JP2008090877A

JP2008090877A - 磁気ヘッド及び磁気記録装置

Info

Publication number: JP2008090877A
Application number: JP2006267125A
Authority: JP
Inventors: Masashige Sato; 雅重佐藤; Shinjiro Umehara; 慎二郎梅原; Takao Ochiai; 隆夫落合
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドに関し、製造プロセスを複雑にすることなく且つリードギャップを広げることなく自由磁化層の磁化方向を安定化しうる磁気ヘッド、並びにこのような磁気ヘッドを有する高性能の磁気記録装置を提供する。
【解決手段】電極層１２と、電極層１２上に形成され磁化方向が規制された強磁性層１８と、強磁性層１８上に非磁性層２０を介して形成され、外部磁場により磁化方向が変化する強磁性層２２とを有する磁気抵抗効果膜と、強磁性層２２上に非磁性層２４を介して形成され、強磁性層２２にスピン偏極した電子を注入するための強磁性層２８と、強磁性層２８上に形成された電極層３０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆるスピンバルブ膜を用い、センス電流を膜厚方向に流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造を有する磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド及び磁気記録装置に関する。

スピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子は、非磁性層を介して設けられた二層の磁性層を有し、そのうち一方の磁性層については反強磁性層との間の一方向異方性磁界等により磁化方向を固定し、他方の磁性層については外部磁界に対して容易に磁化方向が変化するように構成したものである。そして、これら磁性層間の磁化方向の相対角度によって素子抵抗が変化するという性質を利用し、素子抵抗の変化に基づいて当該外部磁界の方向を検出する。

スピンバルブ膜を用いた従来の磁気抵抗効果素子としては、スピンバルブ膜の膜面内方向にセンス電流を流して膜面内方向の抵抗変化を検出する、ＣＩＰ（Current In-Plane）構造の磁気抵抗効果素子が知られている。

一方、より高密度・高感度な磁気抵抗効果素子として、スピンバルブ膜の膜厚方向にセンス電流を流して膜厚方向の抵抗変化を検出する、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子が注目されている。ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、寸法が小さくなるにつれて素子出力が増大する特徴を有しており、高密度磁気記録装置における高感度な再生ヘッドとして有望である。

磁気抵抗効果素子の素子抵抗は、両側の磁性層の磁化角度に依存することが知られている。磁化の相対角度をθとすると面内抵抗又はトンネル抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｒｓ＋０．５ΔＲ（１−ｃｏｓθ）
で表される。すなわち、両磁性層の磁化の角度が揃っているとき（θ＝０°）には抵抗が小さく、両磁性層の磁化が反対向き（θ＝１８０°）のときには抵抗が大きくなる。この発現機構については、磁性体内のスピン分極した電子がそのスピンの向きに依存した散乱確率又はトンネル確率を有することに起因すると考えられている。

一般的に、スピンバルブ膜を磁気ヘッドとして用いる場合、素子近傍以外からの磁束を検知することを防ぐために、磁気抵抗効果素子の上下に軟磁性材料よりなるシールド層を設けて、その間に磁気抵抗効果素子を配置する。この場合、自由磁化層の磁化の向きは、通常、水平方向を動作点とする。そして、この動作点を安定させるために、磁気抵抗効果素子の両側に強磁性材料よりなるハードバイアス膜が配置される。

しかし、ハードバイアス膜のバイアス効果は加工形状に敏感に依存するため、精密な形状制御が必要になる。しかも、ハードバイアス膜が導体のため、磁気抵抗効果素子との間には絶縁層を配置する必要がある。また、絶縁層にピンホール等が存在すれば、磁気抵抗効果素子の特性は悪化してしまう。

そこで、ハードバイアス膜に換わるバイアス印加手段として、インスタックバイアス構造と呼ばれる構造が提案されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２を参照）。インスタックバイアス構造とは、自由磁化層上に反強磁性層を配置し、この反強磁性層と自由磁化層との間の交換結合によって自由磁化層にバイアス磁界を印加するものである。
特開２００５−１０９２４０号公報特開２００５−０１９４８４号公報特開２００４−２１４２５１号公報特開２０００−３４０８５９号公報 E. Nakashio et al., "Longitudinal bias method using a long distance exchange coupling field in tunnel magnetoresistance junctions", J. Appl. Phys. vol. 89, pp. 7356-7358, 1 Jun. 2001 Jeffrey R. Childress et al., "Spin-valve and tunnel-valve structures with in situ in-stack bias", IEEE trans. Magn., vol. 38, pp. 2286-2288, Sep. 2002 J.C. Slonczewski, "Current-driven excitation of magnetic multilayers", J. Magn. Mater. vol. 159, pp. L1-L7, 1996 屋上公二郎等、「スピン注入磁化反転の研究動向」、日本応用磁気学会誌、Vol. 28 No. 9, pp.937-948, 2004,

しかしながら、上記従来のインスタックバイアス構造では、自由磁化層上に反強磁性層を配置するため、上部シールド層と下部シールド層との間隔、すなわちリードギャップが広がってしまう。また、反強磁性体を用いる場合、熱処理を行い水平方向に磁化を揃える必要があり、プロセス上の困難を伴うことにもなる。

本発明の目的は、製造プロセスを複雑にすることなく且つリードギャップを広げることなく自由磁化層の磁化方向を安定化しうる磁気ヘッド、並びにこのような磁気ヘッドを有する高性能の磁気記録装置を提供することにある。

本発明の一観点によれば、第１の電極層と、前記第１の電極層上に形成され、磁化方向が規制された第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層上に、第１の非磁性層を介して形成され、外部磁場により磁化方向が変化する第２の強磁性層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性層上に、第２の非磁性層を介して形成され、前記第２の強磁性層にスピン偏極した電子を注入するための第３の強磁性層と、前記第３の強磁性層上に形成された第２の電極層とを有する磁気ヘッドが提供される。

また、本発明の他の観点によれば、磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に記録された磁気情報を抵抗値の変化に基づいて検出する上記の磁気ヘッドとを有する磁気記録装置が提供される。

また、本発明の更に他の観点によれば、第１の電極層と、前記第１の電極層上に形成され、磁化方向が規制された第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層上に第１の非磁性層を介して形成され、外部磁場により磁化方向が変化する第２の強磁性層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性層上に第２の非磁性層を介して形成された第３の強磁性層と、前記第３の強磁性層上に形成された第２の電極層とを有する磁気ヘッドの駆動方法であって、前記第１の電極層から前記第２の電極層に向けて電流を流すことにより、前記第３の強磁性層から前記第２の強磁性層にスピン偏極した電子を注入し、前記第２の強磁性層の磁化方向を安定化させる磁気ヘッドの駆動方法が提供される。

本発明によれば、第１の電極層と、第１の電極層上に形成され磁化方向が規制された第１の強磁性層と、第１の強磁性層上に形成された第１の非磁性中間層と、第１の非磁性中間層上に形成され外部磁場により磁化方向が変化する第２の強磁性層と、第２の強磁性層上に形成された第２の電極層とを有する磁気ヘッドにおいて、第２の強磁性層と第２の電極層との間にハーフメタル材料を含む高分極率層を設け、第２の磁性層から第２の電極層側に向かう電流を流すことにより、スピン偏極した伝導電子を高分極率層から第２の磁性層に注入するので、第２の磁性層に流れ込んだ伝導電子のスピントルクによって第２の磁性層の磁化方向を安定化させることができる。また、この高分極率層は、シールド層の一部として構成できるので、リードギャップを広げることなく、第２の磁性層の磁化方向を安定化させることができる。

また、第２の磁性層の磁化方向を安定化するために設ける高分極率層は、反強磁性層ではなく強磁性材料であるハーフメタルを含むものであるため、製造プロセスにおいて水平方向に磁化を揃えるための熱処理を行う必要はない。これにより、製造プロセスを複雑にすることなく、第２の強磁性層の磁化方向を安定化しうる構造を得ることができる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による磁気ヘッド及びその製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。

図１は本実施形態による磁気ヘッドの構造を示す概略断面図、図２は本実施形態による磁気ヘッドの電気特性を示すグラフ、図３及び図４端本実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。

はじめに、本実施形態による磁気ヘッドの構造について図１を用いて説明する。

セラミック基板１０上には、例えばＮｉＦｅ等の軟磁性材料よりなる下部シールド層１２が形成されている。下部シールド層１２は、下部電極層（第１の電極層）を兼ねるものである。

下部シールド層１２上には、例えばＴａ膜とＲｕ膜との積層膜よりなる下地層１４が形成されている。

下地層１４上には、ＩｒＭｎ等の反強磁性材料よりなる反強磁性層１６が形成されている。

反強磁性層１６上には、固定磁化層（第１の強磁性層）１８が形成されている。固定磁化層１８は、例えば図１に示すように、ＣｏＦｅ等の強磁性材料よりなる強磁性層１８ａと、Ｒｕ等の非磁性材料よりなる非磁性中間層１８ｂと、ＣｏＦｅ等の強磁性材料よりなる強磁性層１８ｃとにより構成される積層フェリ構造を有している。

固定磁化層１８上には、Ａｌ_２Ｏ_３やＭｇＯ等の非磁性絶縁材料よりなるバリア層（第１の非磁性層）２０が形成されている。

バリア層２０上には、例えばＣｏＦｅ膜２２ａとＮｉＦｅ膜２２ｂとの積層膜よりなる自由磁化層（第２の強磁性層）２２が形成されている。

自由磁化層２２上には、Ｃｕ等の非磁性材料よりなる非磁性中間層（第２の非磁性層）２４が形成されている。

非磁性中間層２４、自由磁化層２２、バリア層２０、固定磁化層１８、反強磁性層１６及び下地層１４は、メサ状にパターニングされており、メサの側壁部分には絶縁膜２６が埋め込まれている。

非磁性中間層２４上及び絶縁膜２６には、例えばＣｏＦｅＡｌ等よりなる高分極率層（第３の強磁性層）２８が形成されている。高分極率層２８上には、例えばＮｉＦｅ等の軟磁性材料よりなる上部シールド層３０が形成されている。上部シールド層３０は、上部電極層（第２の電極層）を兼ねるものである。

このように、本実施形態による磁気ヘッドでは、自由磁化層２２と上部シールド層３０との間に、非磁性中間層２４及び高分極率層２８が形成されている。

高分極率層２８は、自由磁化層２２の磁化方向の安定化のためのバイアスを印加するために用いる層であり、大きなスピン分極率を有する強磁性材料によって構成される。ここで、スピン分極率とは、物質中における上向きスピン電子数と下向きスピン電子数とを比較したときの電子スピンの偏りを表すための指標である。すなわち、スピン分極率Ｐは、上向きスピン電子数をｎ_１、下向きスピン電子数をｎ_２として、
Ｐ＝（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２）［％］
と表される。

大きなスピン分極率を有する強磁性材料としては、ハーフメタル材料が挙げられる。ハーフメタルとは、一方の電子スピン（例えばアップスピン）が金属的なバンド構造を有し、他方の電子スピン（例えばダウンスピン）が絶縁体的なバンド構造を有する物質である。ハーフメタルは理想的には分極率が１００％の物質を意味するが、本願明細書では、大きなスピン分極率（例えば室温において５０％以上）を有する磁性材料を総称してハーフメタルと表現するものとする。

ハーフメタルとしては、例えばホイスラー合金が挙げられる。ホイスラー合金とは、Ｘ_２ＭｎＺ（Ｘは３ｄ，４ｄ，５ｄ金属、Ｚはｓ，ｐ元素）や、Ｃｏ_２ＹＺ（Ｙは３ｄ，４ｄ，５ｄ金属、Ｚはｓ，ｐ元素）の構造を有する合金である。ホイスラー合金としては、例えば、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ，Ｃｏ_２ＭｎＧｅ，Ｃｏ_２ＭｎＡｌ，Ｃｏ_２ＭｎＳｉ等が挙げられる。ホイスラー合金の組成比は、完全でなくとも近傍（例えば±１０〜２０％程度の範囲）の値であれば、同様の効果を得ることができる。また、高分極率層２８は、必ずしもホイスラー組成を有する材料である必要はなく、高いスピン分極率を有する強磁性材料であれば他の材料を適用することも可能である。

非磁性中間層２４は、自由磁化層２２と高分極率層２８との間の結合力を制御するための層である。非磁性中間層２４の膜厚は、薄すぎると自由磁化層２２と高分極率層２８との間の結合力が強くなりすぎて自由磁化層２２の磁化方向が固定されてしまい、厚すぎると本発明の効果が得られなくなるため、自由磁化層２２の磁化方向の安定化しうる範囲で適宜設定する。非磁性中間層２４の膜厚は、非磁性中間層２４としてＣｕ膜を用いた場合、典型的には２ｎｍ以上１５ｎｍ以下程度である。

非磁性中間層２４は、導電性非磁性材料又は絶縁材料により構成することができる。但し、非磁性中間層２４を絶縁材料により構成した場合には、素子抵抗が大きくなり、本来検出するべき外部磁場による磁気抵抗変化の検出感度が劣化する虞がある。かかる観点から、非磁性中間層２４は、導電性非磁性材料、例えばＣｕ等により形成することが望ましい。

次に、本実施形態による磁気ヘッドの動作について図１を用いて説明する。

図１に示す磁気ヘッドにおいて、下部シールド層１２側から上部シールド層３０側に向けて電流を流す。これにより、伝導電子は電流とは逆向きに、上部シールド層３０側から下部シールド層１２側に向けて流れる。

このとき、高分極率層２８中にはスピン偏極した伝導電子が存在しており、このスピン偏極した伝導電子が非磁性中間層２４を通して自由磁化層２２に流れ込み、自由磁化層２２中の電子と交換相互作用をする。この結果、自由磁化層２２中の電子に対してスピントルクが働き、自由磁化層２２の磁化方向が高分極率層２８の磁化方向にバイアスされる。これにより、自由磁化層２２の磁化方向を安定化することができる。

自由磁化層２２に注入されるスピン偏極した伝導電子の割合は、非磁性中間層２４の構成材料や膜厚等によって制御することができる。これにより、自由磁化層２２中の電子に働くスピントルクを制御することができる。自由磁化層２２中の電子に働くスピントルクは、磁気抵抗効果素子による検出対象である外部磁界の検出感度を十分確保しうる範囲で適宜設定する。

外部磁界を検出するときにも、下部シールド層１２側から上部シールド層３０側に向けて電流を流した状態とする。磁気抵抗効果素子に流す電流は、変化する必要はなく、一定値に保つことができる。

磁気抵抗効果素子に外部磁界が印加されると、自由磁化層２２の磁化方向は外部磁界の向きに応じて回転する。このときの自由磁化層２２の磁化方向と固定磁化層１８の磁化方向との関係に基づく素子抵抗の変化を、素子を流れる電流値により検出することにより、外部磁界の方向を検知することができる。

図２は、本実施形態による磁気ヘッドに用いた磁気抵抗効果素子の電気特性を示すグラフである。図２は、図１に示す磁気ヘッドの下部シールド層１２と上部シールド層３０との間に電流を流したときの、磁気抵抗効果素子の素子抵抗の変化を示したものである。横軸は、上部シールド層３０から下部シールド層１２に向かう電流を正方向とし、下部シールド層１２から上部シールド層３０に向かう電流を負方向としている。

測定に用いた磁気抵抗効果素子の接合サイズは、３６９ｎｍ×１５７ｎｍである。測定に用いた磁気抵抗効果素子の各層の構成材料や膜厚は、本実施形態による磁気ヘッドの製造方法とともに後述する。

図２に示すように、本実施形態による磁気抵抗効果素子に正方向の電流を流していくと、約４Ｖ近傍で急激に抵抗値が増加する。すなわち、自由磁化層２２へのスピン注入により自由磁化層２２の磁化反転が生じて、固定磁化層１８の磁化方向と自由磁化層２２の磁化方向とが反平行状態に遷移していることが判る。

また、この状態で負方向に電流を減らしていき、更に負方向の電流を流していくと、約−３Ｖ近傍で急激に抵抗値が減少する。すなわち、自由磁化層２２へのスピン注入により自由磁化層２２の磁化反転が生じて、固定磁化層１８の磁化方向と自由磁化層２２の磁化方向とが平行状態に戻っていることが判る。

以上の結果から、本実施形態による磁気抵抗効果素子の層厚方向に電流を流すことにより、自由磁化層２２に対してスピントルクによるバイアスを印加できることが検証された。

本実施形態による磁気ヘッドの実際の使用態様では、下部シールド層１２から上部シールド層３０に向かう方向に電流を流す。このときの磁化反転電流密度は、約６．４×１０^６ｃｍ^−２であった。

磁気抵抗効果素子に流す電流が小さすぎると、自由磁化層２２中の電子に加わるスピントルクが小さくなりバイアスの効果が十分に得られない。したがって、磁気抵抗効果素子に流す電流は、磁化反転が生じる電流の約０．５倍程度以上の値に設定することが望ましい。

一方、電流が大きすぎると、スピントルクが大きすぎて磁気センサとしての感度が悪くなる。したがって、磁気抵抗効果素子に流す電流は、磁化反転が生じる電流の約２倍程度以下の値に設定することが望ましい。

本実施形態による磁気ヘッドでは、高分極率層２８が、非磁性中間層２４上及び絶縁膜２６上に形成されている。すなわち、高分極率層２８は、実質的に上部シールド層３０の一部として機能する。したがって、高分極率層２８を設けることによるリードギャップの増加を防止することができる。これにより、媒体の記録密度を低下することなく自由磁化層２２の磁化方向を安定化させることができる。但し、高分極率層２８を厚くしすぎるとシールドとしての効果が減少するため、高分極率層２８の膜厚は５ｎｍ以下にすることが望ましい。

また、本実施形態による磁気ヘッドでは、自由磁化層２２の磁化方向の制御のためのバイアスを印加するための層として、インスタックバイアス構造に用いるような反強磁性材料を用いていない。したがって、熱処理を行って磁化を水平方向に揃える必要はなく、製造プロセスを複雑にすることもない。

次に、本実施形態による磁気ヘッドの製造方法について図３及び図４を用いて説明する。

まず、セラミック基板１０上に、例えば電気めっき法により、例えば膜厚数μｍのＮｉＦｅを形成し、ＮｉＦｅよりなる下部シールド層１２を形成する。下部シールド層１２は、パターニングプロセスを用いて所望の形状に形成される。

次いで、下部シールド層１２上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚５ｎｍのＴａ膜と、例えば膜厚４ｎｍのＲｕ膜とを堆積する。これにより、Ｔａ膜とＲｕ膜との積層膜よりなる下地層１４を形成する。

次いで、下地層１４上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１０ｎｍのＩｒＭｎ膜を堆積し、ＩｒＭｎ膜よりなる反強磁性層１６を形成する。

次いで、反強磁性層１６上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜を堆積し、ＣｏＦｅ膜よりなる強磁性層１８ａを形成する。

次いで、強磁性層１８ａ上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜を堆積し、Ｒｕ膜よりなる非磁性中間層１８ｂを形成する。

次いで、非磁性中間層１８ｂ上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜を堆積し、ＣｏＦｅ膜よりなる強磁性層１８ｃを形成する。

こうして、強磁性層１８ａ、非磁性中間層１８ｂ及び強磁性層１８ｃの積層膜よりなる積層フェリ構造の固定磁化層１８を形成する。

次いで、固定磁化層１８上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚０．８ｎｍのＭｇＯ膜を堆積し、ＭｇＯ膜よりなるバリア層２０を形成する。

次いで、バリア層２０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１ｎｍのＣｏＦｅ膜２２ａを形成する。

次いで、ＣｏＦｅ膜２２ａ上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２ｎｍのＮｉＦｅ膜２２ｂを形成する。

こうして、ＣｏＦｅ膜２２ａとＮｉＦｅ膜２２ｂとの積層膜よりなる自由磁化層２２を形成する。

次いで、自由磁化層２２上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚６ｎｍのＣｕ膜を堆積し、Ｃｕ膜よりなる非磁性中間層２４を形成する（図３（ａ））。

次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、非磁性中間層２４、自由磁化層２２、バリア層２０、固定磁化層１８、反強磁性層１６及び下地層をメサ形状にパターニングする（図３（ｂ））。

次いで、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積し、絶縁膜２６を形成する。

次いで、例えばＣＭＰ法により、非磁性中間層２４が露出するまで絶縁膜２６を研磨する（図４（ａ））。

次いで、非磁性中間層２４及び絶縁膜２６上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚４ｎｍのＣｏ_２ＦｅＡｌ膜を堆積し、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ膜よりなる高分極率層２８を形成する。

次いで、高分極率層２８上に、例えば電気めっき法により、例えば膜厚数μｍのＮｉＦｅを形成し、ＮｉＦｅよりなる上部シールド層３０を形成する（図４（ｂ））。

こうして、図１に示す本実施形態の磁気ヘッドを完成する。

このように、本実施形態によれば、自由磁化層２２と上部シールド層との間に高分極率層２８を設け、自由磁化層２２から上部シールド層３０側に向かう電流を流すことにより、スピン偏極した伝導電子を高分極率層２８から自由磁化層２２に注入するので、自由磁化層２２に流れ込んだ伝導電子のスピントルクによって自由磁化層２２の磁化方向を安定化させることができる。また、この高分極率層２８は、上部シールド層３０の一部として構成できるので、リードギャップを広げることなく、自由磁化層２２の磁化方向を安定化させることができる。

また、自由磁化層２２の磁化方向を安定化するために設ける高分極率層２８は、反強磁性層ではなく強磁性層であるため、製造プロセスにおいて水平方向に磁化を揃えるための熱処理を行う必要はない。これにより、製造プロセスを複雑にすることなく、自由磁化層２２の磁化方向を安定化しうる構造を得ることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による磁気ヘッド及び磁気記録装置について図５及び図６を用いて説明する。なお、図１乃至図４に示す第１実施形態による磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッドと同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。

図５は本実施形態による磁気記録装置の構造を示す概略平面図、図６は本実施形態による磁気記録装置の磁気ヘッドの構造を示す正面図である。

はじめに、本実施形態による磁気記録装置の構造について図５を用いて説明する。

本実施形態による磁気記録装置４０は、例えば平たい直方体の内部空間を区画する箱形の筐体本体４２を備えている。収容空間には、記録媒体としての１枚以上の磁気ディスク４４が収容されている。磁気ディスク４４は、スピンドルモータ４６の回転軸に装着されている。スピンドルモータ４６は、例えば７２００ｒｐｍや１００００ｒｐｍといった高速度で磁気ディスク４４を回転させることができる。筐体本体４２には、筐体本体４２との間で収容空間を密閉する蓋体すなわちカバー（図示されず）が結合される。

収容空間には、ヘッドアクチュエータ４８がさらに収容されている。このヘッドアクチュエータ４８は、垂直方向に延びる支軸５０に回転自在に連結されている。ヘッドアクチュエータ４８は、支軸５０から水平方向に延びる複数のアクチュエータアーム５２と、各アクチュエータアーム５２の先端に取り付けられてアクチュエータアーム５２から前方に延びるヘッドサスペンションアセンブリ５４とを備えている。アクチュエータアーム５２は、磁気ディスク４４の表面および裏面ごとに設置されている。

ヘッドサスペンションアセンブリ５４は、ロードビーム５６を備えている。ロードビーム５６は、いわゆる弾性屈曲域でアクチュエータアーム５２の前端に連結されている。弾性屈曲域の働きで、ロードビーム５６の前端には、磁気ディスク４４の表面に向かって所定の押し付け力が作用する。ロードビーム５６の前端には、磁気ヘッド５８が支持されている。磁気ヘッド５８は、ロードビーム５６に固定されるジンバル（図示されず）に姿勢変化自在に受け止められている。

磁気ディスク４４の回転に基づき磁気ディスク４４の表面で気流が生成されると、気流の働きで磁気ヘッド５８には正圧すなわち浮力および負圧が作用する。浮力および負圧とロードビーム５６の押し付け力とが釣り合うことで磁気ディスク４４の回転中に比較的に高い剛性で磁気ヘッド５８は浮上し続けることができる。

アクチュエータアーム５２には、例えばボイスコイルモータ（ＶＣＭ）といった動力源６０が接続されている。この動力源６０の働きでアクチュエータアーム５２は支軸５０回りで回転することができる。こうしたアクチュエータアーム５２の回転に基づきヘッドサスペンションアセンブリ５４の移動は実現される。磁気ヘッド５８の浮上中に支軸５０回りでアクチュエータアーム５２が揺動すると、磁気ヘッド５８は径方向に磁気ディスク４４の表面を横切ることができる。こうした移動に基づき、磁気ヘッド５８を磁気ディスク４４上の所望の記録トラックに位置決めすることができる。

次に、本実施形態による磁気記録装置の磁気ヘッド５８について図６を用いて詳述する。

図６に示すように、磁気抵抗効果素子よりなる再生ヘッド６２と誘導型書き込み素子よりなる記録ヘッドとを有する磁気ヘッド５８は、一般的に、ヘッドスライダの基体となるＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ（アルチック）よりなる平坦な基板１０上に、再生ヘッド６２、記録ヘッド６４の順に積層されて形成され、アルミナ等の絶縁体により覆われている。

再生ヘッド６２は、例えば本発明の第１実施形態による磁気抵抗効果素子であり、基板１０上に形成された下部電極としての下部シールド層１２と、下部シールド層１２上に形成された下地層１４と、下地層１４上に形成された反強磁性層１６と、反強磁性層１６上に形成された固定磁化層１８と、固定磁化層１８上に形成されたバリア層２０と、バリア層２０上に形成された自由磁化層２２と、自由磁化層２２上に形成された非磁性中間層２４と、非磁性中間層２４上に形成された高分極率層２８と、高分極率層２８上に形成された上部電極としての上部シールド層３０とを有している。なお、図６では簡略化のため、下地層１４から非磁性中間層２４までの積層膜を一括して、磁気抵抗効果膜３２として表している。

記録ヘッド６４は、磁気ディスク４４対向面にトラック幅に相当する幅を有する上部磁極６６と、非磁性ギャップ層６８を挟んで対向する下部磁極７０と、上部磁極６６と下部磁極７０とを接続するヨーク（図示せず）と、ヨークを巻回するコイル（図示せず）などにより構成される。上部磁極６６、下部磁極６８及びヨークは、軟磁性材料より構成され、記録磁界を確保するために飽和磁束密度の大なる材料、例えば、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ合金などが好適である。

この磁気ヘッド５８を用いた磁気ディスク４４への書き込みは、記録ヘッド６４により行う。すなわち、上部磁極６６と下部磁極７０との間より漏洩する磁場により、記録ヘッド６４に対向する磁気ディスク４４に情報が記録される。

また、磁気ディスク４４に書き込まれた情報の再生は、再生ヘッド６２により行う。すなわち、磁気ディスク４４に記録された情報に基づいて漏洩する磁場を、磁気抵抗効果膜１６の抵抗変化として検知することにより、磁気ディスク４４に記録された情報を読み出すことができる。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態による磁気ヘッドを用いて磁気記録装置を構成するので、再生ヘッドのリードギャップを微細且つ高精度にできるとともに、その動作を安定化させることができる。これにより、磁気記録装置の記録密度及び歩留まりを向上することができる。

［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、磁気抵抗効果素子を、固定磁化層１８、バリア層２０及び自由磁化層２２により構成されるトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunnel Magneto-Resistive effect）素子としたが、バリア層２０の代わりに非磁性導電性材料を用いた巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-Resistive effect）素子とした場合にも、本発明を適用することができる。この場合、非磁性導電性材料としては、Ｃｕ等の導電性材料を適用することができる。

また、上記第１実施形態では、固定磁化層１８を、強磁性層１８ｃ／非磁性層１８ｂ／強磁性層１８ａの積層構造により形成して磁化固定力を高める構成としたが、一層の強磁性層によって固定磁化層１８を形成するようにしてもよい。

また、上記第１実施形態では、自由磁化層２２を、ＣｏＦｅ膜とＮｉＦｅ膜との積層膜としたが、一層の強磁性層や、固定磁化層１８と同様の積層フェリ構造としてもよい。

上記実施形態に記載された磁気抵抗効果素子の各層の構成材料は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

以上詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。

（付記１）第１の電極層と、
前記第１の電極層上に形成され、磁化方向が規制された第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層上に、第１の非磁性層を介して形成され、外部磁場により磁化方向が変化する第２の強磁性層とを有する磁気抵抗効果膜と、
前記第２の強磁性層上に、第２の非磁性層を介して形成され、前記第２の強磁性層にスピン偏極した電子を注入するための第３の強磁性層と、
前記第３の強磁性層上に形成された第２の電極層と
を有することを特徴とする磁気ヘッド。

（付記２）付記１記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第３の強磁性層を構成する強磁性材料は、ハーフメタルである
ことを特徴とする磁気ヘッド。

（付記３）付記１又は２記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第３の強磁性層を構成する強磁性材料は、ホイスラー組成を有する金属である
ことを特徴とする磁気ヘッド。

（付記４）付記１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第３の強磁性層の膜厚は、５ｎｍ以下である
ことを特徴とする磁気ヘッド。

（付記５）付記１乃至４のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第２の非磁性層の膜厚は、２ｎｍ以上、１５ｎｍ以下である
ことを特徴とする磁気ヘッド。

（付記６）付記１乃至５のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第２の非磁性層は、導電性の非磁性材料よりなる
ことを特徴とする磁気ヘッド。

（付記７）付記１乃至６のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第１の電極層から前記第２の電極層に向けて電流を流す電流印加手段を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッド。

（付記８）付記１乃至７のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第１の電極層及び前記第２の電極層は、磁気シールド層を兼ねる
ことを特徴とする磁気ヘッド。

（付記９）付記８記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第３の強磁性層は、前記磁気シールド層の一部をなす
ことを特徴とする磁気ヘッド
（付記１０）磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に記録された磁気情報を抵抗値の変化に基づいて検出する付記１乃至９のいずれか１項に記載の磁気ヘッドと
を有することを特徴とする磁気記録装置。

（付記１１）第１の電極層と、前記第１の電極層上に形成され、磁化方向が規制された第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層上に第１の非磁性層を介して形成され、外部磁場により磁化方向が変化する第２の強磁性層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性層上に第２の非磁性層を介して形成された第３の強磁性層と、前記第３の強磁性層上に形成された第２の電極層とを有する磁気ヘッドの駆動方法であって、
前記第１の電極層から前記第２の電極層に向けて電流を流すことにより、前記第３の強磁性層から前記第２の強磁性層にスピン偏極した電子を注入し、前記第２の強磁性層の磁化方向を安定化させる
ことを特徴とする磁気ヘッドの駆動方法。

（付記１２）付記１１記載の磁気ヘッドの駆動方法において、
前記第１の電極層から前記第２の電極層に向けて流す前記電流の電流値は、前記第２の磁性層の磁化反転に要する電流値を１００％として、５０％〜２００％である
ことを特徴とする磁気ヘッドの駆動方法。

本発明の第１実施形態による磁気ヘッドの構造を示す概略断面図である。本発明の第１実施形態による磁気ヘッドの電気特性を示すグラフである。本発明の第１実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その１）である。本発明の第１実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その２）である。本発明の第２実施形態による磁気記録装置の構造を示す概略平面図である。本発明の第２実施形態による磁気記録装置の磁気ヘッドの構造を示す正面図である。

符号の説明

１０…セラミック基板
１２…下部シールド層
１４…下地層
１６…反強磁性層
１８…固定磁化層
１８ａ，１８ｃ…強磁性層
１８ｂ，２４…非磁性中間層
２０…バリア層
２２…自由磁化層
２２ａ…ＣｏＦｅ膜
２２ｂ…ＮｉＦｅ膜
２６…絶縁膜
２８…高分極率層
３０…上部シールド層
３２…磁気抵抗効果膜
４０…磁気記録装置
４２…筐体本体
４４…磁気ディスク
４６…スピンドルモータ
４８…ヘッドアクチュエータ
５０…支軸
５２…アクチュエータアーム
５４…ヘッドサスペンションアセンブリ
５６…ロードビーム
５８…磁気ヘッド
６０…動力源
６２…再生ヘッド
６４…記録ヘッド
６６…上部磁極
６８…非磁性ギャップ層
７０…下部磁極

Claims

第１の電極層と、
前記第１の電極層上に形成され、磁化方向が規制された第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層上に、第１の非磁性層を介して形成され、外部磁場により磁化方向が変化する第２の強磁性層とを有する磁気抵抗効果膜と、
前記第２の強磁性層上に、第２の非磁性層を介して形成され、前記第２の強磁性層にスピン偏極した電子を注入するための第３の強磁性層と、
前記第３の強磁性層上に形成された第２の電極層と
を有することを特徴とする磁気ヘッド。
請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第３の強磁性層を構成する強磁性材料は、ホイスラー組成を有する金属である
ことを特徴とする磁気ヘッド。
請求項１又は２記載の磁気ヘッドにおいて、
前記第１の電極層から前記第２の電極層に向けて電流を流す電流印加手段を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッド。
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に記録された磁気情報を抵抗値の変化に基づいて検出する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ヘッドと
を有することを特徴とする磁気記録装置。
第１の電極層と、前記第１の電極層上に形成され、磁化方向が規制された第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層上に第１の非磁性層を介して形成され、外部磁場により磁化方向が変化する第２の強磁性層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性層上に第２の非磁性層を介して形成された第３の強磁性層と、前記第３の強磁性層上に形成された第２の電極層とを有する磁気ヘッドの駆動方法であって、
前記第１の電極層から前記第２の電極層に向けて電流を流すことにより、前記第３の強磁性層から前記第２の強磁性層にスピン偏極した電子を注入し、前記第２の強磁性層の磁化方向を安定化させる
ことを特徴とする磁気ヘッドの駆動方法。