JP2009176401A - Ｃｐｐ型磁気抵抗効果素子および磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シールド層の磁区制御を安定化させて、外部磁場に対する出力変動を低減させ、素子動作の信頼性に優れる磁気抵抗効果素子を提供する。
【解決手段】第１のシールド層３および第２のシールド層５と、を有し、積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子であって、第１のシールド層、および第２のシールド層は、Ｘ−Ｙ平面が、枠形状体に形成されており、第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部３１，５１を有し、磁気抵抗効果部を構成する第１の強磁性層および第２の強磁性層には、それぞれ、第１のシールド層のフロント枠構成部および第２のシールド層のフロント枠構成部の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働くように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子、その磁気抵抗効果素子を備える薄膜磁気ヘッド、ならびにその薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよび磁気ディスク装置に関する。

近年、ハードディスク（ＨＤＤ）の高記録密度化に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能の向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、読み出し専用の磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ（Magneto-resistive）素子と簡略に記すことがある）を有する再生ヘッドと、書き込み専用の誘導型磁気変換素子を有する記録ヘッドと、を積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く使用されている。

現在、再生ヘッドとして、スピンバルブＧＭＲ素子と呼ばれる素子の膜面平行に電流を流して動作させる、いわゆるＣＩＰ(Current In Plane)構造の磁気抵抗効果素子が広く用いられている（ＣＩＰ−ＧＭＲ素子）。このような構造のスピンバルブＧＭＲ素子は、軟磁性金属膜で形成される上下のシールド層の間に位置するとともに、ギャップ層と呼ばれる絶縁層により挟まれた形態で配置されている。ビット方向の記録密度は、上下のシールド層の間隙（シールドギャップあるいはRead Gap長さ）により決定される。

記録密度の増大に伴い、再生ヘッドの再生素子に対しては、狭シールドギャップ化や狭トラック化への要求が強くなってきている。再生素子の狭トラック化とそれに伴う素子高さの短小化によって、素子の面積が減少するが、従来の構造では放熱効率が面積の減少に伴い低下することから、動作電流が信頼性の観点から制限されるという問題があった。

このような問題を解決するために、上下のシールド層（上部シールド層および下部シールド層）と磁気抵抗効果素子を電気的に直列に接続し、シールド間の絶縁層を不要とするＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)構造のＧＭＲ素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）が提案されており、２００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ²を超えるような記録密度を達成するためには必須の技術とされている。

このようなＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、導電性の非磁性中間層を両側から挟むように形成された第１の強磁性層および第２の強磁性層を含む積層構造を有している。代表的なスピンバルブタイプのＣＰＰ−ＧＭＲ素子の積層構造は、基板側から、下部電極／反強磁性層／第１の強磁性層／導電性の非磁性中間層／第２の強磁性層／上部電極を順次積層した積層構造である。

強磁性層の一つである第１の強磁性層の磁化方向は、外部印加磁場がゼロの時、第２の強磁性層の磁化方向と垂直になるように固定されている。第１の強磁性層の磁化方向の固定は、反強磁性層を隣接させ、反強磁性層と第１の強磁性層との交換結合により第１の強磁性層に一方向異方性エネルギー（「交換バイアス」あるいは「結合磁界」とも呼ばれる）を付与することによりなされる。そのため、第１の強磁性層は磁化固定層とも呼ばれる。一方で、第２の強磁性層は、フリー層とも呼ばれる。さらに、磁化固定層（第１の強磁性層）を、強磁性層／非磁性金属層／強磁性層の３層構造（いわゆる「積層フェリ構造」、あるいは「Synthetic Pinned 構造」）層とすることで、２つの強磁性層間に強い交換結合を与え、反強磁性層からの交換結合力を実効的に増大させることができ、しかも磁化固定層から発生する静磁界がフリー層に及ぼす影響を減らすことも可能となり、「Synthetic Pinned 構造」は、現在広く用いられている。

しかしながら、近年の超高記録密度化の要求に応じるべく、磁気抵抗効果素子のさらなる薄層化が必要となっている。このような状況のもと、例えば、文献１（IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL.43, NO.2, FEBRUARY, pp.645-650）や、ＵＳ ７，０１９，３７１Ｂ２や、ＵＳ ７，０３５，０６２Ｂ１等に開示されているような、強磁性層（Free Layer）／非磁性中間層／強磁性層（Free Layer）のシンプルな３層積層構造を基本構造とする新規なＧＭＲ素子構造の提案がなされている。

このような構造を、本願では、便宜上、ＤＦＬ（Dual Free Layer）素子構造と呼ぶ。ＤＦＬ素子構造では、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化は互いに反平行となるように交換結合されている。そして、素子の媒体対向面に相当するＡＢＳとは反対の奥域位置に磁石を配置して、当該磁石から発せられるバイアス磁界の作用を利用して、２つの磁性層（Free Layer）の磁化が、それぞれ、トラック幅方向に対して約４５度傾いた初期の状態を作り出している（イニシャルの状態）。このイニシャルの磁化状態にある素子が、媒体からの信号磁界を検出すると、まるでハサミが紙を切る時の動作のように２つの磁性層の磁化方向が変化し、結果として素子の抵抗値が変化する。

このようなＤＦＬ素子構造を、いわゆるＴＭＲ素子や、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に応用した場合、従来までの一般的なスピンバルブ型ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べて、上下シールド層の間隙である「Read Gap長さ」を格段と狭くすることが可能となる。具体的には、一般的なスピンバルブ型ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に必要とされていた上記の反強磁性層が不要となり、さらには、上記「Synthetic Pinned 構造」の強磁性層も不要となる。その結果、従来においては３０ｎｍが限界と言われていた「Read Gap長さ」を、２０ｎｍ以下にすることが可能となる。

従来の技術におけるＤＦＬ素子構造を形成するためには、前述したように、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化が互いに反平行となるように交換結合されていることが必要となる。このような従来の基本構造の形成は、２つの強磁性層（Free Layer）の間に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｒなどの貴金属等を挿入し、２つの強磁性層に交換結合を発生させれば容易に実現可能である。

しかしながら、ＴＭＲ素子においては、トンネル効果を得るために２つの強磁性層（Free Layer）の間に、酸化アルミ（ＡｌＯｘ）膜や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜等の絶縁膜を介在させなければならず、２つの強磁性層間に強い交換結合を得ることができないという不都合が生じ得る。結果として、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化を反平行結合させることが極めて困難となる。また、例えば、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の高出力化技術として、２つの強磁性層（Free Layer）の間に部分的に、ＮＯＬ（Nano-Oxide-Layer）層を挿入する技術が開示されている（例えば、特開２００４−１６５２５４号公報、ＪＰ特許第３６２５１９９号、特開２００２−２０８７４４号公報等）。しかしながら、この技術は、２つの強磁性層（Free Layer）の反強磁性的な交換結合を極めて弱めてしまうか、あるいは、完全に消失させてしまう恐れがあり、そのままでの適用は出来ない。

また、ＵＳ ６，１６９，６４７Ｂ１には、２つの反強磁性体層を用いて、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化を、それぞれ、反平行状態に向ける技術が開示されている（特に、ＦＩＧ．３を参照）。しかしながら、この提案の構造において、実用可能な作用効果を発現させるためには、１つの反強磁性体層につき、５ｎｍ以上の厚さが必要となり、「Read Gap長さ」を小さくするという目的にはそぐわないものと言える。さらに、２つの反強磁性体層から発生する交換結合の向きを互いに反平行とする必要があり、それを実現するような熱処理（アニール）が非常に困難であるという問題もある。さらに、素子サイズが狭小化すると、反強磁性体層を構成する粒子の配列個数が少なくなり、いわゆるピンニング機能にふらつきが生じ（換言すれば、ピンニング機能が十分でない）、特性のバラツキの原因となることがあるという不都合が生じてしまう。

このような実状のもとに、本願出願人は、すでに、ＵＳ Serial No.11/ 946,358 として、２つの強磁性層（Free Layer）間に介在される中間膜の材質や、中間膜の特殊な構造に制約を受けることなく、２つの強磁性層（Free Layer）の反平行の磁化状態を簡易な構造で実現でき、近年の超高記録密度化の要求に応じるべく、「Read Gap長さ」（上下シールド層の間隙）を狭くできる構造を採択して線記録密度の向上を図ることができるとともに、安定した磁気抵抗効果変化を得ることができて信頼性に優れる新たな素子構造を提案している。

IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL.43, NO.2, FEBRUARY, pp.645-650 ＵＳ ７，０１９，３７１Ｂ２ ＵＳ ７，０３５，０６２Ｂ１ ＵＳ ６，１６９，６４７Ｂ１

本願発明は、本願出願人がすでに提案しているＵＳ Serial No.11/ 946,358出願の技術をさらに進展させ、より一層、シールド層の磁区制御を安定化させて、外部磁場に対する出力変動を低減させ、素子動作の信頼性に優れる磁気抵抗効果素子を提案することにある。

上記課題を解決するために、本願発明は、磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成され、下方に位置する実質的に軟磁性からなる第１のシールド層および上方に位置する実質的に軟磁性からなる第２のシールド層と、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）構造の磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、前記下方に位置する第１のシールド層、および前記上方に位置する第２のシールド層は、それぞれ、素子の幅方向と長さ方向で規定される平面形状（Ｘ−Ｙ平面）が、枠形状体に形成されており、前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部を有し、前記磁気抵抗効果部を構成する第１の強磁性層および第２の強磁性層には、それぞれ、前記第１のシールド層のフロント枠構成部および前記第２のシールド層のフロント枠構成部の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いているように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部と、このフロント枠構成部の端部から後方に向かうサイド位置に配置されるサイド枠構成部とを有し、前記第１のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₁は、前記第１のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₂よりも大きく形成されており（Ｙ₁＞Ｙ₂）、前記第２のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₃は、前記第２のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₄よりも大きく形成されており（Ｙ₃＞Ｙ₄）、前記第１のシールド層のサイド枠構成部は、第１非磁性ギャップ層と第１バイアス磁界印加層との組合わせ体を部分的に備え、前記第１非磁性ギャップ層は、前記第１バイアス磁界印加層から発せられる磁束を、効率よく前記第１のシールド層のフロント枠構成部側まで送り出す作用をするように設計配置されており、前記第１非磁性ギャップ層と第１バイアス磁界印加層との組合わせ体は、前記第１のシールド層を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路を形成するとともに、前記第１のシールド層のフロント枠構成部の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成され、前記第２のシールド層のサイド枠構成部は、第２非磁性ギャップ層と第２バイアス磁界印加層との組合わせ体を部分的に備え、前記第２非磁性ギャップ層は、前記第２バイアス磁界印加層から発せられる磁束を、効率よく前記第２のシールド層のフロント枠構成部側まで送り出す作用をするように設計配置されており、前記第２非磁性ギャップ層と第２バイアス磁界印加層との組合わせ体は、前記第２のシールド層を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路を形成するとともに、前記第２のシールド層のフロント枠構成部の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記磁気抵抗効果部を構成する第１の強磁性層は、磁化方向が制御された前記第１のシールド層のフロント枠構成部と、第１の交換結合機能ギャップ層を介して、間接的に磁気的な結合がなされており、前記磁気抵抗効果部を構成する第２の強磁性層は、磁化方向が制御された前記第２のシールド層のフロント枠構成部と、第２の交換結合機能ギャップ層を介して、間接的に磁気的な結合がなされるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含み、前記第２の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含み、構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記交換結合伝達層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、前記ギャップ調整層は強磁性体から構成され、前記交換結合調整層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含み、前記第２の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含み、構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記非磁性中間層は、中央にＺｎＯを配置させた３層積層膜から構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１のシールド層において、第１バイアス磁界印加層から流出される全磁束量をΦ´ｂ、フロント枠構成部の磁化を飽和させるための磁束の飽和量をΦ´ｆ(s)、とした場合、Φ´ｂ／Φ´ｆ(s)＝０．３〜２．０の範囲に設定され、前記第２のシールド層において、第２バイアス磁界印加層から流出される磁束の全磁束量をΦｂ、フロント枠構成部の磁化を飽和させるための磁束の飽和量Φｆ(s)、とした場合、Φｂ／Φｆ(s)＝０．３〜２．０の範囲に設定される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₁が、前記第１のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₂の１．４〜１０倍であり、前記第２のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₃が、前記第２のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₄の１．４〜１０倍であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１非磁性ギャップ層は、前記第１のシールド層のサイド枠構成部に埋設されており、当該第１非磁性ギャップ層に接して第１バイアス磁界印加層が形成されており、前記第２非磁性ギャップ層は、前記第２のシールド層のサイド枠構成部に埋設されており、当該第２非磁性ギャップ層に接して第２バイアス磁界印加層が形成されて構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１のシールド層および第２のシールド層の厚さが、０．５〜２．０μｍであり、前記第１のバイアス磁界印加層および第２のバイアス磁界印加層の厚さが０．１〜０．３μｍであるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記磁気抵抗効果部の奥域の長さ方向（Ｙ方向）には、フリーとして機能する第１の強磁性層および第２の強磁性層に対して、初期状態としての磁化方向アングルを規定するための素子バイアス印加層が配置される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記バイアス磁界印加層および素子バイアス印加層は、一括同時に着磁操作され、長さ方向（Ｙ方向）に着磁されてなるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部を有し、さらに、前記第１および第２のシールド層の枠形状体の一部には、コイルが巻かれ、当該コイルへの通電により発生した磁束により、前記第１および第２のシールド層のフロント枠構成部の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成される。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、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上記の磁気抵抗効果素子と、を有し構成される。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記の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、を備えてなるように構成される。

本発明の磁気ディスク装置は、上記の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、を備えて構成される。

本発明は、磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成され、下方に位置する実質的に軟磁性からなる第１のシールド層および上方に位置する実質的に軟磁性からなる第２のシールド層と、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）構造の磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、前記下方に位置する第１のシールド層、および前記上方に位置する第２のシールド層は、それぞれ、素子の幅方向と長さ方向で規定される平面形状（Ｘ−Ｙ平面）が、枠形状体に形成されており、前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部を有し、前記磁気抵抗効果部を構成する第１の強磁性層および第２の強磁性層には、それぞれ、前記第１のシールド層のフロント枠構成部および前記第２のシールド層のフロント枠構成部の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いているように構成されているので、２つの強磁性層（Free Layer）間に介在される中間膜の材質や、中間膜の特殊な構造に制約を受けることなく、２つの強磁性層（Free Layer）の反平行の磁化状態を簡易な構造で実現でき、近年の超高記録密度化の要求に応じるべく、「Read Gap長さ」（上下シールド層の間隙）を狭くできる構造を採択して線記録密度の向上を図ることができる。さらには、安定した磁気抵抗効果変化を得ることができ、より信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

本発明の磁気抵抗効果素子は、薄膜磁気ヘッド、特に再生ヘッドに好適に用いられる。
以下の本発明の説明において、各図面に示されるＸ軸方向の寸法を「幅」、Ｙ軸方向の寸法を「長さ」、Ｚ軸方向の寸法を「厚さ」とそれぞれ表記する。

また、Ｙ軸方向のうちのエアベアリング面（記録媒体と対向する薄膜磁気ヘッドの面）に近い側を「前方」、その反対側（奥域側）を「後方」と表記する。また、素子の積層膜を積み上げる方向を「上方」または「上側」、その反対方向を「下方」または「下側」と称する。

図１は、本発明の実施の形態における磁気抵抗効果素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）方向から見た斜視図である。ＡＢＳとは、素子が記録媒体と対向する面（以下、媒体対向面ともいう）に相当する。本発明でいうＡＢＳは素子の積層構造が明瞭に観察できる位置での断面までを含む趣旨であり、例えば、厳密な意味での媒体対向面に位置しているＤＬＣ等の保護層（素子を覆う保護層）は必要に応じて省略して考えることができる。また、本発明でいう磁気抵抗効果素子とは、上下に配置されているシールド層をも含む広い概念である。

図２は、図１の丸状の点線で囲まれたエリアＡのＡＢＳ近傍の素子構造を示す斜視図である。

図３は、図２における磁気抵抗効果素子のセンサー領域を含む磁気抵抗効果部を拡大して示した模式図である。

図４は、図１のＢ−Ｂ断面矢視図面である。

図５〜図７は、それぞれ、図３に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成の変形例を示した図面である。

〔磁気抵抗効果素子の構造の説明〕
本発明の磁気抵抗効果素子は、図１および図２に示されるように、磁気抵抗効果部８と、この磁気抵抗効果部８を上下に挟むようにして配置形成され、下方に位置する実質的に軟磁性からなる第１のシールド層３（下部シールド層３と呼ぶ場合もある）、および上方に位置する実質的に軟磁性からなる第２のシールド層５（上部シールド層５と呼ぶ場合もある）とを有し構成されている。

そして、本発明の磁気抵抗効果素子は、図２に示される磁気抵抗効果部８の積層方向（Ｚ方向）にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子である。

図２に示されるように、磁気抵抗効果部８は、非磁性中間層１４０と、この非磁性中間層１４０を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０を有している。

本発明において、上方に位置する第２のシールド層５は、図１に示されるように素子の幅方向と長さ方向で規定される平面形状（Ｘ−Ｙ平面）が、無端状の（連続に繋がっている）枠形状体に形成されている。本発明においては、下方に位置する第１のシールド層３も、第２のシールド層５と同様に、無端状の（連続に繋がっている）枠形状体に形成されている。以下、上方に位置する第２のシールド層５および下方に位置する第１のシールド層３について説明する。

〔第２シールド層５の説明〕
上方に位置する第２のシールド層５の枠形状体は、図１に示されるように、前方の媒体対向面側（ＡＢＳ）であって、磁気抵抗効果部８が位置する近傍に配置されて幅方向（Ｘ方向）に延びる平板状のフロント枠構成部５１と、このフロント枠構成部５１の端部（図の右側端部）から後方（Ｙ方向）に向かうサイド位置に配置されるサイド枠構成部５５とを有している。

図１の記載から明らかなように、サイド枠構成部５５の幅Ｙ₃は、フロント枠構成部の奥域長さＹ₄よりも大きく形成されている（Ｙ₃＞Ｙ₄）。より好ましくは、サイド枠構成部５５の幅Ｙ₃が、フロント枠構成部５１の奥域長さＹ₄の１．４〜１０倍となるように構成される。

これらの要件が必要となることは、後述する（１）シールドに形成されるバイアス磁界印加層１５６の成膜厚さと、第２のシールド層５の（フロント枠構成部５１の）成膜厚さとの関係に端を発し、（２）最終的に、後述するバイアス磁界印加層１５６から流出される全磁束量Φｂと、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部５１の磁化を飽和させるための磁束の飽和量Φｆ(s)との関係、に起因するものでもある。

前述したように、第２のシールド層５のサイド枠構成部５５は、図１や図４に示されるように、第２非磁性ギャップ層１５５と第２バイアス磁界印加層１５６との組合わせ体を部分的に備えている。

第２非磁性ギャップ層１５５は、第２バイアス磁界印加層１５６から発せられる磁束（符号１５６ａ）を、効率よく第２のシールド層５のフロント枠構成部５１側まで送り出す作用をするように設計、配置され、しかも、第２非磁性ギャップ層１５５と第２バイアス磁界印加層１５６との組合わせ体は、第２のシールド層５を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路（図１の例示では、左回りの閉磁路）を形成するとともに、磁気抵抗効果部８が位置する第２のシールド層５のフロント枠構成部５１の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成されている。

第２のシールド層５において、非磁性ギャップ層１５５とバイアス磁界印加層１５６との組合わせ体以外の部材は、透磁率の高い軟磁性材料（例えば、パーマロイ）から構成されており、これが、本願発明において「実質的に軟磁性からなる第２のシールド層５」と記載する理由である。

図４に示されるように、非磁性ギャップ層１５５は、サイド枠構成部５５に埋設されており、この非磁性ギャップ層１５５に接してバイアス磁界印加層１５６が形成されている。図示の形態では、非磁性ギャップ層１５５の上にバイアス磁界印加層１５６が形成されている。また、図示の形態では、非磁性ギャップ層１５５により、第２のシールド層５の軟磁性部材が途中、分断されているが、非磁性ギャップ層１５５とバイアス磁界印加層１５６との積層体によって、第２のシールド層５の軟磁性部材を途中、分断するようにしてもよい。

本発明において、非磁性ギャップ層１５５の作用は重要であり、非磁性ギャップ層１５５は、バイアス磁界印加層１５６から発せられる磁束を、効率よくフロント枠構成部５１側まで送り出す作用をするように設計配置されることが重要である。

もし、仮に、図４において、非磁性ギャップ層１５５を無くし、非磁性ギャップ層１５５の箇所が、第２のシールド層５の軟磁性部材に置換されているならば、バイアス磁界印加層１５６から発せられる磁束の大部分は、置換された軟磁性部材の箇所を通って逆戻りをしてしまうという不都合が生じることがある。つまり、バイアス磁界印加層１５６から発せられる磁束を、効率よく前記フロント枠構成部５１側まで送り出す作用ができなくなってしまう。

このような観点から、本発明における非磁性ギャップ層１５５とバイアス磁界印加層１５６との組合わせ体は、第２のシールド層５を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路を形成するとともに、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部５１の磁化を単磁区化するように設計・構成される。図４に示されるように、非磁性ギャップ層１５５のＹ方向長さＧｐは、シールド膜厚Ｔｆ以上となるように設定することが好ましい。またバイアス磁界印加層１５６のＹ方向の長さは、バイアス磁界印加層１５６の膜厚Ｔｂのおよそ５倍以上となるように設定することが好ましい。非磁性ギャップ層１５５のＹ方向長さＧｐおよびバイアス磁界印加層１５６のＹ方向の長さ、の双方の上限値は、それぞれ、シールド形状により規定され、図１で示されるｄの幅以下とすることが好ましい。

特に、本発明においては、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部５１の磁化を単磁区化するために、バイアス磁界印加層１５６から流出される全磁束量をΦｂ、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部５１の磁化を飽和させるための磁束の飽和量をΦｆ(s)とした場合、Φｂ／Φｆ(s)の値は、０．３〜２．０の範囲、好ましくは、０．８〜２．０の範囲に設定されることが望しい。

バイアス磁界印加層１５６から流出される全磁束量Φｂは、バイアス磁界印加層１５６を構成する材料の残留磁束密度Ｂｒｂと、バイアス磁界印加層１５６から流出する磁束の断面積Ｓｂとの積として表される。つまり、Φｂ＝Ｂｒｂ×Ｓｂである。なお、断面積ＳｂはＸ−Ｚ平面であり、図４に示される厚さＴｂ×奥域長さＹｂで表される（Ｓｂ＝Ｔｂ×Ｙｂ）。なお、通常、バイアス磁界印加層１５６の奥域長さＹｂはＹ₃と同じ長さとされる（Ｙｂ＝Ｙ₃）。

磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部５１の磁化を飽和させるための磁束の飽和量Φｆ(s)は、フロント枠構成部５１を構成する材料の飽和磁束密度Ｂｓｆと、フロント枠構成部５１の断面積Ｓｆとの積として表される。つまり、Φｆ(s)＝Ｂｓｆ×Ｓｆである。なお、断面積ＳｆはＹ−Ｚ平面であり、図１および図２に示される厚さＴｆ×奥域長さＹ₄で表される（Ｓｆ＝Ｔｆ×Ｙ₄）。

通常、第２のシールド層５の厚さと同じであるフロント枠構成部５１の厚さＴｆは、０．５〜２．０μｍとされる。いわゆる磁気シールド機能を発揮するために必要な膜厚であり、当該膜は、いわゆるめっき法により形成される。

これに対して、バイアス磁界印加層１５６の厚さＴｂは、例えば、０．１〜０．３μｍとされる。当該バイアス磁界印加層１５６の膜はスパッタ法により成膜されるために、上限値を超えて厚くすることは経済的ロスが大きくなってしまい、また、下限未満とすることはバイアス磁界印加の本来の効果が発揮しにくくなってしまう。

このような膜厚Ｔｆ、Ｔｂの違いのもとに、バイアス磁界印加層１５６から流出される磁束が、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部５１にまで到達することができ、かつ、フロント枠構成部５１の磁化を単磁区化することが出来るまでに必要な磁束が得られるように、上記所望の数値要件を満たすことが必要となる。

なお、フロント枠構成部５１の大きさの一例を挙げると、Ｙ₄＝５μｍ、Ｔｆ＝１μｍ、Ｘ方向幅＝３０μｍである。

バイアス磁界印加層１５６は、例えば、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体が用いられる。具体的には、前者としてＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔを例示することができ、後者は、ＣｏＦｅとＩｒＭｎとの積層体を例示することができる。

また、非磁性ギャップ層１５５としては、アルミナ、シリカ等の酸化物；アルミナナイトライド、シリコンナイトライド等の窒化物；Ｃｒ、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ａｕ、Ｃｕ等の非磁性金属；を用いることができる。

また、非磁性ギャップ層１５５のとバイアス磁界印加層１５６との間には、下地層およびバッファ層を設けることが望ましい。つまり、好ましい態様として、非磁性ギャップ層１５５の上には、下地層、バッファ層が順次形成され、バッファ層の上に、バイアス磁界印加層１５６が形成される。

下地層は、主として、非磁性ギャップ層１５５の表面を平坦化させるために形成され、Ｔｉ、Ｔａ等が用いられる。膜厚は、１〜５ｎｍ程度とされる。

バッファ層は、バイアス磁界印加層１５６の結晶性や配向性を向上させる目的で用いられる。バイアス磁界印加層１５６が硬磁性層（ハードマグネット）から構成される場合、バッファ層の材料としては、Ｃｒ、ＣｒＴｉ等が用いられ、膜厚は２〜１０ｎｍ程度とされる。また、バイアス磁界印加層１５６が強磁性層と反強磁性層との積層体から構成される場合、バッファ層の材料としては、Ｒｕ、ＮｉＣｒ等が用いられ、膜厚は２〜１０ｎｍ程度とされる。

このような下地層やバッファ層は、双方、用いることが好適ではあるが、下地層やバッファ層のいずれか一方のみを用いてもよい。また、双方使用しない場合であってもよい。

第２のシールド層５の実質的に軟磁性からなる材料としては、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＣｏＺｒＴａ、センダスト、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒＮｂ等を例示することができる。

〔第１シールド層３の説明〕
下方に位置する第１のシールド層３もまた、上述してきた第２のシールド層５と同様な形態から構成されることが望ましい。

すなわち、下方に位置する第１のシールド層３の枠形状体は、図１に示されるように、前方の媒体対向面側（ＡＢＳ）であって、磁気抵抗効果部８が位置する近傍に配置されて幅方向（Ｘ方向）に延びる平板状のフロント枠構成部３１と、このフロント枠構成部３１の端部（図の左側端部）から後方（Ｙ方向）に向かうサイド位置に配置されるサイド枠構成部３５とを有している。

サイド枠構成部３５の幅Ｙ₁（図１参照）は、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の奥域長さＹ₂（図２参照）よりも大きく形成されている（Ｙ₁＞Ｙ₂）。より好ましくは、サイド枠構成部３５の幅Ｙ₁が、フロント枠構成部３１の奥域長さＹ₂の１．４〜１０倍となるように構成される。

なお、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１は、部材の重なりにより図面ではわかり難いため、奥域長さＹ₂については、図２を参照されたい。

これらの要件が必要となることは、後述する（１）シールドに形成されるバイアス磁界印加層１５４の成膜厚さと、第１のシールド層３の（フロント枠構成部３１の）成膜厚さとの関係に端を発し、（２）最終的に、後述するバイアス磁界印加層１５４から流出される磁束の全磁束量Φ´ｂと、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部３１の磁化を飽和させるための磁束の飽和量Φ´ｆ(s)との関係、に起因するものでもある。

前述したように、第１のシールド層３のサイド枠構成部３５は、第１非磁性ギャップ層１５３と第１バイアス磁界印加層１５４との組合わせ体を部分的に備えている。第１非磁性ギャップ層１５３は、第１バイアス磁界印加層１５４から発せられる磁束を、効率よく第１のシールド層３のフロント枠構成部３１側まで送り出す作用をするように設計、配置されており、しかも、第１非磁性ギャップ層１５３と第１バイアス磁界印加層１５４との組合わせ体は、第１のシールド層３を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路（図１の例示では、右回りの閉磁路）を形成するとともに、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成される。

第１非磁性ギャップ層１５３の構成は、図１の記載からは、わかり難いが、その具体的構成を図面から理解するためには、図４を参照されたい。

第１のシールド層３において、非磁性ギャップ層１５３とバイアス磁界印加層１５４との組合わせ体以外の部材は、透磁率の高い軟磁性材料から構成されており、これが、本願発明において「実質的に軟磁性からなる第１のシールド層３」と記載する理由である。

非磁性ギャップ層１５３は、サイド枠構成部３５に埋設されており、この非磁性ギャップ層１５３に接してバイアス磁界印加層１５４が形成されている（図４参照）。図４の形態では、非磁性ギャップ層１５３の上にバイアス磁界印加層１５４が形成されている。また、図示の形態では、非磁性ギャップ層１５３により、第１のシールド層３の軟磁性部材が分断されているが、非磁性ギャップ層１５３とバイアス磁界印加層１５４との積層体によって、第１のシールド層３の軟磁性部材を分断するようにしてもよい。

本発明において、非磁性ギャップ層１５３の作用は重要であり、非磁性ギャップ層１５３は、バイアス磁界印加層１５４から発せられる磁束を、効率よくフロント枠構成部３１側まで送り出す作用をするように設計配置されることが重要である。

すなわち、本発明における非磁性ギャップ層１５３とバイアス磁界印加層１５４との組合わせ体は、第１のシールド層３を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路を形成するとともに、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部３１の磁化を単磁区化するように設計・構成される。非磁性ギャップ層１５３のＹ方向長さは、上述した非磁性ギャップ層１５５と同様にすればよい。また、バイアス磁界印加層１５４のＹ方向の長さは、上述したバイアス磁界印加層１５６と同様にすればよい。

特に、本発明においては、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部３１の磁化を単磁区化するために、バイアス磁界印加層１５６から流出される磁束の全磁束量をΦ´ｂ、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部３１の磁化を飽和させるための磁束の飽和量をΦ´ｆ(s)とした場合、Φ´ｂ／Φ´ｆ(s)の値は、０．３〜２．０の範囲、好ましくは、０．８〜２．０の範囲に設定されることが望ましい。

バイアス磁界印加層１５４から流出される磁束の全磁束量Φ´ｂは、バイアス磁界印加層１５４を構成する材料の残留磁束密度Ｂｒｂと、バイアス磁界印加層１５４から流出する磁束の断面積Ｓｂとの積として表される。つまり、Φ´ｂ＝Ｂｒｂ×Ｓｂである。なお、断面積ＳｂはＸ−Ｚ平面である。

磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部３１の磁化を飽和させるための磁束の飽和量Φ´ｆ(s)は、フロント枠構成部３１を構成する材料の飽和磁束密度Ｂｓｆと、フロント枠構成部３１の断面積Ｓｆとの積として表される。なお、断面積ＳｆはＹ−Ｚ平面である。

第１のシールド層３の厚さと同じであるフロント枠構成部３１の厚さＴ´ｆは、０．５〜２．０μｍとされる。いわゆる磁気シールド機能を発揮するために必要な膜厚であり、当該膜は、いわゆるめっき法により形成される。

これに対して、バイアス磁界印加層１５４の厚さＴ´ｂは、０．１〜０．３μｍとされる。当該バイアス磁界印加層１５４の膜はスパッタ法により成膜されるために、上限値を超えて厚くすることは経済的ロスが大きくなってしまい、また、下限未満とすることはバイアス磁界印加の本来の効果が発揮しにくくなってしまう。

このような膜厚Ｔ´ｆ、Ｔ´ｂの違いのもとに、バイアス磁界印加層１５４から流出される磁束が、磁気抵抗効果素子部８が位置するフロント枠構成部３１にまで到達することができ、かつ、フロント枠構成部３１の磁化を単磁区化することが出来るまでに必要な磁束が得られるように、上記所望の数値要件を満たすことが必要となる。

なお、フロント枠構成部３１の大きさの一例を挙げると、Ｙ₂＝５μｍ（図２参照）、Ｔ´ｆ＝１μｍ、Ｘ方向幅＝３０μｍである。

バイアス磁界印加層１５４は、例えば、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体が用いられる。具体的には、前者としてＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔを例示することができ、後者は、ＣｏＦｅとＩｒＭｎとの積層体を例示することができる。

また、非磁性ギャップ層１５３としては、アルミナ、シリカ等の酸化物；アルミナナイトライド、シリコンナイトライド等の窒化物；Ｃｒ、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ａｕ、Ｃｕ等の非磁性金属；を用いることができる。

また、非磁性ギャップ層１５３とバイアス磁界印加層１５４との間には、下地層およびバッファ層を設けることが望ましい。つまり、好ましい態様として、非磁性ギャップ層１５３の上には、下地層、バッファ層が順次形成され、バッファ層の上に、バイアス磁界印加層１５４が形成される。

下地層は、主として、非磁性ギャップ層１５３の表面を平坦化させるために形成され、Ｔｉ、Ｔａ等が用いられる。膜厚は、１〜５ｎｍ程度とされる。

バッファ層は、バイアス磁界印加層１５４の結晶性や配向性を向上させる目的で用いられる。バイアス磁界印加層１５４が硬磁性層（ハードマグネット）から構成される場合、バッファ層の材料としては、Ｃｒ、ＣｒＴｉ等が用いられ、膜厚は２〜１０ｎｍ程度とされる。また、バイアス磁界印加層１５４が強磁性層と反強磁性層との積層体から構成される場合、バッファ層の材料としては、Ｒｕ、ＮｉＣｒ等が用いられ、膜厚は２〜１０ｎｍ程度とされる。

このような下地層やバッファ層は、双方、用いることが好適ではあるが、下地層やバッファ層のいずれか一方のみを用いてもよい。また、双方使用しない場合であってもよい。

第１のシールド層３の実質的に軟磁性からなる材料としては、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＣｏＺｒＴａ、センダスト、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒＮｂ等を例示することができる。

上述してきた本発明における第１のシールド層３および第２のシールド層、特に、フロント枠構成部３１、５１は、それぞれ、
（１）外部磁界からの磁気シールド機能、
（２）電極として機能、および
（３）磁気抵抗効果部８のセンサー領域として機能する第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０の互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態を形成させるための磁気的作用を与える機能、を有している。
本発明で特に、強調すべきは、（３）の機能である。

上記（３）の機能を持たせるために、前述したごとく第１のシールド層３のフロント枠構成部３１および第２のシールド層５のフロント枠構成部５１は、それぞれ、非磁性ギャップ層とバイアス磁界印加層との組合わせ体（磁化方向制御手段）により磁化方向が制御されている。

図２に示される実施形態では、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１は、図面右側から左側に向く、マイナスの幅方向（− Ｘ方向：符号３１ｂ）に磁化が固定されている。この一方で、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１は、図面左側から右側に向く、プラスの幅方向（＋ Ｘ方向：符号５１ａ）に磁化が固定されている。

換言すれば、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１および第２のシールド層５のフロント枠構成部５１は、それぞれ、非磁性ギャップ層とバイアス磁界印加層との組合わせ体（磁化方向制御手段）により単磁区化されてなるように構成される。なお、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１および第２のシールド層５のフロント枠構成部５１との磁化方向は、それぞれ、図面の状態と互いに逆方向を向くようにしてもよい。

（磁気抵抗効果部８の説明）
図２に示されるように、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１と第２のシールド層５のフロント枠構成部５１との間には、磁気抵抗効果部８が介在されている。そして、磁気抵抗効果部８の両側面には、それぞれ、読取りのためのトラック幅を規定するためのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等からなる非磁性層４が配置されている。

図２に示されるように磁気抵抗効果部８は、積層膜の略中央に位置する第１の強磁性層１３０、非磁性中間層１４０、および第２の強磁性層１５０からなるセンサー領域と、このセンサー領域と第１のシールド層３のフロント枠構成部３１および第２のシールド層５のフロント枠構成部５１との間にそれぞれ介在される、第１の交換結合機能ギャップ層３００および第２の交換結合機能ギャップ層５００を有して構成される。

センサー領域と第１のシールド層３のフロント枠構成部３１との間、およびセンサー領域と第２のシールド層５のフロント枠構成部５１との間には、記録密度に応じた所定の間隙（ギャップ）が必要となる。信号としての外部磁界のみを確実にセンサー領域に取り込むためである。間隙（ギャップ）を必要以上に大きく取り過ぎると、信号磁界に加えて、隣接する他の信号磁界をもセンサー領域に取り込むおそれが生じる。また、間隙（ギャップ）が必要な距離に至らず、小さくなり過ぎると、信号磁界がセンサー領域を囲むシールド層３、５のフロント枠構成部３１、５１に吸い込まれて、センサー領域に入り込まなくなるおそれが生じる。

このようなギャップ機能が第１の交換結合機能ギャップ層３００および第２の交換結合機能ギャップ層５００に備わっていることは勿論のこと、本発明においてはさらに、第１の交換結合機能ギャップ層３００および第２の交換結合機能ギャップ層５００は、本発明の要部機能（特徴的機能）を発現させるべく、以下に説明するような積層構造から構成されている。

第１の交換結合機能ギャップ層３００の説明
図３に示されるように、第１の交換結合機能ギャップ層３００は、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１側から、交換結合伝達層１０１、ギャップ調整層１１１、交換結合調整層１２１を有して構成される。ギャップ調整層１１１は強磁性体から構成される、いわゆる強磁性層である。

交換結合伝達層１０１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の磁化３１ｂと、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａの磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の磁化３１ｂと磁気結合するギャップ調整層１１１の磁化１１１ａの方向も定まる。つまり、磁化が互いに逆の方向を向いて磁気的結合する反強磁性的（antiferromagnetically）結合となるのか、あるいは磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合する強磁性的（ferromagnetically）結合となるのかが定まる。

交換結合調整層１２１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれ設定によって、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと、第１の強磁性層１３０の磁化１３５の磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと磁気結合する第１の強磁性層１３０の磁化１３５の方向も定まる。つまり、反強磁性的結合となるのか、あるいは強磁性結合となるのかが定まる。

本発明においては、第１の強磁性層１３０がいわゆる外部磁界に感度良く応答するフリー層として機能させることが必要である。そのため、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の磁化３１ｂと、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａの磁気的結合の強さは大きくなるように設定され、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと、第１の強磁性層１３０の磁化１３５の磁気的結合の強さは比較的に小さくなるように設定される。

第１の交換結合機能ギャップ層３００の厚さは、１．５〜６．０ｎｍ程度に設定される。

第２の交換結合機能ギャップ層５００の説明
図３に示されるように、第２の交換結合機能ギャップ層５００は、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１側から、交換結合伝達層１０５、ギャップ調整層１１５、交換結合調整層１２５を有して構成される。ギャップ調整層１１５は強磁性体から構成される、いわゆる強磁性層である。

交換結合伝達層１０５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１の磁化５１ａと、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂの磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１の磁化５１ａと磁気結合するギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂの方向も定まる。つまり、反強磁性的結合（磁化が互いに逆の方向を向いて磁気的結合）となるのか、あるいは強磁性的結合（磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合）となるのかが定まる。

交換結合調整層１２５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと、第２の強磁性層１５０の磁化１５１の磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと磁気結合する第２の強磁性層１５０の磁化１５１の方向も定まる。つまり、反強磁性的結合となるのか、あるいは強磁性的結合となるのかが定まる。

本発明においては、第２の強磁性層１５０がいわゆる外部磁界に感度良く応答するフリー層として機能させることが必要である。そのため、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１の磁化５１ａと、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂの磁気的結合の強さは大きくなるように設定され、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと、第２の強磁性層１５０の磁化１５１の磁気的結合の強さは比較的に小さくなるように設定される。

第２の交換結合機能ギャップ層５００の厚さは、１．５〜６．０ｎｍ程度に設定される。

磁気的結合の強さ（交換結合磁界の強さ）の調整についての説明
磁気的結合の強さ（交換結合磁界の強さ）の調整について、図１０および図１１を参照して、以下に説明する。

図１０は、交換結合伝達層１０１、１０５、交換結合調整層１２１、１２５の構成材料として、ＲｕおよびＣｕを用いた場合に、ＲｕおよびＣｕの厚さｔ〔Å（オングストローム）〕と、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕との関係を示したグラフである。なお、このグラフにおいて、ＲｕまたはＣｕを挟持して交換結合される磁性材料はＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀合金を用いている。図１１は、Ｃｕ厚さｔ〔Å（オングストローム）〕と交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕との関係を示したグラフであり、基本的には、図１０に記載されたＣｕに関するグラフと実質的に同じであるが、特に、縦軸に示される交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕の目盛りスパーンを拡大して、縦軸の変動を分り易く表示したものである。

これらの図１０および図１１のグラフにおいて、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕の値がプラス（＋）となる場合、いわゆる強磁性的結合（磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合）が生じる。これとは反対に、交換結合の強さＪ〔erg/cm²〕の値がマイナス（−）となる場合、反強磁性的結合（磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合）が生じる。
交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕の絶対値｜Ｊ｜は、結合強さの絶対量そのものを示す。

交換結合伝達層１０１、１０５の設定にあたっては、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕の絶対値｜Ｊ｜が０．２〔erg/cm²〕を超えるように設計することが好ましい（｜Ｊ｜＞０．２〔erg/cm²〕）。交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕の絶対値｜Ｊ｜が０．２〔erg/cm²〕以下となると、ギャップ調整層１１１、１１５の磁化１１１ａ，１１５ｂが媒体からの磁界の影響を受けて変動し、シールドとしての機能を有してしまうという不都合が生じる。

このような観点から本発明においては、図８や図９に示されるグラフから分るように、（１）交換結合伝達層１０１、１０５にＣｕを用いた場合、Ｃｕの厚さは６〜１０Åの範囲に設定されることが好ましく、（２）交換結合伝達層１０１、１０５にＲｕを用いた場合、Ｒｕの厚さは４〜９Åの範囲および１６〜２０Åの範囲に設定されることが好ましい。

この一方で、交換結合調整層１２１、１２５の設定にあたっては、交換結合の強さＪ〔erg/cm²〕の絶対値｜Ｊ｜が０．０２〔erg/cm²〕を超え、０．６〔erg/cm²〕未満となるように設計することが好ましい（０．０２＜｜Ｊ｜＜０．６〔erg/cm²〕）。交換結合の強さＪ〔erg/cm²〕の絶対値｜Ｊ｜が０．０２〔erg/cm²〕以下となると、フリー層として機能する第１および第２の強磁性層１３０、１５０の磁化状態が多磁区化してバルクハウゼンノイズが発生するという不都合が生じる。この一方で、交換結合の強さＪ〔erg/cm²〕の絶対値｜Ｊ｜が０．６〔erg/cm²〕以上となると、フリー層として機能する第１および第２の強磁性層１３０、１５０の磁化が媒体からの信号磁界に対して自由に応答できず、低感度化に繋がるという不都合が生じる。

このような観点から本発明においては、図１０や図１１に示されるグラフから分るように、（１）交換結合調整層１２１、１２５にＣｕを用いた場合、Ｃｕの厚さは１３〜１６Åの範囲に設定され、（２）交換結合調整層１２１、１２５にＲｕを用いた場合、Ｒｕの厚さは９．５〜２０Åの範囲に設定される。

なお、交換結合伝達層１０１、１０５、交換結合調整層１２１、１２５の構成材料として、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄを用いた場合であっても、ＲｕやＣｕと同様な設定をすることができる。

第１の強磁性層１３０、非磁性中間層１４０、および第２の強磁性層１５０からなるセンサー領域についての説明
前述したように、第１の強磁性層１３０、非磁性中間層１４０および第２の強磁性層１５０の積層体が、センサー領域を形成しており、その積層体のトータル厚さは、１０〜２０ｎｍ程度とされる。これらの中で第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、外部から印加された磁界の影響を受けて、各層の磁化の方向が変化するいわゆるフリー層として機能する。

第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０を構成する材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ₂ＭｎＳｉ、Ｃｏ₂ＭｎＧｅ、ＦｅＯ_x（Ｆｅの酸化物）等を例示することができる。各層の厚さは、それぞれ、０．５〜８ｎｍ程度とされる。

非磁性中間層１４０はＭＲ効果を発現させるための必須の膜であり、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｇａ、ＴｉＯｘ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＧａＮ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等を例示することができる。非磁性中間層１４０を、２層以上の積層膜とすることも好ましい態様である。好適な具体例として、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕの３層積層膜を挙げることができる。ＣｕをＺｎで置換したＣｕ／ＺｎＯ／Ｚｎの３層積層膜も出力の向上が図られて好ましい態様である。

非磁性中間層１４０の厚さは０．５〜５ｎｍ程度とされる。

〔磁気抵抗効果素子の変形例の説明〕
図５〜図７は、それぞれ、図３に相当する図面であり、磁気抵抗効果部８の構成変形例を示した図面である。

いずれの変形例を示す図面においても、フリー層として機能する第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０には、それぞれ、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１および第２のシールド層５のフロント枠構成部５１からの磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いている点では同じである。異なるのは交換結合伝達層１０１、１０５および交換結合調整層１２１、１２５の材質や膜厚仕様を変えて、反強磁性的結合を利用するのか、あるいは強磁性的結合を利用するのかである。

図８は、本発明の他の実施の形態における磁気抵抗効果素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）から見た斜視図である。図９は、図８における磁気抵抗効果素子のセンサー領域を含む磁気抵抗効果部を拡大して示した模式図である。

図８に示される実施形態では、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１は、図面右側から左側に向く、マイナスの幅方向（−Ｘ方向）に磁化が固定されている。同様に、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１もまた、図面右側から左側に向く、マイナスの幅方向（−Ｘ方向）に磁化が固定されている。

この変形例の実施形態においても、フリー層として機能する第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０には、それぞれ、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１および第２のシールド層５のフロント枠構成部５１からの磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いている。交換結合伝達層１０１、１０５および交換結合調整層１２１、１２５は、それらの材質や膜厚仕様の選定により、反強磁性的結合を利用できたり、あるいは強磁性的結合を利用できたりする。図９に変えて、図５〜図７に示されるような磁気抵抗効果部８の構成変形例を適用させることができる。

図１２には、磁気抵抗効果部８の新たな構成変形例が示されている。上述してきた磁気抵抗効果部８の構成と異なる点は、第１の交換結合機能ギャップ層３００の構成、および第２の交換結合機能ギャップ層５００の構成である。すなわち、図１２において、第１の交換結合機能ギャップ層３００は、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１側から、交換結合伝達層１０１、ギャップ調整層１１１、交換結合伝達層１０２、ギャップ調整層１１２、および交換結合調整層１２１、を順次含み、この一方で、第２の交換結合機能ギャップ層５００は、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１側から、交換結合伝達層１０５、ギャップ調整層１１５、交換結合伝達層１０６、ギャップ調整層１１６、および交換結合調整層１２５、を順次含む、構成となっている。この実施形態においても、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層と記載された層の各構成は、上述した図３、図５〜図７等で示された交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層の構成と同じである。

図１２に示される実施形態において、（１）ギャップ調整層１１１とギャップ調整層１１２の２つの強磁性層の磁化量Ｍｓｔを一致させ、かつ、互いに強く反強磁性的結合をさせること、並びに、（２）ギャップ調整層１１５とギャップ調整層１１６の２つの強磁性層の磁化量Ｍｓｔを一致させ、かつ、互いに強く反強磁性的結合をさせることで、外部磁界に対する応答をゼロとすることが可能となり、特に好ましい実施例が実現できる。また、交換結合伝達層の結合強度が比較的弱くても、確実にギャップ層としての機能を持たせることが可能になる。なお、図１２に示される構成においては、交換結合調整層としてＲｕの三番目のピーク（3^rd Peak）を使用してもよい。

〔磁気抵抗効果素子の変形例の説明〕
図１に示されるような磁気抵抗効果素子の構造は、バイアス磁界印加層１５４、１５６（図１）および後述する素子バイアス磁界印加手段（素子バイアス印加層）６００（図１５）を、一括同時に着磁操作することが出来る点においても、すぐれた形態である。

さらに、図１に示される２つの第１のシールド層３と第２のシールド層５は、それぞれ、別体として形成するのではなく、図１３に示されるように、磁路が連続して繋がった一体化物として形成することもできる。この形態も本願発明の範囲内である。

また、図１に示される第１のシールド層３あるいは第２のシールド層５と同じ形態の物を２枚準備して、上下に配置することもできる。この場合において、２つのバイアス磁界印加層を同一のＹ方向に着磁した場合、第１のシールド層３と第２のシールド層５のフロント枠構成部３１、５１は、図８に示されるような磁界方向３１ｂ、５１ｂとなる。

さらに、変形例というよりは、むしろ、シールドへの磁化の付与手段を変えた他の実施形態が図２１に示される。図２１は、本発明の他の実施形態における磁気抵抗効果素子の斜視図であって、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）方向から見た斜視図である。図２１に示される第１のシールド層３´および第２のシールド層５´の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部３１´、５１´を有し、さらに、前記第１および第２のシールド層の枠形状体の一部には、コイル１５４´、１５６´がそれぞれ巻かれ、当該コイル１５４´、１５６´への通電により発生した磁束により、前記第１および第２のシールド層のフロント枠構成部３１´、５１´の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成される。なお、コイル１５４´、１５６´への通電方向（電流印加方向）を適宜選択することにより、第１および第２のシールド層のフロント枠構成部３１´、５１´の磁化方向を変えることができる。

〔磁気抵抗効果素子の外部磁界の検出動作の説明〕
図１４Ａ〜図１４Ｃを参照しつつ本発明の磁気抵抗効果素子の外部磁界の検出動作を説明する。

磁化方向を直交化させる素子バイアス磁界が印加される前においては、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１および第２のシールド層５のフロント枠構成部５１の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態となっている。

第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０の後方（奥域側：Ｙ方向）には、通常、図１５に示されるように、ハードマグネット等の素子バイアス磁界印加手段（素子バイアス印加層）６００が設置されており、この素子バイアス磁界印加手段６００からのバイアス磁界によって、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０に対してバイアス磁界が印加される。これによって、第１の強磁性層１３０の磁化１３５および第２の強磁性層１５０の磁化１５１の実質的な直交化が図られ、図１４Ａに示される状態に至る。この状態が磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果部８）としてのイニシャルの状態（初期状態）である。

図１４Ｂに示されるように、ＡＢＳから素子側に流入する方向の外部磁界Ｄ１を検出すると、第１の強磁性層１３０の磁化１３５、および第２の強磁性層１５０の磁化１５１は同じ方向を向く傾向となり、素子の抵抗は小さくなる。

この一方で、図１４Ｃに示されるように、ＡＢＳから離れる方向の外部磁界Ｄ２を検出すると、第１の強磁性層１３０の磁化１３５、および第２の強磁性層１５０の磁化１５１は双方で反対の方向を向く傾向が生じ、素子の抵抗は大きくなる。

このような外部磁界に対する一連の抵抗変化を測定するによって、外部磁界を検出することができる。

なお、磁気抵抗効果素子の構造を図１に示されるような構造とすることにより、バイアス磁界印加層１５４、１５６（図１）および素子バイアス磁界印加手段（素子バイアス印加層）６００（図１５）は、一括で同時に、同じ着磁方向（Ｙ方向）となるように着磁操作することができ、着磁工程の簡略化および着磁操作の確実性を実現することができる。

〔薄膜磁気ヘッドの全体構造についての説明〕
図１６には、いわゆるエアベアリング面（ＡＢＳ）に平行な薄膜磁気ヘッドの断面図（Ｙ−Ｚ平面での断面）が示されている。

図１６に示される薄膜磁気ヘッド１００は、媒体進行方向Ｍに移動する例えばハードディスクなどの記録媒体１０に磁気的な処理を施すために、例えばハードディスクドライブなどの磁気記録装置に搭載されて使用される。

図面に例示されている薄膜磁気ヘッド１００は、磁気的処理として記録処理および再生処理の双方を実行可能ないわゆる複合型ヘッドであり、その構造は、図１６に示されるように、例えばアルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）などのセラミック材料より構成されたスライダ基板１の上に、磁気ヘッド部１０１が形成された構成を有している。

磁気ヘッド部１０１は、磁気抵抗（ＭＲ:Magneto-Resistive）効果を利用して記録された磁気情報の再生処理を行う再生ヘッド部１００Ａと、例えば、垂直記録方式の記録処理を実行するシールド型の記録ヘッド部１００Ｂとが、積層された構成を有している。

以下さらに詳細に説明する。
第１のシールド層３と第２のシールド層５は、スライダ基板１の側面１ａに略平行となるように形成された平面的な層であり、また、これらの層３、５は、媒体対向面７０であるＡＢＳの一部を形成している。

磁気抵抗効果部８は、第１のシールド層３および第２のシールド層５に挟まれるように配置されており、媒体対向面７０の一部を形成している。そして、媒体対向面７０に垂直方向（Ｙ方向）のハイトがＭＲハイト（ＭＲ−ｈ）となる。

第１のシールド層３および第２のシールド層５は、例えば、フレームめっき法を含むパターンめっき等によって形成される。なお、図面では明示してないが、第１のシールド層３および第２のシールド層５は、上述してきた本発明の作用効果を発現するように構成されている必要がある。

磁気抵抗効果部８は、スライダ基板１の側面１ａに略平行となるように形成された積層膜であり、媒体対向面７０の一部を構成している。

磁気抵抗効果部８は、例えば、その積層面と垂直方向にセンス電流が流れる膜面垂直型（ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane））の積層膜であり、前述したような構成とされる。

また、図１６に示されるように、第２のシールド層５と記録ヘッド部１００Ｂとの間には、第２のシールド層５と同様の材料からなる素子間シールド層９が形成されている。

素子間シールド層９は、センサーとして機能する磁気抵抗効果部８を、記録ヘッド部１００Ｂより発生する磁界から遮断して、読み出しの際の外来ノイズを防止する役割を果たしている。また、素子間シールド層９と記録ヘッド部１００Ｂとの間に、さらにバッキングコイル部が形成されていてもよい。バッキングコイル部は、記録ヘッド部１００Ｂから発生して磁気抵抗効果部８の上下電極層を経由する磁束ループを打ち消す磁束を発生させるものであり、磁気ディスクへの不要な書き込み、または消去動作である広域隣接トラック消去（ＷＡＴＥ）現象の抑制を図るように作用する。

磁気抵抗効果部８の媒体対向面７０とは反対側の第１および第２シールド層３、５の間隙；並びに第１および第２シールド層３、５、および素子間シールド層９の媒体対向面７０とは反対側である後方部位；並びに第１のシールド層３とスライダ基板１との間隙；並びに素子間シールド層９と記録ヘッド部１００Ｂとの間隙、にはそれぞれアルミナ等から形成された絶縁層４、４４が形成されている。

記録ヘッド部１００Ｂは、垂直磁気記録用として構成されることが好ましく、図１６に示されるように、主磁極層１５、ギャップ層１８、コイル絶縁層２６、コイル層２３、および補助磁極層２５を有している。

主磁極層１５は、コイル層２３によって誘導された磁束を、書き込みがなされる磁気記録媒体１０の記録層まで収束させながら導くための導磁路として構成される。ここで主磁極層１５の媒体対向面７０側の端部において、トラック幅方向（図１６のＸ軸に沿った方向）の幅、および積層方向（図１６のＺ軸に沿った方向）の厚さは、他の部分に比べて小さくすることが好ましい。この結果、高記録密度化に対応した微細で強い書き込み用磁界を発生させることが可能となる。

主磁極層１５に磁気的に結合した補助磁極層２５の媒体対向面７０側の端部は、補助磁極層２５の他の部分よりも層断面が広いトレーリングシールド部を形成している。図１６に示されるように、補助磁極層２５は、アルミナ等の絶縁材料により形成されたギャップ層１８、およびコイル絶縁層２６を介在させて、主磁極層１５の媒体対向面７０側の端部と対向配置されている。

このような補助磁極層２５を設けることによって、媒体対向面７０近傍における補助磁極層２５と主磁極層１５との間において磁界勾配をより急峻にさせることができる。この結果、信号出力のジッタが小さくなって読み出し時のエラーレートを小さくすることができる。

補助磁極層２５は、例えば、フレームめっき法、スパッタリング法等を用いて、例えば、厚さ約０．５〜５μｍに形成される。使用材料としては、例えば、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏのうち、いずれか２つ若しくは３つからなる合金を用いたり、あるいは、これらを主成分として所定の元素が添加された合金等から構成される。

ギャップ層１８は、コイル層２３と主磁極層１５とを離間させるように形成される。ギャップ層１８は、例えばスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成された、例えば、厚さ０．０１〜０．５μｍ程度のＡｌ₂Ｏ₃、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等から構成される。

〔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の説明〕
次いで、上述してきた薄膜ヘッドが搭載されて使用され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の一例について説明する。

まず、図１７を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に基板およびオーバーコートからなる基体２１１を備えている。

基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面３０が形成されている。

ハードディスクが図１７におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図１７におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図１７におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。

スライダ２１０の空気流出側の端部（図１７における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドが形成されている。

次に、図１８を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。

ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図１８は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に図１９および図２０を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係るハードディスク装置について説明する。

図１９はハードディスク装置の要部を示す説明図、図２０はハードディスク装置の平面図である。

ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。

ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応しスライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。

本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。

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は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。

また、実施の形態では、基体側に再生ヘッド部を形成し、その上に、垂直記録ヘッド部を積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、再生専用の薄膜ヘッドとして用いる場合には、再生ヘッド部だけを備えた構成としてもよい。

以下に、本発明の磁気抵抗効果素子に関する具体的実験例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

（実験例１）
図１および図２に示される構成からなる磁気抵抗効果素子の実験用サンプル（実施例１サンプル）を作製した。

すなわち、下記表１に示されるように、幅３０μｍ（Ｘ軸方向の寸法）、長さ５μｍ（Ｙ軸方向の寸法）、厚さ１μｍ（Ｚ軸方向の寸法）のＮｉＦｅからなる第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の上に、表１に示される積層構成からなる磁気抵抗効果部８を形成し、この磁気抵抗効果部８の上に、幅３０μｍ（Ｘ軸方向の寸法）、長さ５μｍ（Ｙ軸方向の寸法）、厚さ１μｍ（Ｚ軸方向の寸法）のＮｉＦｅからなる第２のシールド層５のフロント枠構成部５１を形成した。磁気抵抗効果部８の両サイドはアルミナにより絶縁した。

第１のシールド層３および第２のシールド層５は、それぞれ、上記寸法のフロント枠構成部３１、５１を備えており、第１のシールド層３および第２のシールド層５の形態および配置は、図１に示されるような形態および配置とした。

第１のシールド層３のサイド枠構成部３５（Ｘ方向幅：Ｙ₁＝Ｙ₃＝２５μｍ）は、第１非磁性ギャップ層１５３と第２バイアス磁界印加層１５４との組合わせ体を部分的に備え、同様に、第２のシールド層５のサイド枠構成部５５は、第２非磁性ギャップ層１５５と第２バイアス磁界印加層１５６との組合わせ体を部分的に備える形態とした。

第１非磁性ギャップ層１５３および第２非磁性ギャップ層１５５は、それぞれ、Ｘ方向幅２５μｍ、Ｙ方向長さ２５μｍ、Ｚ方向厚さ１μｍの大きさのアルミナ材料から構成し、軟磁性からなるシールドを分断するように埋め込んで形成した。

第１バイアス磁界印加層１５４および第２バイアス磁界印加層１５６は、それぞれ、第１非磁性ギャップ層１５３および第２非磁性ギャップ層１５５の上に同じＸ−Ｙ寸法となるように形成した。Ｚ方向厚さは、０．２μｍとした。材料は、ＣｏＣｒＰｔとした。成膜は、スパッタ法により行なった。なお、非磁性ギャップ層１５５（１５３）とバイアス磁界印加層１５６（１５４）との間には、非磁性ギャップ層１５５（１５３）側から、Ｔａからなる下地層（厚さ３ｎｍ）およびＣｒＴｉからなるバッファ層（厚さ５ｎｍ）を介在させた。

第１バイアス磁界印加層１５４および第２バイアス磁界印加層１５６からの磁界により、第１のシールド層３および第２のシールド層５のそれぞれ、フロント枠構成部３１、５１は、単磁区構造が形成されており、フロント枠構成部３１、５１の磁化方向は、図１および図２に示されるように反平行とされている。

表１に示される構成においては、図３に示されるごとく、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の磁化３１ｂは、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと反強磁性的結合しており、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａは、第１の強磁性層１３０の磁化１３５と反強磁性的結合している。また、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１の磁化５１ａは、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと反強磁性的結合しており、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂは、第２の強磁性層１５０の磁化１５１と反強磁性的結合している。

このようにして形成した実施例１サンプルの磁気抵抗効果素子を用いて、−４００ Ｏｅ〜４００ Ｏｅに相当する媒体からの信号磁界を検出させたところ、実用化可能な磁気抵抗変化を得ることが確認できた。

さらに、実施例１サンプルの磁気抵抗効果素子に対して、外部磁界として５００ Ｏｅストレス磁界を印加し、ストレス磁界印加の前および後における出力変動値を測定した結果、不良素子の発生率は、極めて少なく、実施例１サンプルの磁気抵抗効果素子は、耐磁場性に極めて優れることが確認できた。

（実験例２）
上記実験例１の実施例１サンプルにおいて、センサー領域を構成する非磁性中間層１４０を構成する材料をＣｕ（厚さ０．５ｎｍ）／ＺｎＯ（厚さ１．８ｎｍ）／Ｃｕ（厚さ０．５ｎｍ）の３層積層体から、ＭｇＯ（厚さ０．８ｎｍ）に変えた。

それ以外は、上記実施例１と同様にして、磁気抵抗効果素子の実験用サンプル（実施例２サンプル）を作製した。

このようにして形成した実施例２サンプルの磁気抵抗効果を用いて、−４００ Ｏｅ〜４００ Ｏｅに相当する媒体からの信号磁界を検出させたところ、実用化可能な磁気抵抗変化を得ることが確認できた。さらに、実施例２サンプルの磁気抵抗効果素子に対して、外部磁界として５００ Ｏｅストレス磁界を印加し、ストレス磁界印加の前および後における出力変動値を測定した結果、不良素子の発生率は、極めて少なく、実施例２サンプルの磁気抵抗効果素子は、耐磁場性に極めて優れることが確認できた。

（実験例３）
上記実験例１の実施例１サンプルにおいて、第１の交換結合ギャップ層３００および第２の交換結合ギャップ層５００の積層構成を、下記表２に示されるように変え、図１２に示されるような実施形態の磁気抵抗効果素子の実験用サンプル（実施例３サンプル）を作製した。

表２に示される構成においては、図１２に示されるごとく、第１のシールド層３のフロント枠構成部３１の磁化３１ｂは、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと反強磁性的結合しており、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａは、ギャップ調整層１１２の磁化１１２ｂの磁化と反強磁性的結合しており、ギャップ調整層１１２の磁化１１２ｂは、第１の強磁性層１３０の磁化１３５と反強磁性的結合している。同様に、第２のシールド層５のフロント枠構成部５１の磁化５１ａは、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと反強磁性的結合しており、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂは、ギャップ調整層１１６の磁化１１６ａの磁化と反強磁性的結合しており、ギャップ調整層１１６の磁化１１６ａは、第２の強磁性層１５０の磁化１５１と反強磁性的結合している。

この実施例３サンプルにおいて、（１）ギャップ調整層１１１とギャップ調整層１１２の２つの強磁性層の磁化量Ｍｓｔは同じであり、かつ、互いに強く反強磁性的結合をさせられており、同様に、（２）ギャップ調整層１１５とギャップ調整層１１６の２つの強磁性層の磁化量Ｍｓｔは同じ一致であり、かつ、互いに強く反強磁性的結合をさせられている。

このようにして形成した実施例３サンプルの磁気抵抗効果を用いて、−４００ Ｏｅ〜４００ Ｏｅに相当する媒体からの信号磁界を検出させたところ、実用化可能な磁気抵抗変化を得ることが確認できた。さらに、実施例３サンプルの磁気抵抗効果素子に対して、外部磁界として５００ Ｏｅストレス磁界を印加し、ストレス磁界印加の前および後における出力変動値を測定した結果、不良素子の発生率は、極めて少なく、実施例３サンプルの磁気抵抗効果素子は、耐磁場性に極めて優れることが確認できた。

以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
すなわち、本発明は、磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成され、下方に位置する実質的に軟磁性からなる第１のシールド層および上方に位置する実質的に軟磁性からなる第２のシールド層と、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）構造の磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、前記下方に位置する第１のシールド層、および前記上方に位置する第２のシールド層は、それぞれ、素子の幅方向と長さ方向で規定される平面形状（Ｘ−Ｙ平面）が、枠形状体に形成されており、前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部を有し、前記磁気抵抗効果部を構成する第１の強磁性層および第２の強磁性層には、それぞれ、前記第１のシールド層のフロント枠構成部および前記第２のシールド層のフロント枠構成部の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いているように構成されているので、２つの強磁性層（Free Layer）間に介在される中間膜の材質や、中間膜の特殊な構造に制約を受けることなく、２つの強磁性層（Free Layer）の反平行の磁化状態を簡易な構造で実現でき、近年の超高記録密度化の要求に応じるべく、「Read Gap長さ」（上下シールド層の間隙）を狭くできる構造を採択して線記録密度の向上を図ることができる。さらには、安定した磁気抵抗効果変化を得ることができ、より信頼性の向上を図ることができる。

本発明の産業上の利用可能性として、本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子を備える磁気ディスク装置の産業に利用できる。

図１は、本発明の実施の形態における磁気抵抗効果素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）方向から見た斜視図である。 図２は、図１の丸状の点線で囲まれたエリアＡのＡＢＳ近傍の素子構造を示す斜視図である。 図３は、図２における磁気抵抗効果素子のセンサー領域を含む磁気抵抗効果部を拡大して示した模式図である。 図４は、図１のＢ−Ｂ断面矢視図面である。 図５は、図３に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成の変形例を示した図面である。 図６は、図３に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成の変形例を示した図面である。 図７は、図３に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成の変形例を示した図面である。 図８は、図２に相当する図面であって、他の実施の形態における磁気抵抗効果素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）から見た斜視図である。 図９は、図８における磁気抵抗効果素子のセンサー領域を含む磁気抵抗効果部を拡大して示した模式図である。 図１０は、交換結合伝達層１０１、１０５、交換結合調整層１２１、１２５の構成材料として、ＲｕおよびＣｕを用いた場合に、ＲｕおよびＣｕの厚さｔ〔Å（オングストローム）〕と、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕との関係を示したグラフである。 図１１は、Ｃｕ厚さｔ〔Å（オングストローム）〕と交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm²〕との関係を示したグラフである。 図１２は、磁気抵抗効果部の新たな構成変形例を示す断面図である。 図１３は、本発明の他の実施の形態における磁気抵抗効果素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）から見た斜視図である。 図１４Ａ〜図１４Ｃは、それぞれ、本発明の磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果変化が得られる磁化の状態変化を、外部磁界に応じて示したモデル図である。 図１５は、素子バイアス磁界印加手段（素子バイアス印加層）が、第１の強磁性層および第２の強磁性層の後方（奥域側：Ｙ方向）に配置された状態をモデル的に示す斜視図である。 図１６は、いわゆるエアベアリング面（ＡＢＳ）に平行な薄膜磁気ヘッドの断面図を示したものである。 図１７は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 図１８は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 図１９は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。 図２０は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。 図２１は、本発明の他の実施形態における磁気抵抗効果素子の斜視図であって、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）方向から見た斜視図である。

符号の説明

３…第１のシールド層
５…第２のシールド層
８…磁気抵抗効果部
３１、５１…フロント枠構成部
１３０…第１の強磁性層
１４０…非磁性中間層
１５０…第２の強磁性層
１５３、１５５…非磁性ギャップ層
１５４、１５６…バイアス磁界印加層

Claims (17)

1. 磁気抵抗効果部と、
   前記磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成され、下方に位置する実質的に軟磁性からなる第１のシールド層および上方に位置する実質的に軟磁性からなる第２のシールド層と、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）構造の磁気抵抗効果素子であって、
   前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、
   前記下方に位置する第１のシールド層、および前記上方に位置する第２のシールド層は、それぞれ、素子の幅方向と長さ方向で規定される平面形状（Ｘ−Ｙ平面）が、枠形状体に形成されており、前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部を有し、
   前記磁気抵抗効果部を構成する第１の強磁性層および第２の強磁性層には、それぞれ、前記第１のシールド層のフロント枠構成部および前記第２のシールド層のフロント枠構成部の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部と、このフロント枠構成部の端部から後方に向かうサイド位置に配置されるサイド枠構成部とを有し、
   前記第１のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₁は、前記第１のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₂よりも大きく形成されており（Ｙ₁＞Ｙ₂）、
   前記第２のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₃は、前記第２のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₄よりも大きく形成されており（Ｙ₃＞Ｙ₄）、
   前記第１のシールド層のサイド枠構成部は、第１非磁性ギャップ層と第１バイアス磁界印加層との組合わせ体を部分的に備え、前記第１非磁性ギャップ層は、前記第１バイアス磁界印加層から発せられる磁束を、効率よく前記第１のシールド層のフロント枠構成部側まで送り出す作用をするように設計配置されており、前記第１非磁性ギャップ層と第１バイアス磁界印加層との組合わせ体は、前記第１のシールド層を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路を形成するとともに、前記第１のシールド層のフロント枠構成部の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成され、
   前記第２のシールド層のサイド枠構成部は、第２非磁性ギャップ層と第２バイアス磁界印加層との組合わせ体を部分的に備え、前記第２非磁性ギャップ層は、前記第２バイアス磁界印加層から発せられる磁束を、効率よく前記第２のシールド層のフロント枠構成部側まで送り出す作用をするように設計配置されており、前記第２非磁性ギャップ層と第２バイアス磁界印加層との組合わせ体は、前記第２のシールド層を構成する枠形状体を磁束がぐるりと回る閉磁路を形成するとともに、前記第２のシールド層のフロント枠構成部の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成されてなる請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記磁気抵抗効果部を構成する第１の強磁性層は、磁化方向が制御された前記第１のシールド層のフロント枠構成部と、第１の交換結合機能ギャップ層を介して、間接的に磁気的な結合がなされており、
   前記磁気抵抗効果部を構成する第２の強磁性層は、磁化方向が制御された前記第２のシールド層のフロント枠構成部と、第２の交換結合機能ギャップ層を介して、間接的に磁気的な結合がなされている請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含み、
   前記第２の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含む、請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記交換結合伝達層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、
   前記ギャップ調整層は強磁性体から構成され、
   前記交換結合調整層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成される請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
6. 前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含み、
   前記第２の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含む、請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
7. 前記非磁性中間層は、中央にＺｎＯを配置させた３層積層膜から構成される請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
8. 前記第１のシールド層において、第１バイアス磁界印加層から流出される全磁束量をΦ´ｂ、フロント枠構成部の磁化を飽和させるための磁束の飽和量をΦ´ｆ(s)、とした場合、Φ´ｂ／Φ´ｆ(s)＝０．３〜２．０の範囲に設定され、
   前記第２のシールド層において、第２バイアス磁界印加層から流出される磁束の全磁束量をΦｂ、フロント枠構成部の磁化を飽和させるための磁束の飽和量Φｆ(s)、とした場合、Φｂ／Φｆ(s)＝０．３〜２．０の範囲に設定されてなる請求項２ないし請求項７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
9. 前記第１のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₁が、前記第１のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₂の１．４〜１０倍であり、
   前記第２のシールド層のサイド枠構成部の幅Ｙ₃が、前記第２のシールド層のフロント枠構成部の奥域長さＹ₄の１．４〜１０倍である請求項２ないし請求項８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
10. 前記第１非磁性ギャップ層は、前記第１のシールド層のサイド枠構成部に埋設されており、当該第１非磁性ギャップ層に接して第１バイアス磁界印加層が形成されており、
    前記第２非磁性ギャップ層は、前記第２のシールド層のサイド枠構成部に埋設されており、当該第２非磁性ギャップ層に接して第２バイアス磁界印加層が形成されている請求項２ないし請求項９のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
11. 前記第１のシールド層および第２のシールド層の厚さが、０．５〜２．０μｍであり、前記第１のバイアス磁界印加層および第２のバイアス磁界印加層の厚さが０．１〜０．３μｍである請求項２ないし請求項１０のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
12. 前記磁気抵抗効果部の奥域の長さ方向（Ｙ方向）には、フリーとして機能する第１の強磁性層および第２の強磁性層に対して、初期状態としての磁化方向アングルを規定するための素子バイアス印加層が配置される請求項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。
13. 前記バイアス磁界印加層および素子バイアス印加層は、一括同時に着磁操作され、長さ方向（Ｙ方向）に着磁されてなる請求項１２に記載の磁気抵抗効果素子。
14. 前記第１および第２のシールド層の枠形状体は、それぞれ、前方の媒体対向面側であって、磁気抵抗効果部が位置する近傍に配置されるフロント枠構成部を有し、さらに、前記第１および第２のシールド層の枠形状体の一部には、コイルが巻かれ、当該コイルへの通電により発生した磁束により、前記第１および第２のシールド層のフロント枠構成部の磁化を単磁区化し、かつ磁化方向を制御するように構成されてなる請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
15. 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１４のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子と、
    を有してなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
16. 請求項１５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。
17. 請求項１５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磁気ディスク装置。

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