーザー光源81からの光が効率良く伝播するように1μmから2μm程度と広く、下部では光の絞込みを行うとともに後に形成される磁気抵抗効果素子70を加熱する熱を発生するようにλ/n以下に細く形成されている。   The width of the optical waveguide 75 shown in FIG. 20 is as wide as about 1 μm to 2 μm so that the light from the surface emitting laser light source 81 propagates efficiently in the upper part of the optical waveguide 75, and the light is narrowed and formed later in the lower part. In order to generate heat for heating the magnetoresistive effect element 70, the magnetoresistive effect element 70 is thinned to λ / n or less.

光導波路75下部は、その幅が、磁気抵抗効果素子70が読み出そうとする記録ビットの幅以下のサイズとなるように加工される。磁気抵抗効果素子70は、磁気抵抗効果素子70が加熱されて保磁力が小さくなった領域の幅で、トラック幅方向の再生分解能が決まるため、光導波路75下部の幅が、磁気記録再生ヘッド71のトラック幅方向の再生分解能を決定する。   The lower portion of the optical waveguide 75 is processed so that its width is equal to or smaller than the width of the recording bit to be read by the magnetoresistive element 70. Since the magnetoresistive effect element 70 has a width of a region where the coercive force is reduced by heating the magnetoresistive effect element 70 and the reproduction resolution in the track width direction is determined, the width below the optical waveguide 75 is the magnetic recording / reproducing head 71. The playback resolution in the track width direction is determined.

なお、光導波路75に導入された光は、光の絞込みを行った領域で全てが熱に変換されて磁気抵抗効果素子70を加熱してもよく、一部が下端から磁気記録媒体に照射され、磁気記録媒体を加熱するとともに、その輻射熱で磁気抵抗効果素子70を加熱しても構わない。   It should be noted that the light introduced into the optical waveguide 75 may be entirely converted into heat in the region where the light is narrowed down to heat the magnetoresistive effect element 70, and a part of the light is irradiated onto the magnetic recording medium from the lower end. In addition to heating the magnetic recording medium, the magnetoresistive element 70 may be heated by the radiant heat.

続いて、エッチング工程で光導波路75が除去された領域の下部磁気シールド74上に、光導波路75の材料よりも屈折率の低い絶縁体82(図20参照)を光導波路75と同じ高さまでスパッタ法で形成してレジストを除去し、表面を平らにする。ここで、絶縁体82を光導波路75の材料よりも屈折率の低い材料で形成することによって、光導波路75を伝播する光が絶縁体82との界面で全反射し、絶縁体82に光が漏れ出すことを防ぐことができる。絶縁体82にはAl23やSiO2を用いることができる。 Subsequently, an insulator 82 (see FIG. 20) having a lower refractive index than the material of the optical waveguide 75 is sputtered to the same height as the optical waveguide 75 on the lower magnetic shield 74 in the region where the optical waveguide 75 has been removed by the etching process. The resist is removed by the method, and the surface is flattened. Here, by forming the insulator 82 with a material having a lower refractive index than the material of the optical waveguide 75, the light propagating through the optical waveguide 75 is totally reflected at the interface with the insulator 82, and the light is transmitted to the insulator 82. Leakage can be prevented. For the insulator 82, Al 2 O 3 or SiO 2 can be used.

続いて、磁気抵抗効果素子70を形成し、Al23やSiO2からなる絶縁層76とNiFeからなる上部磁気シールド77とを順に形成する。絶縁層76はスパッタ法を用いて20nmから100nm程度の膜厚で形成する。上部磁気シールド77はスパッタ法又はメッキ法を用いて1μmから3μmの膜厚で形成する。 Subsequently, a magnetoresistive element 70 is formed, and an insulating layer 76 made of Al 2 O 3 or SiO 2 and an upper magnetic shield 77 made of NiFe are formed in order. The insulating layer 76 is formed with a film thickness of about 20 nm to 100 nm by sputtering. The upper magnetic shield 77 is formed with a film thickness of 1 μm to 3 μm using a sputtering method or a plating method.

続いて、Al23やSiO2からなる絶縁体83を形成した後、磁気抵抗効果素子70の露出側から、レジストパターンとメッキ法を用いてCuやAuからなる薄膜コイル78を膜厚1μmから3μmで形成する。薄膜コイル78上に、さらに絶縁体83を形成した後、エッチングによって薄膜コイル78中心部に上部磁気シールド77に達するコンタクトホールを形成し、NiFeからなる磁極79をスパッタ法で形成する。 Subsequently, after an insulator 83 made of Al 2 O 3 or SiO 2 is formed, a thin film coil 78 made of Cu or Au is formed with a film thickness of 1 μm from the exposed side of the magnetoresistive effect element 70 using a resist pattern and a plating method. To 3 μm. After further forming an insulator 83 on the thin film coil 78, a contact hole reaching the upper magnetic shield 77 is formed at the center of the thin film coil 78 by etching, and a magnetic pole 79 made of NiFe is formed by sputtering.

続いてエッチングによって磁極79の幅を記録しようとするトラック幅に加工した後、絶縁体83をさらに形成して磁極79の側面を覆う。このようにして再生部と記録部が形成されたヘッド基体73上部に、光導波路75と接するように透明誘電体膜80を形成する。透明誘電体膜80には、光導波路75と同一の材料を、ヘッド基体73上部の一部分又は全面に膜厚100nmから400nm程度で形成する。   Subsequently, after processing the width of the magnetic pole 79 into a track width to be recorded by etching, an insulator 83 is further formed to cover the side surface of the magnetic pole 79. A transparent dielectric film 80 is formed on the head base 73 on which the reproducing unit and the recording unit are formed in this manner so as to be in contact with the optical waveguide 75. On the transparent dielectric film 80, the same material as that of the optical waveguide 75 is formed with a film thickness of about 100 nm to 400 nm on a part of or the entire upper surface of the head base 73.

続いて透明誘電体膜80上に面発光レーザー光源81を取り付けて、磁気記録再生ヘッド71が完成する。   Subsequently, a surface emitting laser light source 81 is attached on the transparent dielectric film 80 to complete the magnetic recording / reproducing head 71.

なお、本実施形態では、面発光レーザー光源81を用いたが、端面発光レーザー光源を用いても構わない。また、本実施の形態では、面発光レーザー光源81を磁気記録再生ヘッド71と一体形成する例を示したが、図24に示す、サスペンションアーム133上に面発光レーザー光源81または端面発光レーザー光源を形成し、導波路を用いて磁気記録再生ヘッド71に光を引き込む形態であっても構わない。   In the present embodiment, the surface emitting laser light source 81 is used, but an edge emitting laser light source may be used. In this embodiment, the surface emitting laser light source 81 is integrally formed with the magnetic recording / reproducing head 71. However, the surface emitting laser light source 81 or the edge emitting laser light source is provided on the suspension arm 133 shown in FIG. It is also possible to form the magnetic recording / reproducing head 71 by using a waveguide.

(実施例10)
次に、本発明に係る実施例10を以下に示す。図21は、実施例10に係る光(熱)アシスト磁気記録に好適な磁気記録再生ヘッドを開示する。本実施例の磁気記録再生ヘッド91は、実施例9に示した磁気記録再生ヘッド71の構成に加え、記録を行うための磁極99と絶縁体102との間に光導波路103が形成された構成となっている。その他実施例9における符号82〜93の部位と実施例10における符号102〜113の部位とはそれぞれ順に同構成の部位であるので、その説明を省略することがある。
(Example 10)
Next, Example 10 according to the present invention will be described below. FIG. 21 discloses a magnetic recording / reproducing head suitable for optical (thermal) -assisted magnetic recording according to the tenth embodiment. The magnetic recording / reproducing head 91 of this embodiment has a configuration in which an optical waveguide 103 is formed between the magnetic pole 99 for recording and the insulator 102 in addition to the configuration of the magnetic recording / reproducing head 71 shown in the ninth embodiment. It has become. In addition, since the part of the codes | symbols 82-93 in Example 9 and the part of the codes | symbols 102-113 in Example 10 are the parts of the same structure in order, the description may be abbreviate | omitted.

光導波路103は面発光レーザー光源101からの光を磁極99の近傍から磁気記録媒体に向かって照射するためのものであって、磁気記録媒体を加熱昇温し、磁気記録媒体の保磁力を低下させることで低磁界記録を可能にする、いわゆる光(熱)アシスト記録を行うためのものである。光導波路103に用いる材料および形成方法は実施例9に示した光導波路85と同一のものである。   The optical waveguide 103 is for irradiating light from the surface emitting laser light source 101 toward the magnetic recording medium from the vicinity of the magnetic pole 99, and heats the magnetic recording medium to reduce the coercive force of the magnetic recording medium. This is for performing so-called light (heat) assist recording, which enables low magnetic field recording. The material and the forming method used for the optical waveguide 103 are the same as those of the optical waveguide 85 shown in the ninth embodiment.

本実施例の磁気記録再生ヘッド111の製造工程は、磁極99を形成するところまで実施例9に示した磁気記録再生ヘッド71の製造工程と同一であるが、磁極99を形成した後、光導波路103をスパッタ法によって形成し、光導波路95と同様に下部が細く(実施例9の図20の光導波路75と同様の形状)なるように加工する。このとき、光導波路103下端の幅を光源である面発光レーザー光源101の波長より小さく(望ましくは100nm以下に)しておけば、光導波路103下端から磁気記録媒体に向かって近接場光(エバネッセント光)を照射することができ、光源波長よりも小さな領域を加熱できるので、高い分解能で磁気情報の記録を行うことができる。   The manufacturing process of the magnetic recording / reproducing head 111 of the present embodiment is the same as the manufacturing process of the magnetic recording / reproducing head 71 shown in the ninth embodiment until the magnetic pole 99 is formed. 103 is formed by a sputtering method, and is processed so that the lower part is thin (the same shape as the optical waveguide 75 of FIG. 20 of the ninth embodiment) as with the optical waveguide 95. At this time, if the width of the lower end of the optical waveguide 103 is made smaller than the wavelength of the surface-emitting laser light source 101 as a light source (preferably 100 nm or less), near-field light (evanescent light) from the lower end of the optical waveguide 103 toward the magnetic recording medium. Light) and a region smaller than the light source wavelength can be heated, so that magnetic information can be recorded with high resolution.

光導波路103を加工形成した後、絶縁体102をさらに形成して光導波路103の側面を覆う。このようにして再生部と記録部が形成されたヘッド基体93上部に、光導波路95と光導波路103とがともに接するように透明誘電体膜100を形成する。透明誘電体膜100には、光導波路95および光導波路103と同一の材料を、ヘッド基体93上部の一部分又は全面に膜厚100nmから400nm程度で形成する。   After the optical waveguide 103 is processed and formed, an insulator 102 is further formed to cover the side surface of the optical waveguide 103. The transparent dielectric film 100 is formed on the head base 93 on which the reproducing unit and the recording unit are formed in this manner so that the optical waveguide 95 and the optical waveguide 103 are in contact with each other. On the transparent dielectric film 100, the same material as that of the optical waveguide 95 and the optical waveguide 103 is formed with a film thickness of about 100 nm to 400 nm on a part or the entire surface of the head base 93.

続いて透明誘電体膜100上に面発光レーザー光源101を取り付けて、磁気記録再生ヘッド91が完成する。面発光レーザー光源101には、実施例9の面発光レーザー光源81と同様に、例えば光源波長が405nm近傍のGaN系面発光レーザー光源を用いる。   Subsequently, the surface emitting laser light source 101 is attached on the transparent dielectric film 100, and the magnetic recording / reproducing head 91 is completed. As the surface-emitting laser light source 101, for example, a GaN-based surface-emitting laser light source having a light source wavelength of about 405 nm is used in the same manner as the surface-emitting laser light source 81 of the ninth embodiment.

このようにして形成した磁気記録再生ヘッド91は、単一の光源を用いて、記録素子(磁極99)と再生素子(上述した実施形態及び実施例の磁気抵抗効果素子のいずれか1つである磁気抵抗効果素子90)との両方にごく近傍から光を供給することができる。すなわち、上述の実施形態及び実施例の磁気抵抗効果素子のいずれか1つを用いた光(熱)アシスト記録に好適な磁気記録再生ヘッドを提供できる。   The magnetic recording / reproducing head 91 formed in this way is a recording element (magnetic pole 99) and a reproducing element (one of the magnetoresistive effect elements of the above-described embodiments and examples) using a single light source. Light can be supplied from both the magnetoresistive element 90) and the vicinity. That is, it is possible to provide a magnetic recording / reproducing head suitable for light (heat) assisted recording using any one of the magnetoresistive effect elements of the above-described embodiments and examples.

なお、本実施形態では、面発光レーザー光源101を用いたが、端面発光レーザー光源を用いても構わない。また、本実施の形態では、面発光レーザー光源を磁気記録再生ヘッド91と一体形成する例を示したが、図24に示す、サスペンションアーム133上に面発光レーザー光源101または端面発光レーザー光源を形成し、導波路を用いて磁気記録再生ヘッド91に光を引き込む形態であっても構わない。   In the present embodiment, the surface emitting laser light source 101 is used, but an edge emitting laser light source may be used. In this embodiment, the surface emitting laser light source is integrally formed with the magnetic recording / reproducing head 91. However, the surface emitting laser light source 101 or the edge emitting laser light source is formed on the suspension arm 133 shown in FIG. However, it may be in a form of drawing light into the magnetic recording / reproducing head 91 using a waveguide.

(実施例11)
次に、本発明に係る実施例11を以下に示す。図22は、実施例11に係る光(熱)アシスト磁気記録に実施例10より好適な磁気記録再生ヘッドを開示する。本実施例の磁気記録再生ヘッド111は、実施例10に示した磁気記録再生ヘッド91と同様に、上述した実施形態及び実施例の磁気抵抗効果素子のいずれか1つである磁気抵抗効果素子126に隣接して光導波路115、及び、記録を行うための磁極119に隣接して光導波路123が、それぞれ形成された構成となっている。ただし、本実施例では、光導波路115と光導波路123とに光を供給する面発光レーザー光源がそれぞれ個別の面発光レーザー光源121および125となっている点が実施例9と主に異なる。なお、実施例10における符号92〜103の部位と実施例10における符号112〜123の部位とはそれぞれ順に同構成の部位であるので、その説明を省略することがある。
(Example 11)
Next, Example 11 according to the present invention will be described below. FIG. 22 discloses a magnetic recording / reproducing head more suitable than the tenth embodiment for optical (thermal) assisted magnetic recording according to the eleventh embodiment. The magnetic recording / reproducing head 111 of this example, like the magnetic recording / reproducing head 91 shown in Example 10, is a magnetoresistive effect element 126 that is one of the magnetoresistive effect elements of the above-described embodiment and examples. The optical waveguide 115 and the optical waveguide 123 adjacent to the magnetic pole 119 for recording are formed respectively. However, the present embodiment is mainly different from the ninth embodiment in that the surface emitting laser light sources that supply light to the optical waveguide 115 and the optical waveguide 123 are the individual surface emitting laser light sources 121 and 125, respectively. In addition, since the site | part of the codes | symbols 92-103 in Example 10 and the site | parts of the codes | symbols 112-123 in Example 10 are each the site | parts of the same structure in order, the description may be abbreviate | omitted.

図23は、図22の磁気抵抗効果素子のB−B矢視断面図である。上記のように、光導波路115と光導波路123とに光を供給する光源を別個にするためには、図23に示すように光導波路115と光導波路123とをずらして形成すれば良い。これに伴って、磁気抵抗効果素子126および磁極119、薄膜コイル118も中心からずれた位置に配置し、上部に形成される透明誘電体膜120および124も中心からずらし、互いに接しないように形成する。このように中心からずらして形成した透明誘電体膜120および124上に面発光レーザー光源121および125を形成すれば、個別の光源から光導波路115と光導波路123とに独立して光を供給する構成を実現できる。   23 is a cross-sectional view of the magnetoresistive effect element in FIG. As described above, in order to separate the light sources for supplying light to the optical waveguide 115 and the optical waveguide 123, the optical waveguide 115 and the optical waveguide 123 may be formed so as to be shifted as shown in FIG. Along with this, the magnetoresistive effect element 126, the magnetic pole 119, and the thin film coil 118 are also arranged at positions shifted from the center, and the transparent dielectric films 120 and 124 formed thereon are also shifted from the center so as not to contact each other. To do. If the surface emitting laser light sources 121 and 125 are formed on the transparent dielectric films 120 and 124 formed so as to be shifted from the center in this way, light is supplied independently to the optical waveguide 115 and the optical waveguide 123 from the individual light sources. The configuration can be realized.

このように、記録素子(磁極119)と再生素子(磁気抵抗効果素子126)とに別個の光源から光を供給する構成にすれば、記録素子に最適な光量と、再生素子に最適な光量とを個別に制御でき、より分解能の高い記録再生が行える磁気記録再生ヘッドを提供できる。   As described above, when light is supplied from separate light sources to the recording element (magnetic pole 119) and the reproducing element (magnetoresistance effect element 126), the optimum light quantity for the recording element and the optimum light quantity for the reproducing element Can be individually controlled, and a magnetic recording / reproducing head capable of recording / reproducing with higher resolution can be provided.

ここで面発光レーザー光源121および125には、実施例9の面発光レーザー光源81および実施例10の面発光レーザー光源101と同様に、例えば光源波長が405nm近傍のGaN系面発光レーザー光源を用いる。また、透明誘電体膜120および124には、実施例9の透明誘電体膜80や実施例10の透明誘電体膜100と同様の材料を同様の膜厚で用いることが出来る。   Here, as the surface emitting laser light sources 121 and 125, for example, a GaN-based surface emitting laser light source having a light source wavelength of about 405 nm is used as in the surface emitting laser light source 81 of the ninth embodiment and the surface emitting laser light source 101 of the tenth embodiment. . The transparent dielectric films 120 and 124 can be made of the same material as the transparent dielectric film 80 of Example 9 and the transparent dielectric film 100 of Example 10 with the same film thickness.

なお、本実施の形態では、面発光レーザー光源121,125を用いたが、端面発光レーザー光源を用いても構わない。また、本実施の形態では、面発光レーザー光源121,125を磁気記録再生ヘッド111と一体形成する例を示したが、図24に示す、サスペンションアーム133上に面発光レーザー光源121,125または端面発光レーザー光源を形成し、導波路を用いて磁気記録再生ヘッド111に光を引き込む形態であっても構わない。   In this embodiment, the surface emitting laser light sources 121 and 125 are used. However, an edge emitting laser light source may be used. In this embodiment, the surface emitting laser light sources 121 and 125 are integrally formed with the magnetic recording / reproducing head 111. However, the surface emitting laser light sources 121 and 125 or the end surfaces are formed on the suspension arm 133 shown in FIG. A light emitting laser light source may be formed and light may be drawn into the magnetic recording / reproducing head 111 using a waveguide.

(実施例12)
次に、本発明に係る実施例12を以下に示す。図24は実施例9から実施例11に示した磁気記録再生ヘッドを用いた実施例12に係る磁気情報記録再生装置の構成図を示す。
(Example 12)
Next, Example 12 according to the present invention will be described below. FIG. 24 shows a configuration diagram of a magnetic information recording / reproducing apparatus according to Example 12 using the magnetic recording / reproducing heads shown in Examples 9 to 11.

磁気情報記録再生装置130は、ボイスコイルモータ131を用いた駆動部132に取り付けられたサスペンションアーム133とサスペンションアーム先端に取り付けられた磁気記録再生ヘッド134、磁気記録媒体137、磁気記録媒体137を回転させるスピンドル135、制御回路136から成る。磁気記録再生ヘッド134には実施例9から実施例11に示した磁気記録再生ヘッド71、91および111を適用可能である。   The magnetic information recording / reproducing apparatus 130 rotates a suspension arm 133 attached to a drive unit 132 using a voice coil motor 131, a magnetic recording / reproducing head 134 attached to the tip of the suspension arm, a magnetic recording medium 137, and a magnetic recording medium 137. It comprises a spindle 135 and a control circuit 136. The magnetic recording / reproducing heads 71, 91, and 111 shown in the ninth to eleventh embodiments can be applied to the magnetic recording / reproducing head 134.

また、制御回路136には、磁気記録再生ヘッド134と信号をやり取りする信号処理装置、磁気記録再生ヘッド134に形成された光源(実施例9〜12で示した面発光レーザー光源81,101,121,125)の出力を制御する出力制御装置、および、読み出した情報を蓄積するためのメモリ装置が含まれる。   Further, the control circuit 136 includes a signal processing device for exchanging signals with the magnetic recording / reproducing head 134, a light source formed on the magnetic recording / reproducing head 134 (surface emitting laser light sources 81, 101, 121 shown in the ninth to twelfth embodiments). , 125), and a memory device for storing the read information.

次に、図24に示す磁気情報記録再生装置を用いた磁気情報再生方法の作動工程手順を図25に示す。電源が投入されると、まずスピンドル135が回転し磁気記録媒体137を回転させる(ステップS1)。続いて、磁気記録再生ヘッド134に形成された光源(面発光レーザー光源)によって磁気記録再生ヘッド134に形成された磁気抵抗効果素子の一部を直接又は、磁気記録媒体137を加熱した輻射熱で加熱する(ステップS2)。このとき制御回路136に含まれる出力制御手段は良好な再生信号品質が得られるように光源の出力を調整する。続いて、駆動部132が磁気記録再生ヘッド134を磁気記録媒体137に予め記録されているアドレス情報記録領域上に移動し、アドレス情報記録領域からの漏洩磁界を磁気記録再生ヘッド134中の磁気抵抗効果素子が検出することで、アドレス情報を読み出す(ステップS4)。さらに続いて、読み出したアドレス情報を基に、読み出そうとする磁気記録情報が記録された情報記録領域上に磁気記録再生ヘッド134を移動し(ステップS5)、情報記録領域からの漏洩磁界を磁気記録再生ヘッド134中の磁気抵抗効果素子が検出することで、磁気記録情報を読み出す(ステップS6)。そして、磁気情報の再生は終了する。   Next, FIG. 25 shows an operation process procedure of the magnetic information reproducing method using the magnetic information recording / reproducing apparatus shown in FIG. When the power is turned on, first, the spindle 135 rotates to rotate the magnetic recording medium 137 (step S1). Subsequently, a part of the magnetoresistive effect element formed on the magnetic recording / reproducing head 134 is heated by a light source (surface emitting laser light source) formed on the magnetic recording / reproducing head 134 directly or by radiant heat obtained by heating the magnetic recording medium 137. (Step S2). At this time, the output control means included in the control circuit 136 adjusts the output of the light source so as to obtain good reproduction signal quality. Subsequently, the drive unit 132 moves the magnetic recording / reproducing head 134 onto the address information recording area recorded in advance on the magnetic recording medium 137, and the leakage magnetic field from the address information recording area is changed to a magnetic resistance in the magnetic recording / reproducing head 134. The address information is read by detecting the effect element (step S4). Subsequently, based on the read address information, the magnetic recording / reproducing head 134 is moved onto the information recording area where the magnetic recording information to be read is recorded (step S5), and the leakage magnetic field from the information recording area is reduced. Magnetic recording information is read by detection by the magnetoresistive element in the magnetic recording / reproducing head 134 (step S6). Then, the reproduction of magnetic information ends.

なお、上記アドレス情報および磁気記録情報の再生時には、磁気記録再生ヘッド134中の磁気抵抗効果素子の一部は常に光源によって一定温度以上に加熱された状態にある。すなわち、アドレス情報および磁気記録情報の再生(すなわち、磁気記録媒体137からの漏洩磁界検出)に先立って光源(面発光レーザー光源)が磁気抵抗効果素子の一部を加熱することが重要である。   When reproducing the address information and magnetic recording information, a part of the magnetoresistive effect element in the magnetic recording / reproducing head 134 is always heated to a certain temperature or more by the light source. That is, it is important that the light source (surface emitting laser light source) heats a part of the magnetoresistive effect element prior to the reproduction of the address information and the magnetic recording information (that is, detection of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium 137).

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、本発明に係る再生用磁気センサーは、磁気記録媒体からの漏洩磁界を検出するための磁気センサーであってもよく、電子コンパスに用いるための地磁気を検出するための磁気センサーであってもよい。さらには、ロータリーエンコーダやリニアエンコーダ、位置検出センサーに用いるための磁気センサーであってもかまわない。   The present invention can be changed in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above-described embodiments and examples. For example, the reproducing magnetic sensor according to the present invention may be a magnetic sensor for detecting a leakage magnetic field from a magnetic recording medium, or a magnetic sensor for detecting geomagnetism for use in an electronic compass. Good. Further, it may be a magnetic sensor for use in a rotary encoder, linear encoder, or position detection sensor.

希土類金属と遷移金属とを含むフェリ磁性体層における磁化量の温度変化と保磁力の温度変化との関係と、これらに対応するフェリ磁性体層の磁化方向とを示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature change of the magnetization amount in the ferrimagnetic material layer containing a rare earth metal and a transition metal, and the temperature change of a coercive force, and the magnetization direction of the ferrimagnetic material layer corresponding to these. 複数の遷移金属を含む材料中の金属組成比によって保磁力の曲線が変化する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the curve of a coercive force changes with the metal composition ratio in the material containing a some transition metal. 本発明の一実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the film | membrane structure of the magnetoresistive effect element which concerns on one embodiment of this invention. 図3の磁気抵抗効果素子の変形例の膜構成を示す模式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a film configuration of a modified example of the magnetoresistive effect element in FIG. 3. 比較例1の磁気抵抗効果素子のMR比の測定結果を表す特性図であって、(a)が25℃、(b)が150℃におけるものである。It is a characteristic view showing the measurement result of MR ratio of the magnetoresistive effect element of comparative example 1, and (a) is 25 ° C and (b) is in 150 ° C. 本発明に係る実施例1の磁気抵抗効果素子のMR比の測定結果を表す特性図であって、(a)が25℃、(b)が150℃におけるものである。It is a characteristic view showing the measurement result of MR ratio of the magnetoresistive effect element of Example 1 concerning the present invention, and (a) is 25 ° C and (b) is in 150 ° C. 実施例1及び比較例1の磁気抵抗効果素子の温度とMR比の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the temperature and MR ratio of the magnetoresistive effect element of Example 1 and Comparative Example 1. 本発明に係る実施例1の磁気抵抗効果素子の温度とMR比の関係を異なる磁界範囲で測定した結果を表す特性図である。It is a characteristic view showing the result of having measured the relationship between the temperature and MR ratio of the magnetoresistive effect element of Example 1 which concerns on this invention in a different magnetic field range. 実施例1の磁気抵抗効果素子に用いたフェリ磁性体層の磁気特性(M−Hループ)を測定した結果を示すグラフである。6 is a graph showing the results of measuring the magnetic properties (MH loop) of a ferrimagnetic layer used in the magnetoresistive effect element of Example 1; 実施例1及び5の磁気抵抗効果素子のMR比を、磁気抵抗効果素子をヒータで150℃に加熱した状態で、外部磁界に対して測定したMR比の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of MR ratio which measured MR ratio of the magnetoresistive effect element of Example 1 and 5 with respect to an external magnetic field in the state which heated the magnetoresistive effect element to 150 degreeC with the heater. 本発明に係る実施例5の磁気抵抗効果素子の膜構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the film | membrane structure of the magnetoresistive effect element of Example 5 which concerns on this invention. 実施例5の磁気抵抗効果素子のMR比を表す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the MR ratio of the magnetoresistive element of Example 5. 本発明に係る実施例6の再生用磁気センサーに用いる磁気抵抗効果素子の膜構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the film | membrane structure of the magnetoresistive effect element used for the magnetic sensor for reproduction | regeneration of Example 6 which concerns on this invention. 実施例6の再生用磁気センサーと、加熱昇温領域、磁気記録媒体の関係を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship among a reproducing magnetic sensor, a heating temperature raising region, and a magnetic recording medium in Example 6. 実施例6の再生用磁気センサーのトラック幅と出力電圧の関係を表す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the track width and the output voltage of the reproducing magnetic sensor of Example 6. 磁気抵抗効果素子を加熱する際に用いる近接場光を発生するのに利用される開口板であって、(a)、(b)が微小開口、(c)、(d)が微小突起形状を有する開口を示す図である。An aperture plate used to generate near-field light used when heating a magnetoresistive effect element, wherein (a) and (b) are micro openings, and (c) and (d) are micro projections. It is a figure which shows the opening which has. 本発明に係る実施例7、9の再生用磁気センサーのトラック幅と出力電圧の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the track width and output voltage of the magnetic sensor for reproduction of Examples 7 and 9 according to the present invention. 本発明に係る実施例8の変形例の再生用磁気センサー、加熱昇温領域および磁気記録媒体の他の配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other arrangement | positioning of the reproduction | regeneration magnetic sensor, heating temperature rising area, and magnetic recording medium of the modification of Example 8 which concerns on this invention. 本発明に係る実施例9の記録再生用磁気ヘッドの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the magnetic head for recording / reproducing of Example 9 based on this invention. 図19に示す記録再生用磁気ヘッドのA−A断面矢視図である。FIG. 20 is an AA cross-sectional arrow view of the recording / reproducing magnetic head shown in FIG. 19. 本発明に係る実施例10の記録再生用磁気ヘッドの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the magnetic head for recording / reproducing of Example 10 based on this invention. 本発明に係る実施例11の記録再生用磁気ヘッドの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the magnetic head for recording / reproducing of Example 11 based on this invention. 図22に示す記録再生用磁気ヘッドのB−B断面矢視図である。FIG. 23 is a cross-sectional view of the magnetic head for recording / reproducing shown in FIG. 本発明に係る実施例12の磁気記録再生装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the magnetic recording / reproducing apparatus of Example 12 based on this invention. 実施例12の磁気記録再生装置の再生手順を示すフローチャートである。18 is a flowchart showing a reproducing procedure of the magnetic recording / reproducing apparatus in Example 12. 従来の磁気抵抗効果素子の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the conventional magnetoresistive effect element.

符号の説明Explanation of symbols

1、21、201 基板
2、22、32、202 下部電極層
3、23、203 磁化固定層
3a、23a、203a 反強磁性層
3b、203b 強磁性層
4、24、204 非磁性体層
5、15、23b、35 フェリ磁性体層
6、16、26、36、206 上部電極層
7、17、27、37、51 面内磁化層
10、20、30、40、42、52、70、90、200 磁気抵抗効果素子
18、28、38 高透磁率層
25、205 磁化自由層
39、82、83、102、209 絶縁体
41、210 永久磁石
43、53 加熱昇温領域
44、54、137 磁気記録媒体
45 電極
46 架台
47、74 下部磁気シールド
48、77 上部磁気シールド
49 加熱手段
49a 半導体レーザー光源
49b レンズ
50、60 再生用磁気センサー
71、91、111、134 磁気記録再生ヘッド
72 エアベアリング面
73、93 ヘッド基体
75、85、95、103、115、123 光導波路
76 絶縁層
78、118 薄膜コイル
79、99、119 磁極
80、100、120 透明誘電体膜
81、101、121、125 面発光レーザー光源
130 磁気情報記録再生装置
131 ボイスコイルモータ
132 駆動部
133 サスペンションアーム
135 スピンドル
136 制御回路
1, 2, 201 Substrate 2, 22, 32, 202 Lower electrode layer 3, 23, 203 Magnetization fixed layer 3a, 23a, 203a Antiferromagnetic layer 3b, 203b Ferromagnetic layer 4, 24, 204 Nonmagnetic layer 5, 15, 23b, 35 Ferrimagnetic material layers 6, 16, 26, 36, 206 Upper electrode layers 7, 17, 27, 37, 51 In-plane magnetic layers 10, 20, 30, 40, 42, 52, 70, 90, 200 Magnetoresistive element 18, 28, 38 High permeability layer 25, 205 Magnetization free layer 39, 82, 83, 102, 209 Insulator 41, 210 Permanent magnet 43, 53 Heating temperature rising region 44, 54, 137 Magnetic recording Medium 45 Electrode 46 Base 47, 74 Lower magnetic shield 48, 77 Upper magnetic shield 49 Heating means 49a Semiconductor laser light source 49b Lens 50, 60 Reproducing magnetic sensor 71, 91 111, 134 Magnetic recording / reproducing head 72 Air bearing surface 73, 93 Head base 75, 85, 95, 103, 115, 123 Optical waveguide 76 Insulating layer 78, 118 Thin film coil 79, 99, 119 Magnetic pole 80, 100, 120 Transparent dielectric Body film 81, 101, 121, 125 Surface-emitting laser light source 130 Magnetic information recording / reproducing device 131 Voice coil motor 132 Drive unit 133 Suspension arm 135 Spindle 136 Control circuit

Claims (26)

非磁性体層と、前記非磁性体層を挟む2つの磁性体層とを有し、前記2つの磁性体層の磁化方向の相対角度変化によって磁気抵抗変化を得る磁気抵抗効果素子であって、
前記2つの磁性体層の少なくとも何れか一方が、互いに反平行な磁化方向を持つ2種以上の磁性体から形成されたフェリ磁性体層を含んでおり、かつ、温度変化に伴って前記フェリ磁性体層の保磁力が変化することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
A magnetoresistive element having a nonmagnetic layer and two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer and obtaining a magnetoresistance change by a relative angular change in the magnetization direction of the two magnetic layers,
At least one of the two magnetic layers includes a ferrimagnetic layer formed of two or more kinds of magnetic bodies having antiparallel magnetization directions, and the ferrimagnetic layer changes with temperature. A magnetoresistive effect element characterized in that the coercive force of a body layer changes.
非磁性体層と、前記非磁性体層を挟む2つの磁性体層とを有し、前記2つの磁性体層の磁化方向の相対角度変化によって磁気抵抗変化を得る磁気抵抗効果素子であって、
前記2つの磁性体層の少なくとも何れか一方が、互いに反平行な磁化方向を持つ2種以上の磁性体から形成されたフェリ磁性体層を含んでおり、かつ、温度変化に伴って前記フェリ磁性体層の層形成面に対する前記フェリ磁性体層の磁化角度が変化することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
A magnetoresistive element having a nonmagnetic layer and two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer and obtaining a magnetoresistance change by a relative angular change in the magnetization direction of the two magnetic layers,
At least one of the two magnetic layers includes a ferrimagnetic layer formed of two or more kinds of magnetic bodies having antiparallel magnetization directions, and the ferrimagnetic layer changes with temperature. A magnetoresistive effect element, wherein a magnetization angle of the ferrimagnetic material layer with respect to a layer forming surface of the body layer changes.
ある温度T1よりも高い温度T2において、前記温度T1における磁気抵抗効果比よりも大きな磁気抵抗効果比が得られることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子。   3. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a magnetoresistive effect ratio larger than a magnetoresistive effect ratio at the temperature T1 is obtained at a temperature T2 higher than a certain temperature T1. 室温よりも高い温度において、室温における磁気抵抗効果比よりも大きな磁気抵抗効果比が得られることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a magnetoresistive effect ratio larger than a magnetoresistive effect ratio at room temperature is obtained at a temperature higher than room temperature. 前記磁気抵抗効果素子の一部が加熱されることによって、前記フェリ磁性体層の加熱領域と非加熱領域との間に保磁力差が生じることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   5. The coercive force difference is generated between a heated region and a non-heated region of the ferrimagnetic material layer by heating a part of the magnetoresistive effect element. The magnetoresistive effect element according to item. 前記フェリ磁性体層の保磁力が、前記加熱領域において前記非加熱領域よりも小さくなることを特徴とする請求項5に記載の磁気抵抗効果素子。   6. The magnetoresistive element according to claim 5, wherein a coercive force of the ferrimagnetic material layer is smaller in the heating region than in the non-heating region. 前記磁気抵抗効果素子の一部が加熱されることによって、前記フェリ磁性体層の加熱領域と非加熱領域との間に、フェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度の差が生じることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   When a part of the magnetoresistive effect element is heated, a difference in magnetization angle with respect to the layer forming surface of the ferrimagnetic layer occurs between the heated region and the non-heated region of the ferrimagnetic layer. The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 6. 前記フェリ磁性体層の層形成面に対する磁化角度が、前記加熱領域において前記非加熱領域よりも小さくなることを特徴とする請求項7に記載の磁気抵抗効果素子。   8. The magnetoresistive effect element according to claim 7, wherein a magnetization angle of the ferrimagnetic layer with respect to a layer forming surface is smaller in the heating region than in the non-heating region. 前記2つの磁性体層が、磁化固定層と、前記磁化固定層の磁化方向が変化するときの磁界よりも小さな磁界で磁化方向が変化する磁化自由層とであり、
前記磁化自由層が前記フェリ磁性体層を含んでいることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
The two magnetic layers are a magnetization fixed layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes with a magnetic field smaller than a magnetic field when the magnetization direction of the magnetization fixed layer changes,
The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the magnetization free layer includes the ferrimagnetic material layer.
前記フェリ磁性体層が、Tb,Gd,Dy,Hoから選択される少なくとも1種の重希土類金属元素と、Fe,Co,Niから選択される少なくとも1種の3d遷移金属元素とを含んでいることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   The ferrimagnetic layer includes at least one heavy rare earth metal element selected from Tb, Gd, Dy, and Ho and at least one 3d transition metal element selected from Fe, Co, and Ni. The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 9, wherein 前記フェリ磁性体層が、重希土類金属元素と、3d遷移金属元素とを含んでいて、
前記重希土類金属元素がGdであり、前記3d遷移金属元素がCo、又は、Fe及びCoであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
The ferrimagnetic layer includes a heavy rare earth metal element and a 3d transition metal element;
The magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 10, wherein the heavy rare earth metal element is Gd, and the 3d transition metal element is Co, Fe, or Co.
前記3d遷移金属元素が、FeとCoとを含んでいて、
FeとCoの組成比が同等、又は、Feに対するCoの組成比が大きいことを特徴とする請求項10又は11に記載の磁気抵抗効果素子。
The 3d transition metal element includes Fe and Co;
The magnetoresistive effect element according to claim 10 or 11, wherein the composition ratio of Fe and Co is equal, or the composition ratio of Co to Fe is large.
前記フェリ磁性体層と前記非磁性体層との間に、前記フェリ磁性体層の層形成面と実質的に平行な磁化方向を持つ面内磁化層が形成されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   An in-plane magnetic layer having a magnetization direction substantially parallel to a layer forming surface of the ferrimagnetic layer is formed between the ferrimagnetic layer and the nonmagnetic layer. Item 13. The magnetoresistive effect element according to any one of Items 1 to 12. 前記フェリ磁性体層に接して、又は、磁気的に結合して、前記フェリ磁性体層よりも透磁率の高い面内磁化層が形成されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。   14. The in-plane magnetization layer having a higher magnetic permeability than the ferrimagnetic layer is formed in contact with or magnetically coupled to the ferrimagnetic layer. 2. A magnetoresistive element according to item 1. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に電流を印加するための電極とを備えた磁気センサー。   The magnetic sensor provided with the magnetoresistive effect element of any one of Claims 1-14, and the electrode for applying an electric current to the said magnetoresistive effect element. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に電流を印加するための電極とを備えた磁気センサーと、前記磁気センサーを加熱するための加熱手段とを備え、
前記加熱手段が前記フェリ磁性体層を昇温させるものであることを特徴とする再生ヘッド。
A magnetic sensor comprising the magnetoresistive effect element according to claim 1, an electrode for applying a current to the magnetoresistive effect element, and a heating unit for heating the magnetic sensor. And
A reproducing head characterized in that the heating means raises the temperature of the ferrimagnetic material layer.
前記加熱手段が光源であることを特徴とする請求項16に記載の再生ヘッド。   The reproducing head according to claim 16, wherein the heating unit is a light source. 請求項16又は請求項17に記載の再生ヘッドと、磁気記録媒体とを備え、
前記加熱手段が前記フェリ磁性体層を昇温させるものであることを特徴とする磁気情報再生装置。
A reproduction head according to claim 16 or 17, and a magnetic recording medium,
The magnetic information reproducing apparatus, wherein the heating means heats the ferrimagnetic material layer.
前記磁気記録媒体の表面に対し、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に垂直な面が傾いていることを特徴とする請求項18に記載の磁気情報再生装置。   19. The magnetic information reproducing apparatus according to claim 18, wherein a surface perpendicular to the stacking direction of the magnetoresistive effect elements is inclined with respect to the surface of the magnetic recording medium. 請求項16に記載の再生ヘッドと、磁気記録媒体に磁界を印加して磁気情報を記録するための記録ヘッドとを有していることを特徴とする複合ヘッド。   17. A composite head comprising: the reproducing head according to claim 16; and a recording head for recording magnetic information by applying a magnetic field to the magnetic recording medium. 請求項17に記載の再生ヘッドと、磁気記録媒体に磁界を印加して磁気情報を記録するための記録ヘッドとを有し、前記記録ヘッドが近接場光を用いたものであることを特徴とする複合ヘッド。   18. A reproducing head according to claim 17, and a recording head for recording magnetic information by applying a magnetic field to a magnetic recording medium, wherein the recording head uses near-field light. Composite head. 前記光源が、前記近接場光の光源としても用いられることを特徴とする請求項21に記載の複合ヘッド。   The composite head according to claim 21, wherein the light source is also used as a light source of the near-field light. 請求項20〜22のいずれか1項に記載の複合ヘッドを備えた磁気情報記録再生装置。   A magnetic information recording / reproducing apparatus comprising the composite head according to any one of claims 20 to 22. 請求項16に記載の再生ヘッドを備えた磁気情報再生装置。   A magnetic information reproducing apparatus comprising the reproducing head according to claim 16. 非磁性体層と、前記非磁性体層を挟む2つの磁性体層とを有し、前記2つの磁性体層の磁化方向の相対角度変化によって磁気抵抗変化を得る磁気抵抗効果素子、及び、前記磁気抵抗効果素子に電流を印加するための電極が形成された再生ヘッドを用いて、磁気記録媒体に記録された磁気情報を再生するための再生方法であって、
前記2つの磁性体層の少なくとも何れか一方が、互いに反平行な磁化方向を持つ2種以上の磁性体から形成されたフェリ磁性体層を含んでおり、かつ、温度変化に伴って前記フェリ磁性体層の保磁力が変化するものであり、
前記フェリ磁性体層が加熱によって昇温した状態において磁気情報を再生することを特徴とする磁気情報の再生方法。
A magnetoresistive element having a nonmagnetic layer and two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer, and obtaining a magnetoresistance change by a relative angular change in the magnetization direction of the two magnetic layers; and A reproducing method for reproducing magnetic information recorded on a magnetic recording medium using a reproducing head in which an electrode for applying a current to a magnetoresistive element is formed,
At least one of the two magnetic layers includes a ferrimagnetic layer formed of two or more kinds of magnetic bodies having antiparallel magnetization directions, and the ferrimagnetic layer changes with temperature. The coercivity of the body layer changes,
A magnetic information reproducing method, wherein magnetic information is reproduced in a state where the ferrimagnetic material layer is heated by heating.
前記磁気記録媒体に記録された記録情報の再生に先立って、予め、前記フェリ磁性体層を加熱することを特徴とする請求項25に記載の磁気情報の再生方法。   26. The method for reproducing magnetic information according to claim 25, wherein the ferrimagnetic material layer is heated in advance prior to reproducing the recorded information recorded on the magnetic recording medium.
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