JP2008276893A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、フリー磁性層の磁化の安定性を向上させて、アシンメトリーを小さくでき、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。
【解決手段】 素子部Ａの両側に下から残留磁化Ｍｒが大きい第１ハードバイアス層２６及び保磁力Ｈｃが大きい第２ハードバイアス層２７の順に積層され、第１ハードバイアス層２６の先端部２６ａはフリー磁性層５の両側に近接配置されている。また第１ハードバイアス層２６のハードバイアス層３２中に占める膜厚比は３５％〜７５％である。これによってフリー磁性層５の磁化の安定化を図ることができ、よってアシンメトリーを小さくでき、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、フリー磁性層の磁化の安定性を向上させて、アシンメトリーを小さくでき、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能な磁気検出素子に関する。

例えば、トンネル型磁気検出素子のトンネル型磁気抵抗効果を発揮する素子部の両側には、ハードバイアス層が設けられている。

前記ハードバイアス層は、前記素子部を構成するフリー磁性層に対してバイアス磁界を与え、前記フリー磁性層の磁化の安定性を向上させるためのものである。

前記ハードバイアス層には、前記ハードバイアス層自体が外部磁界に対して磁化変動しないための安定性と、前記フリー磁性層に対して大きなバイアス磁界を供給できることが求められている。
特開平８−５０７０９号公報 特開平８−２８７４１９号公報

前記ハードバイアス層は保磁力Ｈｃ及びＭｒ×ｔ（残留磁化Ｍｒ，膜厚ｔ）の双方が大きいことが望ましい。保磁力Ｈｃは主としてハードバイアス層の外部磁界に対する安定性に寄与し、Ｍｒ×ｔは、主としてフリー磁性層に対するバイアス磁界の大きさに寄与している。

しかしながら、ハードバイアス層の保磁力Ｈｃと、Ｍｒ×ｔの双方を大きくすることは困難であった。例えば、保磁力Ｈｃが大きくなるように、ハードバイアス層の材質を調整すると、Ｍｒ×ｔは小さくなった。

このため従来では、フリー磁性層の磁化を安定化させることが不十分であり、アシンメトリーが大きくなり、ノイズが大きくなる等、再生特性の安定性を十分に向上できなかった。

上記に挙げた特許文献には、いずれも、ハードバイアス層を積層構造としている。しかしながら、これら特許文献には、フリー磁性層にバイアス磁界を供給するためのハードバイアス層の保磁力Ｈｃと、Ｍｒ×ｔの双方を大きくする目的はない。また、下側のハードバイアス層と上側のハードバイアス層とで必須の磁気的特性、及び具体的な膜厚等を規定していない。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、フリー磁性層の磁化の安定性を向上させて、アシンメトリーを小さくでき、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。

本発明における磁気検出素子は、少なくとも膜厚方向に固定磁性層、フリー磁性層及び前記固定磁性層と前記フリー磁性層の間に位置する非磁性材料層が積層され、磁気抵抗効果を発揮する素子部と、前記素子部のトラック幅方向の両側に位置し、前記フリー磁性層にバイアス磁界を供給するためのハードバイアス層とを有し、
前記ハードバイアス層は、第１ハードバイアス層と前記第１ハードバイアス層上に積層された第２ハードバイアス層を備え、前記第１ハードバイアス層は前記第２ハードバイアス層より残留磁化Ｍｒが大きく、前記第２ハードバイアス層は前記第１ハードバイアス層より保磁力Ｈｃが大きく、
前記第１ハードバイアス層のうち素子部側に位置する先端部は、前記第２ハードバイアス層よりも前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に近接配置されており、
前記第１ハードバイアス層の平均膜厚は、前記第１ハードバイアス層の平均膜厚と前記第２ハードバイアス層の平均膜厚を合わせた全膜厚中、３５％以上７５％以下を占めることを特徴とするものである。

これにより、フリー磁性層へのバイアス効果を向上させることができ、フリー磁性層の磁気的感度を良好に保ちつつ、アシンメトリー（再生波形の非対称性）を小さくでき、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能である。

本発明では、前記第１ハードバイアス層は、ＣｏＰｔで形成され、前記第２ハードバイアス層は、ＣｏＰｔＣｒで形成されることが好ましい。これにより、第１ハードバイアス層の残留磁化Ｍｒを、第２ハードバイアス層の残留磁化Ｍｒより大きくでき、また前記第２ハードバイアス層の保磁力Ｈｃを前記第１ハードバイアス層の保磁力Ｈｃより大きく出来る。

本発明では、前記第１ハードバイアス層の平均膜厚は７５Å以上１７０Å以下で形成されることが好ましい。これにより、より効果的に、フリー磁性層の磁気的感度を良好に保ちつつ、アシンメトリーを小さく出来、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上できる。

本発明の磁気検出素子によれば、フリー磁性層の磁化の安定性を向上させて、アシンメトリーを小さくでき、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能である。

図１は本実施形態のトンネル型磁気検出素子を備えた薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面と平行な面から切断した断面図である。

トンネル型磁気検出素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界をトンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）に基づいて検出するものである。なお、図中においてＸ方向は、トラック幅方向、Ｙ方向は、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向（ハイト方向）、Ｚ方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記トンネル型磁気検出素子の各層の積層方向、である。

図１の最も下に形成されているのは、例えばＮｉＦｅ合金で形成された下部シールド層２１である。前記下部シールド層２１上に素子部Ａが形成されている。なお前記トンネル型磁気検出素子は、前記素子部Ａと、前記素子部Ａのトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に形成された両側部２２とで構成される。

前記素子部Ａの最下層は、シード層１である。前記シード層１は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。前記シード層１をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層１は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、前記シード層１をＣｒによって形成すると、前記シード層１は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。なお、前記シード層１の下に、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層が設けられていてもよい。

前記シード層１の上に形成された反強磁性層２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。

これら白金族元素を用いたα−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。

また前記反強磁性層２は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。

前記反強磁性層２上には固定磁性層３が形成されている。前記固定磁性層３は、下から第１固定磁性層（例えばＣｏＦｅ合金）３ａ、非磁性中間層（例えばＲｕ）３ｂ、第２固定磁性層（例えばＣｏＦｅ合金）３ｃの順に積層された積層フェリ構造であることが、前記固定磁性層３の磁化固定力を大きくでき好適である。

前記固定磁性層３上には絶縁障壁層４が形成されている。前記絶縁障壁層４は、例えば、酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）や、酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）で形成される。

前記絶縁障壁層４上には、フリー磁性層５が形成されている。前記フリー磁性層５は、例えばＮｉＦｅ合金で形成される軟磁性層５ｂと、前記軟磁性層５ｂと前記絶縁障壁層４との間に形成された例えばＣｏＦｅ合金からなるエンハンス層５ａとで構成されることが好ましい。これにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きく出来る等、再生特性の向上を図ることが可能である。

前記フリー磁性層５上にはＴａ等の非磁性金属材料で形成された保護層６が形成されている。

以上のようにしてトンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を発揮する素子部Ａが前記下部シールド層２１上に形成されている。前記素子部Ａのトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面は、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面１１，１１で形成されている。前記傾斜面１１は図１に示す断面において直線状あるいは湾曲状で現れる。前記傾斜面１１と下部シールド層２１の平坦面２１ａ間の角度θ３は、４５〜６０°であることが好ましい。

図１に示すように、前記素子部Ａの両側に広がる下部シールド層２１の上面に相当する平坦面２１ａ上から前記素子部Ａの傾斜面１１上にかけて絶縁層２３が形成される。

図１に示すように絶縁層２３上には、下から、下地層２４、配向制御層２５、第１ハードバイアス層２６、第２ハードバイアス層２７が順に積層されている。前記第２ハードバイアス層２７上には保護層２８が形成されている。

前記両側部２２は、前記絶縁層２３から保護層２８までの積層構造で構成される。
前記下地層２４は例えばＴａで形成される。また前記配向制御層２５は例えばＣｒＴｉやＣｒで形成される。また前記保護層２８の材質は磁性でなければ特に問わないが、例えば、絶縁層２３を形成しない場合には、前記保護層２８を絶縁層で形成することが好適である。また絶縁層２３と同様に、保護層２８を絶縁層で形成してもよい。なお図１の形態では、前記保護層２８を例えばＴａで形成する。

図１に示すように、前記下地層２４及び配向制御層２５は共に、前記素子部Ａの傾斜面１１の上方にまで延出形成されている。

また前記第１ハードバイアス層２６は、前記配向制御層２５の平坦面２５ａ上から傾斜面２５ｂ上にかけて延出形成されている。このため前記第１ハードバイアス層２６のうち、前記傾斜面２５ｂ上に位置して素子部Ａ側に向く先端部２６ａは、前記フリー磁性層５とトラック幅方向（図示Ｘ方向）にて対向し、且つ、第２ハードバイアス層２７よりも前記フリー磁性層５に距離的に近い構成となっている。

図１に示すように、前記素子部Ａ上から前記両側部２２上にかけて上部シールド層３１が形成されている。前記上部シールド層３１は、例えばＮｉＦｅ合金で形成される。

図１に示す実施形態では、前記下部シールド層２１及び上部シールド層３１が前記素子部Ａに対する電極層として機能し、前記素子部Ａの各層の膜面に対し垂直方向（図示Ｚ方向と平行な方向）に電流が流される。

前記フリー磁性層５は、前記第１ハードバイアス層２６及び第２ハードバイアス層２７の積層構造で構成されるハードバイアス層３２からのバイアス磁界を受けてトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化されている。一方、固定磁性層３はハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層３は磁化が固定されている（外部磁界によって磁化変動しない）が、前記フリー磁性層５の磁化は外部磁界により変動する。

前記フリー磁性層５が、外部磁界により磁化変動すると、第２固定磁性層３ｃとフリー磁性層５との磁化が反平行のとき、前記第２固定磁性層３ｃとフリー磁性層５との間に設けられた絶縁障壁層４を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記第２固定磁性層３ｃとフリー磁性層５との磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。

この原理を利用し、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層５の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子の特徴的部分について説明する。図１に示すように、ハードバイアス層３２は、第１ハードバイアス層２６と前記第１ハードバイアス層２６上に形成された第２ハードバイアス層２７の積層構造で形成されている。

前記第１ハードバイアス層２６は前記第２ハードバイアス層２７に比べて残留磁化Ｍｒが大きい。また前記第２ハードバイアス層２７は前記第１ハードバイアス層２６に比べて保磁力Ｈｃが大きい。

図１に示すように前記第１ハードバイアス層２６の素子部Ａ側に位置する先端部２６ａは、前記第２ハードバイアス層２７よりも前記フリー磁性層５の両側に近接配置されている。

さらに本実施形態では、前記第１ハードバイアス層２６の平均膜厚ｔ１は、前記第１ハードバイアス層２６の平均膜厚ｔ１と前記第２ハードバイアス層２７の平均膜厚ｔ２と合わせた全膜厚（ｔ１＋ｔ２）中、３５％以上７５％以下を占めている。前記第１ハードバイアス層２６の平均膜厚ｔ１及び前記第２ハードバイアス層２７の平均膜厚ｔ２は、共に、素子部Ａの傾斜面１１からトラック幅方向に離れた位置における前記下部シールド層２１の平坦面２１ａの上方での膜厚（傾斜面１１の上方に沿うことでハードバイアス層に形成される先端部から屈曲部を介して前記下部シールド層２１の平坦面２１ａの上方に形成される平坦部の膜厚）である。

これにより、ハードバイアス層３２の下層部に当たる前記第１ハードバイアス層２６のＭｒ×ｔ１を大きくでき、前記ハードバイアス層３２から前記フリー磁性層５へ供給されるバイアス磁界を、第２ハードバイアス層２７の単層で形成する形態に比べて、大きくできる。前記第１ハードバイアス層２６のＭｒ×ｔ１は、前記第２ハードバイアス層２７のＭｒ×ｔ２よりも大きくなっていることが好適である。加えて図１の構成では、前記第１ハードバイアス層２６の先端部２６ａが第２ハードバイアス層２７よりも前記フリー磁性層５の両側に近い位置にある。図１に示すように前記フリー磁性層５の膜厚中心でのトラック幅方向の両側に位置する第１ハードバイアス層２６のトラック幅方向への膜厚ｔ３は３０〜１００Åの範囲であることが好適である。これにより、効果的にフリー磁性層５に大きなバイアス磁界を供給できる構造となっている。

しかも、第２ハードバイアス層２７は前記第１ハードバイアス層２６より保磁力Ｈｃが大きいから前記ハードバイアス層３２自体の磁化安定性を、第１ハードバイアス層２６の単層で形成する形態に比べて、向上させることができる。

すなわち本実施形態では、ハードバイアス層３２のＭｒ×ｔ及び保磁力Ｈｃの双方を効果的に大きくすることが出来る。したがって、フリー磁性層５の磁気感度を良好に保ちつつ、アシンメトリー（再生波形の非対称性）を小さくでき、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能になる。

本実施形態では、前記ハードバイアス層３２の平坦部中に占める前記第１ハードバイアス層２６の膜厚比は、４０％以上であることがより好ましい。

前記第１ハードバイアス層２６はＣｏＰｔで形成されることが好ましい。これにより、前記第１ハードバイアス層２６の残留磁化Ｍｒを前記第２ハードバイアス層２７の残留磁化Ｍｒより適切に大きく出来る。また、前記第２ハードバイアス層２７はＣｏＰｔＣｒで形成されることが好ましい。これにより前記第２ハードバイアス層２７の保磁力Ｈｃを前記第１ハードバイアス層２６の保磁力Ｈｃより適切に大きく出来る。

また本実施形態では、前記第１ハードバイアス層２６の平均膜厚ｔ１は、７５Å以上１７０Å以下であることが好ましい。より好ましくは９０Å以上である。これにより、より効果的に、フリー磁性層５の磁気的感度を良好に保ちつつ、アシンメトリーを小さく出来、ノイズを低減できる等、再生特性の安定性を向上できる。

図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子のハードバイアス層３２を形成するとき、前記第１ハードバイアス層２６の成膜角度θ１（前記下部シールド層２１の平坦面２１ａに対する垂直方向（図示Ｚ方向）からの傾き）を、前記第２ハードバイアス層２７の成膜角度θ２より大きくすることが好ましい。具体的には前記第１ハードバイアス層２６の成膜角度θ１を４０°〜６０°の範囲内、前記第２ハードバイアス層２７の成膜角度θ２を０°から２０°の範囲内とする。

これにより効果的に、前記第１ハードバイアス層２６の先端部２６ａを前記配向制御層２５の傾斜面２５ｂ上に延出形成でき、前記フリー磁性層５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に前記第１ハードバイアス層２６の先端部２６ａを近接配置できる。

図１に示すハードバイアス層３２の構成は、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子に限らず、絶縁障壁層４がＣｕ等の非磁性導電層で形成されたＣＰＰ−ＧＭＲ素子や、絶縁障壁層４がＣｕ等の非磁性導電層で形成されるとともに、絶縁層２３が形成されず、前記ハードバイアス層３２上に電極が形成され、さらに下部シールド層２１と素子部Ａ間、及び上部シールド層３１と素子部Ａ間にＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁性のギャップ層が形成されてなるＣＩＰ−ＧＭＲ素子にも適用できる。

本実施形態の磁気検出素子は、ハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドとしての用途以外に、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）や磁気センサとして用いることも出来る。

以下の膜構成を形成した。
下から、Ｔａ（１５）／Ｃｒ（５０）／ハードバイアス層（２００）／Ｔａ（５０）の順に積層した。括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。

実験では、ハードバイアス層としてＣｏ_{７８ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}、あるいは、Ｃｏ_{７４ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}Ｃｒ_４ａｔ％を用い、保磁力Ｈｃ及びＭｒ×ｔを求めた。その実験結果を以下の表１に示す。

表１に示すようにＣｏＰｔはＣｏＰｔＣｒよりもＭｒ×ｔが大きくなった。膜厚ｔは、ＣｏＰｔもＣｏＰｔＣｒも同じ大きさ（２００Å）であるので、ＣｏＰｔのほうが、ＣｏＰｔＣｒより残留磁化Ｍｒが大きいことがわかった。

また表１に示すように、ＣｏＰｔＣｒのほうがＣＯＰｔより保磁力Ｈｃが大きくなった。

次に、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子を構成した。前記トンネル型磁気検出素子の両側部２２を、下から、Ｔａ（１５）／Ｃｒ（５０）／第１ハードバイアス層；Ｃｏ_{７８ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}（ｔ１）／第２ハードバイアス層；Ｃｏ_{７４ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}Ｃｒ_４ａｔ％（ｔ２）／Ｔａ（５０）の順に積層した。括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。

実験では、前記第１ハードバイアス層の平均膜厚ｔ１と前記第２ハードバイアス層の平均膜厚ｔ２を足した全膜厚を２２０Åに固定して、前記第１ハードバイアス層の平均膜厚を５０Å〜２１０Åの範囲で変動させ、そのときのフリー磁性層の磁気感度とアシンメトリーのばらつきσとの関係について調べた。なお前記第１ハードバイアス層を成膜するときの成膜角度（基板表面に対する垂直方向からの傾き）を５５°、第２ハードバイアス層を成膜するときの成膜角度を５°に設定した。

フリー磁性層の磁気感度は、図１に示す固定磁性層３の磁化方向であるハイト方向（図示Ｙ方向）に非常に大きい外部磁界（３〜４ｋＯｅ）を印加したときのトンネル型磁気検出素子の抵抗変化量をΔＲ、前記ハイト方向に小さい外部磁界（６００Ｏｅ）を印加したときのトンネル型磁気検出素子の抵抗変化量をΔｒとしたとき、Δｒ／ΔＲで求められる。

フリー磁性層の磁気感度が良好であるということはフリー磁性層が外部磁界の変動に従って磁化変動しやすいことを意味しており、抵抗変化率等の向上のためにはフリー磁性層の磁気感度が良好であることが要求されるが、あまり磁気感度が良すぎてもノイズが生じやすくなる等、再生特性が不安定化する要因ともなるため、前記フリー磁性層の磁気感度については、従来と特に変わらない範囲とすることが好ましい。

また、アシンメトリーについては図２に示すように、ベースラインからプラス波形の頂点までの高さをＡ、ベースラインからマイナス波形の底点までの高さをＢとしたとき、アシンメトリー＝{（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）}×１００（％）で求めることが出来る。

そしてアシンメトリーのばらつきσは、第１ハードバイアス層の平均膜厚をある所定値に統一して形成した１つのウェハー内にある多数の素子の個々のアシンメトリーの値から計算される標準分散の値である。またフリー磁性層の磁気感度は、前記ばらつきσを求めるのに用いた多数の素子の磁気感度の平均である。

［比較例１］
上記した実施例２の構成のうち、第１ハードバイアス層と第２ハードバイアス層との積層順を入れ替えた。

実験では、前記第１ハードバイアス層の平均膜厚ｔ１と前記第２ハードバイアス層の平均膜厚ｔ２を足した全膜厚を２２０Åに固定して、前記第１ハードバイアス層の平均膜厚を５０Å〜１７０Åの範囲で変動させ、そのときのフリー磁性層の磁気感度とアシンメトリーのばらつきσとの関係について調べた。また第２ハードバイアス層を成膜するときの成膜角度を５５°、第１ハードバイアス層を成膜するときの成膜角度を５°とした。

［従来例１］
上記した実施例２の構成のうち、ハードバイアス層をＣｏ_{７８ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}の単層構造で形成した。

実験では、前記ハードバイアス層の平均膜厚を１８０Å〜２２０Åの範囲で変動させ、そのときのフリー磁性層の磁気感度とアシンメトリーのばらつきσとの関係について調べた。なお前記ハードバイアス層を成膜するときの成膜角度を５５°とした。

［従来例２］
上記した実施例２の構成のうち、ハードバイアス層をＣｏ_{７４ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}Ｃｒ_４ａｔ％の単層構造で形成した。

実験では、前記ハードバイアス層の平均膜厚を１８０Å〜２２０Åの範囲で変動させ、そのときのフリー磁性層の磁気感度とアシンメトリーのばらつきσとの関係について調べた。なお前記ハードバイアス層を成膜するときの成膜角度を５５°とした。

実施例２、比較例１、従来例１及び従来例２の各試料におけるフリー磁性層の磁気感度とアシンメトリーのばらつきσとの関係を図３に示す。

図３に示すように、実施例２、比較例１、従来例１及び従来例２のフリー磁性層の磁気感度は大体同じであったが、実施例２のばらつきσは、比較例１、従来例１及び従来例２の各試料のばらつきσよりも小さくなり、再生特性の安定性が向上したことがわかった。

比較例１の試料は、実施例２の試料のハードバイアス層の構成を逆にしたものであるが、比較例１の構成では、従来とばらつきσがあまり変わらず改善効果が見られなかった。

よってハードバイアス層の下側に残留磁化Ｍｒが大きいＣｏＰｔを形成し、その上に保磁力Ｈｃが大きいＣｏＰｔＣｒを積層する構成にする必要があることがわかった。

次に、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子を構成した。前記トンネル型磁気検出素子の両側部２２を、下から、Ｔａ（１５）／Ｃｒ（５０）／第１ハードバイアス層；Ｃｏ_{７８ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}（ｔ１）／第２ハードバイアス層；Ｃｏ_{７４ａｔ％}Ｐｔ_{２２ａｔ％}Ｃｒ_４ａｔ％（ｔ２）／Ｔａ（５０）の順に積層した。括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。

実験では、以下の表２に示す膜厚及び成膜角度（基板表面に対する垂直方向からの傾き）にて第１ハードバイアス層及び第２ハードバイアス層を形成した。

そして表２に示す各試料についてフリー磁性層の磁気感度、アシンメトリー、アシンメトリーのばらつきσを測定した。

表２に示す膜厚は、図１に示す第１ハードバイアス層２６及び第２ハードバイアス層２７の平坦部での平均膜厚である。

表２に示すように試料Ｎｏ１，Ｎｏ２では、第１ハードバイアス層の成膜角度θ１を５°、第２ハードバイアス層の成膜角度θ２を５５°に設定しているが、かかる場合、アシンメトリー及びばらつきσの双方を小さくすることができなかった。これは、フリー磁性層のトラック幅方向の両側の近接位置に適切に第１ハードバイアス層が形成されず、前記フリー磁性層に供給されるバイアス磁界の大きさが小さくなりフリー磁性層の磁化状態が不安定化したためと考えられる。

一方、試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８では、いずれも第１ハードバイアス層の成膜角度θ１を５５°、第２ハードバイアス層θ２の成膜角度を５°にしており、図１のように前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側の近接位置に第１ハードバイアス層の先端部が延出形成された構造となっている。

試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８について、第１ハードバイアス層の平均膜厚とアシンメトリー及びフリー磁性層の磁気感度との関係をまとめたものが図４である。

図４に示すように、ハードバイアス層の全体に占める第１ハードバイアス層の膜厚が厚くなると、アシンメトリーが小さくなるが、フリー磁性層の磁気感度も低下していくことがわかった。

アシンメトリーは２０％以下であることが好ましく、フリー磁性層の磁気感度は０．６以上であることが好適である。

以上の特性を満たす第１ハードバイアス層の膜厚範囲は、７５Å〜１７０Åであり、このとき、ハードバイアス層の全膜厚に占める第１ハードバイアス層の膜厚比は約３４％〜約７７％であった。この実験結果を踏まえて、前記第１ハードバイアス層の膜厚比を３５％〜７５％の範囲内に規定した。

前記第１ハードバイアス層の膜厚範囲は９０Å以下とすることが、より効果的にアシンメトリーを小さくできた。ハードバイアス層の全膜厚に占める第１ハードバイアス層の好ましい膜厚比を４０％以上に規定した。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な面から切断した断面図、 アシンメトリーの求め方についての説明図、 実施例２（ハードバイアス層を下からＣｏＰｔ／ＣｏＰｔＣｒの順に積層）、比較例１（ハードバイアス層を下からＣｏＰｔＣｒ／ＣｏＰｔの順に積層）、従来例１（ハードバイアス層をＣｏＰｔの単層で形成）及び従来例２（ハードバイアス層をＣｏＰｔＣｒの単層で形成）におけるフリー磁性層の磁気感度とアシンメトリーのばらつきσとの関係を示すグラフ、 ハードバイアス層を下からＣｏＰｔ／ＣｏＰｔＣｒの順に積層した試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８の第１ハードバイアス層（ＣｏＰｔ）の平均膜厚と、アシンメトリー及びフリー磁性層の磁気感度との関係を示すグラフ、

符号の説明

１ シード層
２ 反強磁性層
３ 固定磁性層
４ 絶縁障壁層
５ フリー磁性層
６、２８ 保護層
１１ 傾斜面
２１ 下部シールド層
２２ 両側部
２３ 絶縁層
２４ 下地層
２５ 配向制御層
２６ 第１ハードバイアス層
２７ 第２ハードバイアス層
３１ 上部シールド層
３２ ハードバイアス層
Ａ 素子部

Claims (3)

1. 少なくとも膜厚方向に固定磁性層、フリー磁性層及び前記固定磁性層と前記フリー磁性層の間に位置する非磁性材料層が積層され、磁気抵抗効果を発揮する素子部と、前記素子部のトラック幅方向の両側に位置し、前記フリー磁性層にバイアス磁界を供給するためのハードバイアス層とを有し、
   前記ハードバイアス層は、第１ハードバイアス層と前記第１ハードバイアス層上に積層された第２ハードバイアス層を備え、前記第１ハードバイアス層は前記第２ハードバイアス層より残留磁化Ｍｒが大きく、前記第２ハードバイアス層は前記第１ハードバイアス層より保磁力Ｈｃが大きく、
   前記第１ハードバイアス層のうち素子部側に位置する先端部は、前記第２ハードバイアス層よりも前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に近接配置されており、
   前記第１ハードバイアス層の平均膜厚は、前記第１ハードバイアス層の平均膜厚と前記第２ハードバイアス層の平均膜厚を合わせた全膜厚中、３５％以上７５％以下を占めることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記第１ハードバイアス層は、ＣｏＰｔで形成され、前記第２ハードバイアス層は、ＣｏＰｔＣｒで形成される請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記第１ハードバイアス層の平均膜厚は７５Å以上１７０Å以下で形成される請求項２記載の磁気検出素子。

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