JP2008084879A - 磁気発振素子、磁気センサ、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁化が固定された磁化固定層、非磁性層と磁化フリー層から構成される多層膜を含む磁性発振素子。多層膜の膜面に対して垂直方向の通電によって磁化固定層から磁化フリー層へのスピントランスファによる磁化振動が励起でき、磁性発振素子の発振線幅を狭くすることによって発振周波数付近の雑音を低下させる。その結果、CN比が高い、すなわち信号純度の高い磁性発振素子が得られることになる。
【選択図】図3
Description
R . S a t o , e t . a l . J . M a g n . M a g n . M a t . v o l . 2 7 9 , p . 3 6 ( 2 0 0 4 )
前記磁化フリー層及び前記磁化固定層が垂直磁化膜であることを特徴とする。
まず、本発明の実施形態を説明する前に、磁性発振素子の雑音の発生原因について、説明する。
本発明の第1の実施形態による磁性共振素子の断面図を図3に示す。本実施形態による磁性共振素子は、基板1上に設けられ、磁気シールドを兼ねた下部電極3と、この下部電極3上に設けられ磁化の向きが膜面に実質的に垂直な磁化フリー層5と、磁化フリー層5上に設けられた非磁性層7と、この非磁性層7上に設けられ磁化の向きが膜面に実質的に垂直な磁化固定層9と、磁化固定層9上に設けられ磁気シールドを兼ねた上部電極11とを備えている。磁化フリー層5、非磁性層7、および磁化固定層9は平面形状が同一の積層膜4となっている。磁化フリー層5及び磁化固定層9は磁化の向きが膜面に実質的に垂直すなわち磁化容易軸が膜面に垂直な方向である。なお、本実施形態においては、「実質的に垂直」とは、完全に垂直な状態から±15度の傾斜を含んでいる。
本発明の第2の実施形態による磁性共振素子の断面図を図4に示す。
本発明の第3の実施形態による磁性共振素子の断面図を図5に示す。本実施形態による磁性共振素子は、基板1上に設けられ、磁気シールドを兼ねた下部電極3と、この下部電極3上に設けられ磁化の向きが膜面に実質的に平行な磁化フリー層5と、磁化フリー層5上に設けられた非磁性層7と、この非磁性層7上に設けられ磁化の向きが膜面に実質的に平行な磁化固定層9と、磁化固定層9上に設けられ磁気シールドを兼ねた上部電極11とを備えている。磁化フリー層5、非磁性層7、および磁化固定層9は平面形状が同一の積層膜4となっている。磁化フリー層5及び磁化固定層9は磁化の向きが膜面に実質的に垂直すなわち磁化容易軸が膜面に平行な方向である。なお、本実施形態においては、「実質的に平行」とは、完全に平行な状態から±15度の傾斜を含んでいる。
本発明の第4の実施形態による磁性共振素子の断面図を図7に示す。本実施形態による磁性共振素子は、基板1上に設けられ、磁気シールドを兼ねた下部電極3と、この下部電極3上に設けられ磁化の向きが膜面に実質的に平行な磁化フリー層5と、磁化フリー層5上に設けられた非磁性層7と、この非磁性層7上に設けられ磁化の向きが膜面に実質的に平行な磁化固定層9と、磁化固定層9上に設けられ磁気シールドを兼ねた上部電極11とを備えている。磁化フリー層5、非磁性層7、および磁化固定層9は平面形状が同一の積層膜4となっている。磁化フリー層5及び磁化固定層9は磁化の向きが膜面に実質的に平行すなわち磁化容易軸が膜面に平行な方向である。なお、本実施形態においては、「実質的に平行」とは、完全に平行な状態から±15度の傾斜を含んでいる。
以上述べた磁化フリー層構造は図3の磁化固定層/非磁性層/磁化フリー層を基本構造として含む既存の素子構造を前提としているが、同様の磁化フリー層構造は非磁性層に替えて絶縁層を用いた磁化固定層/絶縁層/磁化フリー層を基本構造として含む素子に関しても有効である。
次に、本発明の実施例1による磁性共振素子の断面図を図13に示す。
次に、本発明の実施例2による磁性共振素子の断面図を図14に示す。
磁化フリー層に人工フェリ磁性体を用いた実施例を説明する。以下の記載において、括弧内の単位nmが付加された値は膜厚である。
実施例3のCo(40 nm)磁化固定層に加え、人工フェリ磁性体から成る磁化フリー層をもIrMn(50 nm) を用いて磁化をピン止めした素子を実施例3と同様な方法で作製した。素子抵抗Rは53 Ωであった。磁化フリー層および磁化固定層の交換磁場の方向に500 Oeの外部磁場を印加し、1.5 mAの電流を流した状態で発振スペクトル測定を行った。発振周波数は86 GHzであり、スペクトル幅は42 MHzであった。
磁化フリー層にCo(3.2 nm)/Ru(0.9 nm)/Co(3.2nm)の人工反強磁性体を用い、磁化固定層にはCo(40 nm)の面内磁化膜、反強磁性体にはIrMn(50 nm)を用いて実施例2と同様な方法で素子を作製した。Co(3.2 nm)膜の面内異方性磁場は5.8 KOe、Ru(0.9 nm)を介して作用する交換磁場の大きさは8.7 KOeであった。磁化フリー層および磁化固定層の磁化容易軸の方向に500 Oeの外部磁場を印加し、1.5 mAの電流を流した状態で発振スペクトル測定を行った。発振周波数は21 GHzであり、スペクトル幅は5.2 MHzであった。
実施例1と同じCo(0.8 nm) フリー層5およびFePt膜(30 nm)磁化固定層9をそれぞれ2層含む図15の素子を実施例2と同様な方法で作製した。磁化フリー層および磁化固定層の磁化容易軸の方向に500 Oeの外部磁場を印加し、1 mAの電流を流した状態で発振スペクトル測定を行った。発振周波数は6.4 GHzであり、スペクトル幅は56 MHzであった。
Claims (16)
- 磁化が固定された磁化固定層と、
この磁化固定層に積層された非磁性層と、
この非磁性層に積層された磁化がゆらぐ磁化フリー層と、
前記磁化固定層、前記非磁性層および前記磁化フリー層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極を備え、
前記磁化フリー層は、前記通電によって前記磁化固定層から前記磁化フリー層へのスピントランスファによる磁化振動が励起でき、
前記磁化フリー層及び前記磁化固定層が垂直磁化膜である
ことを特徴とする磁性発振素子。 - 前記垂直磁化膜がCo、Co/非磁性層積層膜、CoCr系合金、Co多層膜、CoCrPt系合金、FePt系合金、希土類を含むSmCo系合金、TbFeCo合金のいずれかである
ことを特徴とする請求項1に記載の磁性発振素子。 - 磁化が固定された磁化固定層と、
この磁化固定層に積層された非磁性層と、
この非磁性層に積層された磁化がゆらぐ磁化フリー層と、
前記磁化固定層、前記非磁性層および前記磁化フリー層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極を備え、
前記磁化フリー層は、前記通電によって前記磁化固定層から前記磁化フリー層へのスピントランスファによる磁化振動が励起でき、
前記磁化固定層及び前記磁化フリー層が面内磁化膜であって、
前記磁化フリー層の垂直方向の結晶異方性磁場と形状異方性磁場の差が1KOe以下である
ことを特徴とする磁性発振素子。 - 磁化が固定された磁化固定層と、
この磁化固定層に積層された非磁性層と、
この非磁性層に積層された磁化がゆらぐ磁化フリー層と、
前記磁化固定層、前記非磁性層および前記磁化フリー層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極を備え、
前記磁化フリー層は、前記通電によって前記磁化固定層から前記磁化フリー層へのスピントランスファによる磁化振動が励起でき、
前記磁化フリー層は人工フェリ磁性体である
ことを特徴とする磁性発振素子。 - 前記人工フェリ磁性体に反強磁性体による交換バイアスが印加されていることを特徴とする請求項4に記載の磁性発振素子。
- 磁化が固定された磁化固定層と、
この磁化固定層に積層された非磁性層と、
この非磁性層に積層された磁化がゆらぐ磁化フリー層と、
前記磁化固定層、前記非磁性層および前記磁化フリー層の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極を備え、
前記磁化フリー層は、前記通電によって前記磁化固定層から前記磁化フリー層へのスピントランスファによる磁化振動が励起でき、
前記磁化フリー層は人工反強磁性体である
ことを特徴とする磁性発振素子。 - 前記非磁性層は絶縁層であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の磁性発振素子。
- 磁化が固定された第1磁化固定層と、
この第1磁化固定層に積層された第1非磁性層と、
この第1非磁性層に積層された磁化がゆらぐ第1磁化フリー層と、
この第1磁化フリー層に積層された第2非磁性層と、
この第2非磁性層に積層された磁化がゆらぐ第2磁化フリー層と、
この第2磁化フリー層に積層された第3非磁性層と、
この第3非磁性層に積層され、磁化が固定された第2磁化固定層とから構成される多層膜と、
前記多層膜の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極を備え、
前記第1及び第2磁化フリー層は、前記通電によって前記第1及び第2磁化固定層から前記第1及び第2磁化フリー層へのスピントランスファによる磁化振動が励起でき、
前記第1及び第2磁化フリー層、前記第1及び第2磁化固定層が垂直磁化膜である
ことを特徴とする磁性発振素子。 - 前記垂直磁化膜がCo、Co/非磁性層積層膜、CoCr系合金、Co多層膜、CoCrPt系合金、FePt系合金、希土類を含むSmCo系合金、TbFeCo合金のいずれかである
ことを特徴とする請求項8に記載の磁性発振素子。 - 磁化が固定された第1磁化固定層と、
この第1磁化固定層に積層された第1非磁性層と、
この第1非磁性層に積層された磁化がゆらぐ第1磁化フリー層と、
この第1磁化フリー層に積層された第2非磁性層と、
この第2非磁性層に積層された磁化がゆらぐ第2磁化フリー層と、
この第2磁化フリー層に積層された第3非磁性層と、
この第3非磁性層に積層され、磁化が固定された第2磁化固定層とから構成される多層膜と、
前記多層膜の膜面に対して垂直方向に通電可能な一対の電極を備え、
前記第1及び第2磁化フリー層は、前記通電によって前記第1及び第2磁化固定層から前記第1及び第2磁化フリー層へのスピントランスファによる磁化振動が励起でき、
前記第1及び第2磁化フリー層、前記第1及び第2磁化固定層が面内磁化膜である
ことを特徴とする磁性発振素子。 - 前記第1及び第2磁化フリー層の垂直方向の結晶異方性磁場と形状異方性磁場の差が1KOe以下である
ことを特徴とする請求項10に記載の磁性発振素子。 - 前記第1及び第2磁化フリー層の少なくとも一方が人工フェリ磁性体である
ことを特徴とする請求項10に記載の磁性発振素子。 - 前記人工フェリ磁性体の少なくとも一方が反強磁性体による交換バイアスが印加されている
ことを特徴とする請求項12に記載の磁性発振素子。 - 前記第1及び第2磁化フリー層の少なくとも一方が人工反強磁性体である
ことを特徴とする請求項10に記載の磁性発振素子。 - 前記第1乃至第3の非磁性層の、少なくともひとつが絶縁層である
ことを特徴とする請求項8乃至14のいずれか1項に記載の磁性発振素子。 - 請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の磁気発振素子を用いた磁気センサ、前記磁気センサを用いた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置。
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