JP2008130809A - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 スペーサー層と、スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるCPP構造の巨大磁気抵抗効果素子であって、スペーサー層は、非磁性金属材料から形成された第1および第2の非磁性金属層と、これらの第1および第2の非磁性金属層の間に介在された半導体酸化物層を有し、スペーサー層を構成する半導体酸化物層は、その主成分が酸化亜鉛から構成され、主成分である酸化亜鉛に、Al2O3、Ga2O3、In2O3、B2O3の三価の陽イオンを含む酸化物、およびTiO2の四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも1種を含有させるように構成される。
【選択図】 図1
Description
図1を参照して、本発明のCPP構造の巨大磁気抵抗効果素子(CPP−GMR素子)を有する再生ヘッドの構成について、詳細に説明する。
本発明における磁化固定層30は、第1のシールド層3の上に形成された下地層21を介して形成されたピンニング作用を果たす反強磁性層22の上に形成されている。
フリー層50は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、保磁力が小さい強磁性層(軟磁性層)により構成されている。フリー層50の厚さは、例えば2〜10nm程度とされる。単層のみで構成することもできるが、積層された複数の強磁性層を含んだ多層膜としてもよい。また、フリー層50には、ホイスラー合金層を含んでいてもよい。
本発明におけるスペーサー層40は、第1の非磁性金属層41および第2の非磁性金属層43と、これらの第1および第2の非磁性金属層41,43の間に介在された半導体酸化物層42を有し構成される。
スペーサー層40を構成する半導体酸化物層42は、その主成分が酸化亜鉛(ZnO)から構成されており、この主成分である酸化亜鉛(ZnO)に、Al2O3、Ga2O3、In2O3、B2O3の三価の陽イオンを含む酸化物(「Me2O3」と総称して表示することもある)、およびTiO2の四価の陽イオンを含む酸化物(「MeO2」と総称して表示することもある)の中から選ばれた少なくとも1種が含有されている。含有形態は、通常、酸化亜鉛(ZnO)中に三価の陽イオンを含む酸化物や四価の陽イオンを含む酸化物が置換固溶された形態となっている。
(1)Al2O3を含有させる場合には、その含有量は、0.1〜15.0モル%、好ましくは0.3〜15.0モル%とされる。この含有量が0.1モル%未満となると、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという本発明の効果が十分に発現できなくなってしまう。この一方で、含有量が15.0モル%を超えると、高いMR特性を維持することが困難となるという不都合が生じてしまう。
第1の非磁性金属層41、第2の非磁性金属層43に用いられる非磁性金属材料としては、例えば、Cu、Au、Ag、AuCu、CuZn、Cr、Ru、Rhから選択された1種を用いることができる。中でも、Cu、Au、Agが好ましい。
反強磁性層22は、上述したように磁化固定層30との交換結合により、磁化固定層30の磁化の方向を固定するように作用している。
次いで、上述してきた磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドの全体構成について説明する。前述したように図2および図3は本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明するための図面であり、図2は、薄膜磁気ヘッドのABSおよび基板に垂直な断面を示している。図3は、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のABSに平行な断面を示している。
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。
下記表1に示されるような積層構造からなる本発明のCPP−GMR素子サンプルおよび参考例となるCPP−GMR素子サンプルを、それぞれスパッタ法にて成膜して準備した。なお、具体的なサンプルの作製に際しては、表1中のスペーサー層の一部を構成する半導体酸化物層の厚さ、および半導体酸化物層(主成分ZnO)中に含有させるMe2O3やMeO2の種類を変えて、表2に示されるような種々のサンプルを作製した。
ZnO層はZn単体がスパッタにより形成できないことから、ZnOのターゲットを用いてスパッタ成膜した。
ZnOターゲットにMe2O3チップを貼り付けてスパッタ成膜した。表2に示される添加の状態では、成膜された膜中に、4モル%のMe2O3が含有されるようにした。
ZnOターゲットにMeO2チップを貼り付けてスパッタ成膜した。表2に示される添加の状態では、成膜された膜中に、4モル%のMeO2が含有されるようにした。
通常の直流4端子法でMR比を測定した。MR比は、抵抗の変化量ΔRを、抵抗値Rで割った値であり、ΔR/Rで表される。数値が小さいために%表示に換算した。
なお、MR比は、サンプル数100個の素子での平均値として求めた。
直流4端子法で測定した。
CPP−GMR素子サンプルの面積抵抗から、スペーサー層40の面積抵抗以外の面積抵抗を引いて、スペーサー層40の面積抵抗を求め、さらにこの値をスペーサ層40の厚さで除算して、スペーサー層40の抵抗率(Ω・cm)を求めた。スペーサー層の導電率(S/cm)は、スペーサー層40の抵抗率(Ω・cm)の逆数として算出される。
まず最初に、各素子の面積抵抗ARを測定し、面積抵抗ARのバラツキ度を標準偏差値σ(%)として算出した。サンプル数100個とした。表2中のサンプルNo.3(参考例)の標準偏差値σ(%)を基準値として、この基準値に対する各サンプルのARの標準偏差値σ(%)の比を「ARσ規格値」として求めた。
結果を下記表2に示した。
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、Al2O3の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗AR(Ω・μm2)は、上記の実験例Iの結果、MR比の良好な値が得られた0.17Ω・μm2近傍となるように設定して実験を行なった。
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、Ga2O3の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗AR(Ω・μm2)は、上記の実験例Iの結果、MR比の良好な値が得られた0.17Ω・μm2近傍となるように設定して実験を行なった。
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、B2O3の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗AR(Ω・μm2)は、上記の実験例Iの結果、MR比の良好な値が得られた0.17Ω・μm2近傍となるように設定して実験を行なった。
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、In2O3の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗AR(Ω・μm2)は、上記の実験例Iの結果、MR比の良好な値が得られた0.17Ω・μm2近傍となるように設定して実験を行なった。
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、TiO2の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗AR(Ω・μm2)は、上記の実験例Iの結果、MR比の良好な値が得られた0.17Ω・μm2近傍となるように設定して実験を行なった。
スペーサー層の一部を構成する第1の非磁性金属層の厚さT11、および第2の非磁性金属層の厚さT22が、本発明の効果に及ぼす影響を調べるための実験を行なった。
2…絶縁層
3…第1のシールド層
4…絶縁膜
5…磁気抵抗効果素子(MR素子)
6…バイアス磁界印加層
7…絶縁層
8…第2のシールド層
9…記録ギャップ層
10…薄膜コイルの第1層部分
12…上部磁極層
15…薄膜コイル第2層部分
17…オーバーコート層
20…媒体対向面(ABS)
21…下地層
22…反強磁性層
30…磁化固定層
31…アウター層
32…非磁性中間層
33…インナー層
40…スペーサー層
41…第1の非磁性金属層
42…半導体酸化物層
43…第2の非磁性金属層
50…フリー層
Claims (16)
- スペーサー層と、
前記スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるCPP(Current Perpendicular to Plane)構造の巨大磁気抵抗効果素子(CPP−GMR素子)であって、
前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能しており、
前記スペーサー層は、非磁性金属材料から形成された第1および第2の非磁性金属層と、これらの第1および第2の非磁性金属層の間に介在された半導体酸化物層を有し、
前記スペーサー層を構成する半導体酸化物層は、その主成分が酸化亜鉛から構成され、当該主成分である酸化亜鉛に、Al2O3、Ga2O3、In2O3、B2O3の三価の陽イオンを含む酸化物およびTiO2の四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも1種が含有されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記主成分である酸化亜鉛に、Al2O3、Ga2O3、In2O3、B2O3の三価の陽イオンを含む酸化物および四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも1種が置換固溶される請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記主成分である酸化亜鉛に含有される三価の陽イオンを含む酸化物および四価の陽イオンを含む酸化物の含有量は、MR特性を劣化させることなく、半導体酸化物層の抵抗を下げて、半導体酸化物層の膜厚を増大させることができるような含有範囲とされる請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記主成分である酸化亜鉛に含有されるAl2O3の含有量は、0.1〜15.0モル%である請求項3に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記主成分である酸化亜鉛に含有されるGa2O3の含有量は、0.1〜20.0モル%である請求項3に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記主成分である酸化亜鉛に含有されるB2O3の含有量は、0.1〜15.0モル%である請求項3に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記主成分である酸化亜鉛に含有されるIn2O3の含有量は、0.1〜15.0モル%である請求項3に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記主成分である酸化亜鉛に含有されるTiO2の含有量は、0.1〜20.0モル%である請求項3に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記スペーサー層を構成する半導体酸化物層の厚さは、2.0〜4.0nmである請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第1および第2の非磁性金属層は、それぞれ、Cu、Au、Agの中から選ばれた少なくとも1種である請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第1および第2の非磁性金属層の厚さは、それぞれ、0.3〜2.0nmである請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 磁気抵抗効果素子の面積抵抗が、0.1〜0.3Ω・μm2である請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記スペーサー層の導電率が100〜1450(S/cm)である請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 記録媒体に対向する媒体対向面と、
前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項1ないし請求項13のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すための一対の電極と、
を有してなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 - 請求項14に記載された薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
を備えてなることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。 - 請求項14に記載された薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
を備えてなることを特徴とするハードディスク装置。
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