JP2008204565A - 磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、CPP構造の磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関し、高性能化を実現したCPP磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
【解決手段】磁気抵抗効果素子1は、非磁性中間層12を介して積層された強磁性フリー層14及び強磁性ピンド層10と、強磁性ピンド層10の磁化を固定する反強磁性ピニング層8とを備えた磁気抵抗効果膜1xを有している。磁気抵抗効果膜1xの反強磁性ピニング層8側表面には、ルテニウム(Ru)からなる第1下地層2と、軟磁性層からなる第2下地層4とがこの順に積層された下地層6が形成されている。下地層6下層には、センス電流を流す一方の電極としても機能する第1磁気シールド層16が形成され、保護膜15上には、他方の電極としても機能する第2磁気シールド層18が形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に係り、特に、いわゆるスピンバルブ(SV)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、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関する。
スピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子は2層の磁性層を有しており、一方の磁性層は反強磁性層との間の一方向異方性磁界(Hua)等により磁化方向が固定され、他方の磁性層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されている。そして、これら2つの磁性層間の磁化方向の相対角度の変化に応じて素子の電気抵抗が変化する性質を利用し、電気抵抗の変化に基づいて当該外部磁界の方向、及び大きさを検出する。
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、高密度磁気記録再生装置における高感度な再生ヘッドとして有望である。
CPP構造型のCPP−SV膜やTMR(tunnel magnetoresistance)膜等の磁気抵抗効果膜を用いた再生磁気ヘッドには、磁気抵抗効果膜の膜厚方向の両端に非磁性層を介して軟磁性再生磁気シールド層が形成されている。この上下2層の再生磁気シールド層間の距離は再生(リード)ギャップと呼ばれ、再生磁気ヘッドの分解能、及び感度を決定する重要な要素である。再生ギャップが短い程、再生磁気ヘッドは高性能となる。
特開2001−325704号公報 特開平7−287819号公報 特開2000−216020号公報 特開2003−317213号公報 Atsushi Tanaka et al.,"Spin−Valve Heads in the Current−Perpendicular−to−Plane Mode for Ultrahigh−Density Recording",IEEE Trans.Magn.,Vol.38,pp.84−88, January 2002
しかしながら、上記再生磁気シールド層の磁気シールド機能を十分に発揮させるには、磁気抵抗効果膜の軟質強磁性フリー層や、反強磁性又は硬質強磁性ピニング層と磁気的な結合を遮断させる必要がある。磁気抵抗効果膜と再生磁気シールド層との間に配置された非磁性層が、この両者の磁気的結合を遮断する機能を有するが、この非磁性層、いわゆる磁気結合遮断層(下地層を含む)を如何に薄膜化し、上下の再生磁気シールド層間距離を低減させるかが磁気抵抗効果素子の高性能化の課題であった。
本発明の目的は、高性能化を実現したCPP構造を有する磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することにある。
上記目的は、非磁性中間層を介して磁気的に分離されて積層され、軟磁性を示し外部磁場に依存して磁化方向が変化する強磁性フリー層と、硬磁性を示し外部磁場に対し磁化方向が変化し難い強磁性ピンド層と、前記強磁性ピンド層の磁化を固定するように前記非磁性中間層と反対側の前記強磁性ピンド層表面に積層された反強磁性ピニング層とを備え、前記強磁性フリー層と前記強磁性ピンド層の磁化方向の相対角度の変化で電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の前記反強磁性ピニング層側表面に、ルテニウム(Ru)からなる第1下地層と、軟磁性層からなる第2下地層とがこの順に積層された下地層と、前記磁気抵抗効果膜側と反対側の前記下地層表面に形成され、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流を流す一方の電極としても機能する第1磁気シールド層と、前記磁気抵抗効果膜の前記強磁性フリー層側表面に保護膜を介して形成され、前記センス電流を流す他方の電極としても機能する第2磁気シールド層とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子によって達成される。
上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第2下地層は、fcc構造結晶質軟磁性層であることを特徴とする。上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第1磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を30Oe以下にする場合には、前記第1下地層のRuの厚さd(nm)は、0.5≦d≦1.5であることを特徴とする。また、上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第1磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を5Oe以下にする場合には、前記第1下地層のRuの厚さd(nm)は、0.8≦d≦1.5であることを特徴とする。また、上記本発明の磁気抵抗効果素子であって、前記第2下地層は、Ni、Fe、又はそれらの合金を含むことを特徴とする。
また、上記目的は、磁気記録媒体に情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドであって、上記本発明の磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして備えていることを特徴とする磁気記録再生ヘッドによって達成される。
また、上記目的は、情報を磁気的に記録再生可能な磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に前記情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドとを有する磁気記録再生装置であって、上記本発明の磁気記録再生ヘッドを備えていることを特徴とする磁気記録再生装置によって達成される。
本発明によれば、CPP構造を有する磁気抵抗効果素子の高性能化を実現できる。
本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置について図1乃至図5を用いて説明する。図1は、本実施の形態によるCPP構造を有する磁気抵抗効果素子の積層構造の部分断面を示している。図1(a)に示す磁気抵抗効果素子1は、磁気抵抗効果膜1xとして、下層からそれぞれ数nmから十数nm程度の層厚の反強磁性ピニング層8、強磁性ピンド層10、非磁性中間層12、強磁性フリー層14がこの順で積層された、いわゆるボトム型スピンバルブ膜構造を有している。磁気抵抗効果膜1xの各構成材料は導電性を備えている。
図1(b)に示す磁気抵抗効果素子1’は、磁気抵抗効果膜として、磁気抵抗効果膜として、下層から反強磁性ピニング層8、強磁性ピンド層10、非磁性中間層12、強磁性フリー層14、非磁性中間層20、強磁性ピンド層22、反強磁性ピニング層24の順で積層され、強磁性フリー層14を中心に上下2層に強磁性ピンド層構造10、22が配置されたいわゆるデュアル型スピンバルブ膜構造を有している。図1(a)及び図1(b)に示す構造以外にも、非磁性中間層が絶縁性材料からなる、いわゆるトンネル型磁気抵抗効果膜も本実施の形態を適用可能である。また、強磁性ピンド層10、及び強磁性ピンド層22には二層の強磁性層がルテニウム等の非磁性層を介し、反平行方向に磁気的に結合している、いわゆる積層フェリ型ピンド層も適用可能である。以下、磁気抵抗効果膜1xとして図1(a)に示すボトム型スピンバルブ膜構造を用いて本実施の形態の特徴的構造やその効果について説明する。
図1(a)に示すように、本実施の形態による磁気抵抗効果素子1は、磁気抵抗効果膜1xの下地層として2層構造の積層構造下地層6を有している。積層構造下地層6は、第1(上層)下地層がRu(ルテニウム)非磁性層2からなり、第2(下層)下地層がfcc構造結晶質軟磁性層4からなる(fcc構造結晶質軟磁性層4/Ru非磁性層2)積層構造である点に特徴を有している。ここで、fccは面心立方格子を示している。Ru非磁性層2は、fcc構造結晶質軟磁性層4及びその下層の下部シールド層と磁気抵抗効果膜1xとの磁気結合を遮断する磁気結合遮断層として機能する。
fcc構造結晶質軟磁性層4を構成する軟磁性材料は、具体的には、磁気シールド材料として一般に用いられ導電性を備えるニッケル鉄(NiFe)である。また、反強磁性ピニング層8にはイリジウムマンガン(IrMn)を用いることができる。強磁性ピンド層10にはコバルト鉄(CoFe)を用いることができる。CoFeはIrMnとの間の交換結合力(磁化固定力)により一方向に磁化が固定される。この交換結合力を一方向異方性磁界(Hua)と呼ぶ。Huaは磁気ヘッドの安定性(外部磁場耐性)を示す一指針である。Huaは反強磁性ピニング層8の結晶配向性の影響を受けるため、下地層材料に依存する。
図2は、各種下地層材料及び構造に対するHuaを示すグラフである。図2において、横軸は、本実施の形態による2層(fcc構造結晶質軟磁性層4/Ru非磁性層2)積層構造下地層6と、比較例として2種類の下地層材料及び構造を示している。図2の縦軸はHua(Oe)を表している。
Huaの値は、外部印加磁界を変化させた場合の各スピンバルブ膜試料の膜抵抗値を直流四探針法により測定し、強磁性フリー層14の磁化方向の変化に起因する電気抵抗変化の状態から算出している。
本実施の形態による2層積層構造下地層6のfcc構造結晶質軟磁性層4/Ru非磁性層2は、図2の横軸の(3)に示されており、fcc構造結晶質軟磁性層4として層厚10nmのNiFe軟磁性層を用い、Ru非磁性層2の層厚は1nmのいわゆるNiFe10/Ru1構造である。本下地層構造でのHuaは、3100(Oe)程度である。
図2の横軸の(1)は、比較例としての従来の下地材料として用いられる層厚10nmのNiFe層を示している。本下地層構造でのHuaは、3100(Oe)程度である。図2の横軸の(2)は、比較例としての従来の下地材料であって層厚10nmのNiFe軟磁性層上に層厚2nmの銅(Cu)非磁性層を積層した下地層を示している。本下地層構造でのHuaは、3100(Oe)程度である。
図2に示すように、本実施の形態による2層積層構造下地層6においても従来の下地構造と同等のHuaが得られることがわかる。
第2下地層のfcc構造結晶質軟磁性層4は、下部シールド層である軟磁性再生磁気シールド層(第1磁気シールド層)16上に形成されている。また、強磁性フリー層14上には非磁性材料で形成された保護層15を介して上部シールド層である軟磁性再生磁気シールド層(第2磁気シールド層)18が形成されている。また、上部シールド層18及び下部シールド層16は導電性を備えており、磁気抵抗効果膜1xの膜面に垂直にセンス電流を流すCPP構造の電極として機能する。
下部シールド層16及び上部シールド層18の形成材料は、上述のように一般にNiFe(Niは70〜90原子%、望ましくは約80原子%のいわゆるパーマロイ)が好適に用いられる。下部シールド層16の上部に積層構造下地層6を挟んで磁気抵抗効果膜1xが形成されるが、磁気ヘッドの性能向上の観点からは、再生ギャップを低減させるために、積層構造下地層6の厚さを可能な限り薄くすることが要求される。
一般に反強磁性ピニング層8にIrMn等のMn系材料を用いた場合、その結晶配向性を向上させるために積層構造下地層6はfcc(111)結晶構造の材料を用いることが望ましい。例えば下部シールド層16に用いられるNiFeはfcc(111)結晶構造をとりやすく、本実施の形態のように、例えば反強磁性ピニング層8にIrMnを用いた場合には、その結晶配向性を向上させるために有効である。しかしながら、NiFe下部シールド層16上にIrMnを直接成膜すると両者の間に交換結合力が発生し、NiFeが下部シールド層16としての機能を果たさない。そこで、両者間の交換結合力を遮断し、且つ上層の反強磁性ピニング層8の高結晶配向性を実現させる非磁性の下地層が必要となる。
図2に示すように、NiFe層上の下地層として従来のCuや本実施の形態のRuを用いても十分なHuaが得られる。Cuはfcc結晶構造でありNiFeのfcc(111)結晶構造を引き継ぎ、結果的にIrMn反強磁性ピニング層8の結晶配向性を高める(維持する)効果があることが図2からわかる。一方、Ruはhcp(六方最密充填構造)結晶構造であるが、その方位(結晶面)が(001)の場合にはfcc(111)結晶構造との整合性が高い。図2から、RuはCuと同様にIrMn反強磁性ピニング層8の結晶配向性を高める(維持する)効果があることがわかる。比較のためbcc(体心立方格子構造)結晶構造のTa非磁性下地層について検証したが、この場合にはIrMnの結晶配向性が低下し十分なHuaは得られないことが確認された。このようにNiFeからなるfcc構造結晶質軟磁性層4上で反強磁性ピニング層8の下地層となる非磁性層は、反強磁性ピニング層8の結晶配向性向上の観点からfcc、またはhcp結晶構造の材料を用いることが望ましい。
図3は、非磁性下地層の層厚と、NiFe下部シールド層16及びIrMn反強磁性ピニング層8間の層間結合力との関係を示している。図3の横軸は非磁性下地層の層厚(nm)を表し、縦軸は、層間結合力(Oe)を表している。ここでは下地層/IrMn層/非磁性中間層/NiFe層の順に積層した複数の試料を作製した。当該複数の試料を用いて、IrMn層及びNiFe層間の層間結合力を評価した。
図3において、非磁性中間層にRuを用いた試料αのデータを実線の折線グラフで示し、非磁性中間層にCuを用いた試料βのデータを破線の折線グラフで示す。図3に示すように試料αは、非磁性中間層のRuの層厚が2nmでIrMn層及びNiFe層間の層間結合力はほぼ0(零)であり、Ruの層厚が1nm〜1.5nmで層間結合力は約3Oe以下であり、Ruの層厚が0.8nmで層間結合力は約5Oeとなる。また、Ruの層厚が0.75nmで層間結合力は約7Oeであり、Ruの層厚が0.5nmで層間結合力は約26Oeであり、Ruの層厚が0.4nmで層間結合力は約40Oeである。
一方、試料βは、非磁性中間層のCuの層厚が2nmでIrMn層及びNiFe層間の層間結合力はほぼ0(零)であり、Cuの層厚が1.5nmで層間結合力は約5Oeであり、Cuの層厚が1nmで層間結合力は約35Oeである。
例えばNiFe軟磁性層が磁気シールドとして機能するのに支障のないようにするには、IrMn層及びNiFe層間の層間結合力を5Oe〜30Oe程度にする必要がある。図3では、層間結合力が5Oeの位置を直線の破線γで示している。
図3に示すように、非磁性中間層の厚さが薄くなるにつれて、IrMn層及びNiFe層間の層間結合力が増加してしまう。層間結合力を5Oe程度以下にするには、従来のCu材料では層厚が少なくとも1.5nm以上必要である。一方、本実施の形態のRuでは層厚d(nm)が0.8≦d≦1.5の範囲内で薄膜化することが可能となる。従って、下部シールド層16及びfcc構造結晶質軟磁性層4と磁気抵抗効果膜1xの反強磁性ピニング層8との間の非磁性下地層として、このRu材料は高Hua化、及び薄膜化の観点から有効な材料であることがわかる。
また、層間結合力が5Oe以上30Oe以下でよい場合でも、従来のCu材料では層厚を少なくとも1.0nmより厚くする必要がある。一方、本実施の形態のRuでは層厚d(nm)が0.5≦d≦0.8若しくは1.0nm以下の範囲で薄膜化することが可能となる。特に、層間結合力が30Oeの上限において、Cu材料では1.0nmより厚い層厚が必要となるのに対し、本実施の形態のRuでは層厚dを0.5nm程度に抑えることができる。従って、fcc構造結晶質軟磁性の下部シールド層16と磁気抵抗効果膜1xの反強磁性ピニング層8との間の非磁性下地層として、このRu材料は高Hua化、及び薄膜化の観点から有効な材料であることがわかる。
また、実際の磁気ヘッド作製プロセスにおいては、下部シールド層16と積層構造下地層6上の磁気抵抗効果膜1xの成膜は不連続な工程となる。そのため、磁気抵抗効果膜1xを成膜する工程においては、NiFeのようなシールド材として機能するfcc構造結晶質軟磁性層4を下部シールド材料上に成膜し、続けてRu非磁性層2の下地層を成膜することにより、下部シールド層16の結晶配向を効率よく引き継ぎ、上層の反強磁性ピニング層8の結晶配向性を高めることが可能となる。この場合、fcc構造結晶質軟磁性層4は下部シールド層16の一部として機能するため、再生磁気ヘッドの実際のギャップ開始位置は、Ru非磁性層2の下地層からになる。そのため1.5nm以下という非常に薄い磁気抵抗効果膜の下地層を実現することができる。もちろん、成膜前の下部シールド層16の表面洗浄や、成膜環境を整えることにより、下部シールド層16上にRu非磁性層2を直接成膜することも可能である。
以上のように、磁気抵抗効果膜1xの積層構造下地層6として磁気シールド層として機能するfcc構造結晶質の軟磁性層4と磁気結合遮断層として機能するRu非磁性層2との積層構造を用いることにより、磁気抵抗効果膜1xの安定性(外部磁場耐性)を得るとともに、再生ヘッドの狭ギャップ化を図ることができる。
このように、本実施の形態によるCPP構造磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜1xの下地の積層構造下地層6の層厚を低減させ、磁気抵抗効果膜1xと下部シールド層16との間の距離、ひいては再生ギャップ長を低減させることが可能となる。
また、本実施の形態によれば、外部磁場耐性の向上を実現することができる。これにより、再生磁気ヘッドの性能が向上し、この再生磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置の性能、及び記録密度の向上を実現できる。
図4は、本実施の形態による磁気抵抗効果素子1を再生磁気ヘッドとして用い、誘導型の記録磁気ヘッドをさらに備えた磁気記録再生ヘッド30の部分断面構造を示している。磁気抵抗効果素子1を用いた再生磁気ヘッドは、不図示の磁気ディスクから作用する磁界に応じた電気抵抗の変化に基づき2値情報を検出する。誘導型記録磁気ヘッドは、例えば導電コイルパターン(図示せず)で生起される磁界を利用して磁気ディスクに2値情報を書き込む。
図4に示す磁気抵抗効果素子1は、図1(a)に示したのと同様の構成を備えており、両面にそれぞれ保護層15と積層構造下地層6(共に不図示)が積層された磁気抵抗効果膜1xが上部及び下部シールド層18、16に挟み込まれている。下部シールド層16は、例えばアルミナ(Al)層からなるアンダーコート層32上に形成されている。磁気抵抗効果膜1xの両側に隣接して、上部及び下部シールド層18、16間には絶縁層34が形成されている。
上部シールド層18の表面には、例えばAl層の非磁性ギャップ層36が形成されている。アンダーコート層32と非磁性ギャップ層36と、その間に挟まれた磁気抵抗効果素子1及び磁気抵抗効果膜1xの両側に隣接する絶縁層34とで再生磁気ヘッドが構成される。この絶縁層34の一部に磁気抵抗効果膜にバイアス磁場を印加するバイアス膜が形成されることもある(不図示)。上部シールド層18と下部シールド層16は、磁気抵抗効果膜1xに膜面に垂直にセンス電流を供給する一対の電極としても機能する。
磁気抵抗効果膜1xでは、強磁性フリー層14の磁化方向が磁気記録媒体からの信号磁界により変化し、強磁性ピンド層10の磁化方向との相対角が変化することにより、電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化に基づき磁気抵抗効果膜1x膜面に垂直にセンス電流を流すことにより、磁気情報が検出電圧の変化として読み出される。
磁気抵抗効果素子1の上方の非磁性ギャップ層36上には誘導型記録磁気ヘッドの上部磁極層38が形成されている。上部磁極層38は例えばNiFeで形成されている。上部磁極層38は、非磁性ギャップ層36上面に堆積されたオーバーコート層40に覆われている。
上部シールド層18と非磁性ギャップ層36と、上部磁極層38と、オーバーコート層40とで誘導型記録磁気ヘッドが構成される。
上部磁極層38及び上部シールド層18とで誘導型記録磁気ヘッドの磁性コアが構成される。つまり、磁気抵抗効果素子1の上部シールド層18は、誘導型記録磁気ヘッドの下部磁極層として機能する。不図示の導電コイルで磁界が生成されて上部磁極層38と上部シールド層18とを結ぶ磁路が形成されると非磁性ギャップ層36の外側に漏れ磁界が生じる。この漏れ磁界を不図示の磁気記録媒体面に印加することにより情報を記録することができる。
なお、磁気抵抗効果素子1の上部シールド層18と誘導型記録ヘッドの下部磁極層とは個別に形成してももちろんよい。
図5は、本実施の形態による磁気抵抗効果素子1を備えた磁気記録再生装置の一例としてのハードディスク駆動装置(HDD)50の内部構造を概略的に示す。HDD50は、例えば直方体の内部空間を画定する箱状の筐体52を有している。筐体52内の収容空間には、磁気記録媒体としての1枚以上の円盤状の磁気ディスク53が収容されている。磁気ディスク53の中心はスピンドルモータ54の回転軸に固定されている。
スピンドルモータ54は、例えば4200rpm(回転数/分)〜7200rpm、あるいは15000rpmの高速度で磁気ディスク53を回転させることができる。筐体52には、筐体52との間で収容空間を密閉する蓋体すなわちカバー(図示せず)が結合される。
収容空間には、垂直方向に延びる支軸55回りで揺動するキャリッジ56がさらに収容されている。キャリッジ56は、支軸55から水平方向に延びる剛体の揺動アーム57と、揺動アーム57の先端に取り付けられて揺動アーム57から前方に延びる弾性サスペンション58とを備えている。弾性サスペンション58の先端では、いわゆるジンバルばね(図示せず)の働きで浮上ヘッドスライダ59が片持ち支持されている。浮上ヘッドスライダ59には、磁気ディスク53の表面に向かって弾性サスペンション58から押し付け力が作用する。磁気ディスク53の回転に基づき磁気ディスク53の表面で生成される気流の働きで浮上ヘッドスライダ59には浮力が作用する。弾性サスペンション58の押し付け力と浮力とのバランスで磁気ディスク53の回転中に比較的に高い剛性で浮上ヘッドスライダ59は浮上し続けることができる。
浮上ヘッドスライダ59の浮上中に、キャリッジ56が支軸55回りで揺動すると、浮上ヘッドスライダ59は半径方向に磁気ディスク53の表面を横切ることができる。こうした移動に基づき浮上ヘッドスライダ59は磁気ディスク53上の所望の記録トラックに位置決めされる。このとき、キャリッジ56の揺動は例えばボイスコイルモータ(VCM)といったアクチュエータ60の働きを通じて実現される。複数枚の磁気ディスク53が筐体52内に組み込まれる場合には、隣接する磁気ディスク53同士の間で1本の揺動アーム57に対して2つの弾性サスペンション58が搭載される。
浮上ヘッドスライダ59には、図4に示した磁気記録再生ヘッド30が搭載されている。磁気記録再生ヘッド30の再生磁気ヘッドで磁気ディスク53に記録された磁界に応じた電気抵抗の変化に基づき情報が読み出され、誘導型記録磁気ヘッドで生じる磁界を利用して磁気ディスク53に情報が書き込まれる。
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、第2下地層のfcc構造結晶質軟磁性層4は、fcc構造結晶で軟磁性を有していれば、NiFe以外の材料を用いることももちろん可能である。例えば、ニッケルクロム合金層(NiCr層)やニッケルクロム鉄合金層(NiCrFe)を用いることができる。
また、反強磁性ピニング層8にはイリジウムマンガン(IrMn)の他に、パラジウム白金マンガン(PdPtMn)、白金マンガン(PtMn)、パラジウムマンガン(PdMn)、ニッケルマンガン(NiMn)、鉄マンガン(FeMn)といった反強磁性合金材料を用いることができる。
以上説明した本実施の形態による磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置は、以下のようにまとめられる。
(付記1)
非磁性中間層を介して磁気的に分離されて積層され、軟磁性を示し外部磁場に依存して磁化方向が変化する強磁性フリー層と、硬磁性を示し外部磁場に対し磁化方向が変化し難い強磁性ピンド層と、前記強磁性ピンド層の磁化を固定するように前記非磁性中間層と反対側の前記強磁性ピンド層表面に積層された反強磁性ピニング層とを備え、前記強磁性フリー層と前記強磁性ピンド層の磁化方向の相対角度の変化で電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の前記反強磁性ピニング層側表面に、ルテニウム(Ru)からなる第1下地層と、軟磁性層からなる第2下地層とがこの順に積層された下地層と、
前記磁気抵抗効果膜側と反対側の前記下地層表面に形成され、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流を流す一方の電極としても機能する第1磁気シールド層と、
前記磁気抵抗効果膜の前記強磁性フリー層側表面に保護膜を介して形成され、前記センス電流を流す他方の電極としても機能する第2磁気シールド層と
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
(付記2)
付記1記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第2下地層は、fcc構造結晶質軟磁性層であること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
(付記3)
付記1又は2に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を30Oe以下にする場合には、
前記第1下地層のRuの厚さd(nm)は、
0.5≦d≦1.5
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
(付記4)
付記1又は2に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第1磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を5Oe以下にする場合には、
前記第1下地層のRuの厚さd(nm)は、
0.8≦d≦1.5
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
(付記5)
付記1乃至4のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第2下地層は、Ni、Fe、又はそれらの合金を含むこと
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
(付記6)
付記5記載の磁気抵抗効果素子であって、
前記第2下地層は、NiFeからなり、Ni組成が70〜90原子%であること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
(付記7)
磁気記録媒体に情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドであって、
付記1乃至6のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして備えていること
を特徴とする磁気記録再生ヘッド。
(付記8)
情報を磁気的に記録再生可能な磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に前記情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドとを有する磁気記録再生装置であって、
付記7記載の磁気記録再生ヘッドを備えていること
を特徴とする磁気記録再生装置。
本発明の一実施の形態によるCPP構造を有する磁気抵抗効果素子の積層構造の部分断面を示す図である。 本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜の交換結合力を比較例と共に示す図である。 本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子の非磁性下地層の層厚と、NiFe下部シールド層16及びIrMn反強磁性ピニング層8間の層間結合力との関係を比較例(Cu)と共に示す図である。 本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして用い、誘導型の記録磁気ヘッドをさらに備えた磁気記録再生ヘッドの部分断面構造を示す図である。 本発明の一実施の形態による磁気抵抗効果素子を備えた磁気記録再生装置の一例としてのハードディスク駆動装置(HDD)の内部構造を概略的に示す図である。
符号の説明
1、1’ 磁気抵抗効果素子
1x 磁気抵抗効果膜
2 Ru(ルテニウム)非磁性層
4 fcc構造結晶質軟磁性層
6 積層構造下地層
8、24 反強磁性ピニング層
10、22 強磁性ピンド層
12、20 非磁性中間層
14 強磁性フリー層
15 保護層
16 軟磁性再生磁気シールド層(下部シールド層;第1磁気シールド層)
18 軟磁性再生磁気シールド層(上部シールド層;第2磁気シールド層)
30 磁気記録再生ヘッド
32 アンダーコート層
34 絶縁層
36 非磁性ギャップ層
38 上部磁極層
40 オーバーコート層
50 ハードディスク駆動装置(HDD)
52 筐体
53 磁気ディスク
54 スピンドルモータ
55 支軸
56 キャリッジ
57 揺動アーム
58 弾性サスペンション
59 浮上ヘッドスライダ
60 アクチュエータ

Claims (7)

  1. 非磁性中間層を介して磁気的に分離されて積層され、軟磁性を示し外部磁場に依存して磁化方向が変化する強磁性フリー層と、硬磁性を示し外部磁場に対し磁化方向が変化し難い強磁性ピンド層と、前記強磁性ピンド層の磁化を固定するように前記非磁性中間層と反対側の前記強磁性ピンド層表面に積層された反強磁性ピニング層とを備え、前記強磁性フリー層と前記強磁性ピンド層の磁化方向の相対角度の変化で電気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜と、
    前記磁気抵抗効果膜の前記反強磁性ピニング層側表面に、ルテニウム(Ru)からなる第1下地層と、軟磁性層からなる第2下地層とがこの順に積層された下地層と、
    前記磁気抵抗効果膜側と反対側の前記下地層表面に形成され、前記磁気抵抗効果膜の膜厚方向にセンス電流を流す一方の電極としても機能する第1磁気シールド層と、
    前記磁気抵抗効果膜の前記強磁性フリー層側表面に保護膜を介して形成され、前記センス電流を流す他方の電極としても機能する第2磁気シールド層と
    を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 請求項1記載の磁気抵抗効果素子であって、
    前記第2下地層は、fcc構造結晶質軟磁性層であること
    を特徴とする磁気抵抗効果素子。
  3. 請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子であって、
    前記第1磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を30Oe以下にする場合には、
    前記第1下地層のRuの厚さd(nm)は、
    0.5≦d≦1.5
    であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  4. 請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子であって、
    前記第1磁気シールド層と前記反強磁性ピニング層との間の層間結合力を5Oe以下にする場合には、
    前記第1下地層のRuの厚さd(nm)は、
    0.8≦d≦1.5
    であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子であって、
    前記第2下地層は、Ni、Fe、又はそれらの合金を含むこと
    を特徴とする磁気抵抗効果素子。
  6. 磁気記録媒体に情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドであって、
    請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を再生磁気ヘッドとして備えていること
    を特徴とする磁気記録再生ヘッド。
  7. 情報を磁気的に記録再生可能な磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に前記情報を磁気的に記録し再生する磁気記録再生ヘッドとを有する磁気記録再生装置であって、
    請求項6記載の磁気記録再生ヘッドを備えていること
    を特徴とする磁気記録再生装置。
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