JP2010113752A - Magnetic sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor capable of increasing a potential output. <P>SOLUTION: The magnetic sensor 100A includes: a channel layer 5; a magnetic free layer 6 disposed on a first part of the channel layer 5 to detect an external magnetic field; an upper inner pinned magnetic layer 18A disposed on a second part different from the first part of the channel layer 5; and a lower inner pinned magnetic layer 12 disposed opposite to the upper inner pinned magnetic layer 18A with the channel layer 5 between. The upper inner pinned magnetic layer 18A and the lower inner pinned magnetic layer 12 are fixed so that magnetization directions thereof are made parallel or anti-parallel to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気センサーに関するものである。   The present invention relates to a magnetic sensor.

薄膜磁気記録再生ヘッド等に用いられる磁気センサーとして、磁気抵抗素子が知られている。一般的に磁気抵抗素子では、磁化固定層と磁化自由層との間に電流を流すため、高出力が得られる。しかしながら、磁気抵抗素子では、電流が与えるスピントルクによる磁壁の移動などに起因する、磁気センサーとして不必要な信号が得られてしまう。   A magnetoresistive element is known as a magnetic sensor used in a thin film magnetic recording / reproducing head. In general, in a magnetoresistive element, a high output is obtained because a current flows between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. However, in the magnetoresistive element, a signal unnecessary as a magnetic sensor is obtained due to the movement of the domain wall by the spin torque given by the current.

一方、磁化自由層及び磁化固定層を同一水平面（スピンを蓄積するためのチャンネル層）上に形成するスピン蓄積型（SA: Spin Accumulation）磁気センサーが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。例えば、薄膜磁気記録再生ヘッドにスピン蓄積型磁気センサーを用いた場合、磁気記録媒体などの外部磁場を感知する磁化自由層には、電流を流す必要がない。すなわち、スピン蓄積型磁気センサーでは、スピン電流のみを利用して、磁気状態を出力電圧として検出することが可能である。従って、磁気抵抗素子で観測されてしまう不必要な信号が、スピン蓄積型磁気センサーでは観測される恐れは少ない。
特開２００７−２９９４６７号公報 特許第４０２９７７２号公報 On the other hand, a spin accumulation (SA) magnetic sensor is known in which a magnetization free layer and a magnetization fixed layer are formed on the same horizontal plane (channel layer for accumulating spin) (for example, Patent Document 1, Patent) Reference 2). For example, when a spin accumulation type magnetic sensor is used for a thin film magnetic recording / reproducing head, it is not necessary to pass a current through a magnetization free layer that senses an external magnetic field such as a magnetic recording medium. That is, in the spin accumulation type magnetic sensor, it is possible to detect the magnetic state as the output voltage by using only the spin current. Therefore, an unnecessary signal that is observed by the magnetoresistive element is less likely to be observed by the spin accumulation type magnetic sensor.
JP 2007-299467 A Japanese Patent No. 4029772

ところで、高い出力を有するスピン蓄積型磁気センサーを作る観点からは、磁化自由層及び磁化固定層間の距離をスピン拡散長よりも十分に短くする方法や、スピン流の二次元的な流れを考慮した電極配置を行う方法などが考えられる。あるいは磁化固定層からチャンネル層へスピン偏極した電子を多く注入するために、磁化自由層及び磁化固定層とチャンネル層との間に絶縁層を設ける方法などが考えられる。しかしながら、従来のスピン蓄積型磁気センサーでは、電位出力が十分ではなかった。   By the way, from the viewpoint of making a spin accumulation type magnetic sensor having a high output, a method of making the distance between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer sufficiently shorter than the spin diffusion length and a two-dimensional flow of the spin current are considered. A method of arranging electrodes may be considered. Alternatively, in order to inject many spin-polarized electrons from the magnetization fixed layer to the channel layer, a method of providing an insulating layer between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer and the channel layer can be considered. However, in the conventional spin accumulation type magnetic sensor, the potential output is not sufficient.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電位出力を高くすることが可能な磁気センサーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnetic sensor capable of increasing the potential output.

上述の課題を解決するため、本発明の磁気センサーは、チャンネル層と、チャンネル層の第一の部分上に設けられ、外部磁界を検出する磁化自由層と、チャンネル層の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた上部内側磁化固定層と、チャンネル層を間に挟んで上部内側磁化固定層と対向する下部内側磁化固定層と、を備え、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化の向きが互いに平行または反平行に固定されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a magnetic sensor of the present invention includes a channel layer, a magnetization free layer that is provided on the first portion of the channel layer, and detects an external magnetic field, and the first portion of the channel layer. An upper inner magnetization pinned layer provided on a different second portion, and a lower inner magnetization pinned layer facing the upper inner magnetization pinned layer with the channel layer interposed therebetween, the upper inner magnetization pinned layer and the lower inner The magnetization direction of the magnetization fixed layer is fixed parallel or antiparallel to each other.

すなわち、本発明の磁気センサーでは、チャンネル層の上下に二つの磁化固定層が対向して設けられている。下部内側磁化固定層の磁化の向きと上部内側磁化固定層の磁化の向きとが互いに反平行であるように固定されている場合、下部内側磁化固定層からチャンネル層を介して上部内側磁化固定層へ電流を流すことにより、又は上部内側磁化固定層からチャンネル層を介して下部内側磁化固定層へ電流を流すことにより、下部内側磁化固定層及び上部内側磁化固定層の両方からチャンネル層へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。一方、下部内側磁化固定層の磁化の向きと上部内側磁化固定層の磁化の向きとが互いに平行であるように固定されている場合、チャンネル層から下部内側磁化固定層へ電流を流すとともに、チャンネル層から上部内側磁化固定層へも電流を流すことにより、又は下部内側磁化固定層からチャンネル層へ電流を流すとともに、上部内側磁化固定層からチャンネル層へも電流を流すことにより、下部内側磁化固定層及び上部内側磁化固定層の両方からチャンネル層へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。その結果、従来よりも多くのスピンがチャンネル層に流入するため磁気センサーにおける電位出力を高くすることが可能となる。ここで、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の各層における磁化の向きは、例えば、これらの磁化固定層自体が示す磁気抵抗（ＡＭＲやＴＭＲなど）に基づいて、確認することができる。また、平行とは、完全に平行なものだけではなく、略平行であるものを含み、平行に対して４５度以内の誤差を含むことを意味する。   That is, in the magnetic sensor of the present invention, the two magnetization fixed layers are provided opposite to each other above and below the channel layer. When the magnetization direction of the lower inner magnetization pinned layer and the magnetization direction of the upper inner magnetization pinned layer are pinned so as to be antiparallel to each other, the upper inner magnetization pinned layer passes through the channel layer from the lower inner magnetization pinned layer. To the channel layer from both the lower inner magnetization fixed layer and the upper inner magnetization fixed layer by flowing current to the lower inner magnetization fixed layer from the upper inner magnetization fixed layer through the channel layer. Each spin is magnetically polarized in the direction. On the other hand, when the magnetization direction of the lower inner magnetization fixed layer and the magnetization direction of the upper inner magnetization fixed layer are fixed so as to be parallel to each other, a current flows from the channel layer to the lower inner magnetization fixed layer, and the channel Lower inner magnetization pinned by flowing current from the upper inner magnetization pinned layer to the upper inner magnetization pinned layer or by flowing current from the lower inner magnetization pinned layer to the channel layer and also from the upper inner magnetization pinned layer to the channel layer. Spins magnetically polarized in the same direction are injected from both the layer and the upper inner magnetization fixed layer into the channel layer. As a result, since more spins flow into the channel layer than in the prior art, the potential output in the magnetic sensor can be increased. Here, the direction of magnetization in each of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer can be confirmed based on, for example, the magnetic resistance (AMR, TMR, etc.) indicated by these magnetization fixed layers themselves. In addition, parallel means not only a completely parallel object but also a substantially parallel object and includes an error within 45 degrees with respect to the parallel object.

本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化方向が、反強磁性層、形状異方性、及び成膜時における外部磁場のうち少なくとも一つによって固定されていることが好ましい。これにより、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化の向きを外部磁界に反応し難くすることが容易となる。   In the magnetic sensor of the present invention, the magnetization directions of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer are fixed by at least one of an antiferromagnetic layer, shape anisotropy, and an external magnetic field during film formation. It is preferable. Thereby, it becomes easy to make the magnetization directions of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer difficult to react to the external magnetic field.

本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化方向が反強磁性層によって固定され、反強磁性は上部反強磁性層と下部反強磁性とを含み、上部内側磁化固定層は、上部磁気結合層を間に挟んで上部外側磁化固定層と結合されており、上部外側磁化固定層上に上部反強磁性層が接して設けられており、下部内側磁化固定層は、下部磁気結合層を間に挟んで下部外側磁化固定層と結合されており、下部外側磁化固定層下に下部反強磁性層が接して設けられていることが好ましい。これにより、上部外側磁化固定層が上部反強磁性層と接触していることにより、上部外側磁化固定層の磁化方向が固定され、さらに上部内側磁化固定層が上部磁気結合層を間に挟んで上部外側磁化固定層と結合していることにより、上部内側磁化固定層の磁化方向を強固に固定することが可能となる。一方、下部外側磁化固定層が下部反強磁性層と接触していることにより、下部外側磁化固定層の磁化方向が固定され、さらに下部内側磁化固定層が下部磁気結合層を間に挟んで下部外側磁化固定層と結合していることにより、下部内側磁化固定層の磁化方向を強固に固定することが可能となる。   In the magnetic sensor of the present invention, the magnetization directions of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer are fixed by the antiferromagnetic layer, and the antiferromagnetism includes the upper antiferromagnetic layer and the lower antiferromagnetism, The magnetization pinned layer is coupled to the upper outer magnetization pinned layer with the upper magnetic coupling layer interposed therebetween, and the upper antiferromagnetic layer is provided on the upper outer magnetization pinned layer, and the lower inner magnetization pinned layer is provided. Is preferably coupled to the lower outer magnetization fixed layer with the lower magnetic coupling layer interposed therebetween, and the lower antiferromagnetic layer is provided in contact with the lower outer magnetization fixed layer. As a result, the upper outer magnetization pinned layer is in contact with the upper antiferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the upper outer magnetization pinned layer is fixed, and the upper inner magnetization pinned layer sandwiches the upper magnetic coupling layer therebetween. By coupling with the upper outer magnetization fixed layer, the magnetization direction of the upper inner magnetization fixed layer can be firmly fixed. On the other hand, the lower outer magnetization pinned layer is in contact with the lower antiferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the lower outer magnetization pinned layer is fixed, and the lower inner magnetization pinned layer is sandwiched between the lower magnetic coupling layers. By coupling with the outer magnetization fixed layer, the magnetization direction of the lower inner magnetization fixed layer can be firmly fixed.

本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層と上部内側磁化固定層との間及びチャンネル層と下部内側磁化固定層との間の少なくとも一方に設けられた障壁層を更に備えることが好ましい。これにより、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の少なくとも一方からチャンネル層へスピン偏極した電子を多く注入することが可能となり、磁気センサーの電位出力をより一層高めることが可能となる。   The magnetic sensor of the present invention preferably further includes a barrier layer provided between at least one of the channel layer and the upper inner magnetization fixed layer and between the channel layer and the lower inner magnetization fixed layer. This makes it possible to inject a large amount of spin-polarized electrons from at least one of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer into the channel layer, and to further increase the potential output of the magnetic sensor.

本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層と磁化自由層とが直接接触していることが好ましい。これにより、チャンネル層のスピンが磁化自由層に吸収され易くなり、高い出力を得ることが可能となる。   In the magnetic sensor of the present invention, the channel layer and the magnetization free layer are preferably in direct contact. Thereby, the spin of the channel layer is easily absorbed by the magnetization free layer, and a high output can be obtained.

本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層にバイアス磁界を印加する永久磁石を更に備えることが好ましい。これにより、磁化自由層の磁気異方性が制御されるため、磁化自由層の磁区構造が単一化されて安定化し、磁壁の移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制することが可能となる。   The magnetic sensor of the present invention preferably further comprises a permanent magnet for applying a bias magnetic field to the magnetization free layer. Thereby, since the magnetic anisotropy of the magnetization free layer is controlled, the magnetic domain structure of the magnetization free layer is unified and stabilized, and Barkhausen noise caused by the movement of the domain wall can be suppressed.

本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の保磁力は、磁化自由層の保磁力よりも大きいことが好ましい。これにより、磁気センサーにおける磁化固定層及び磁化自由層としての機能を好適に実現することが可能である。   In the magnetic sensor of the present invention, the coercivity of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer is preferably larger than the coercivity of the magnetization free layer. Thereby, it is possible to preferably realize the functions as the magnetization fixed layer and the magnetization free layer in the magnetic sensor.

本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層は、チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側に配置され、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層は、チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側の反対側に配置されていることが好ましい。これにより、磁化自由層側を磁気記録媒体に近接して設置することで、磁気記録媒体の磁気情報を検出して磁気情報の再生を行うことが可能となる。   In the magnetic sensor of the present invention, the magnetization free layer is disposed on the side where the magnetic flux to be detected by the channel layer enters, and the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer have the magnetic flux to be detected by the channel layer. It is preferable that it is arrange | positioned on the opposite side to the approaching side. Thus, by setting the magnetization free layer side close to the magnetic recording medium, it is possible to detect the magnetic information of the magnetic recording medium and reproduce the magnetic information.

本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、当該群の元素を１以上含む合金、又は、当該群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金であることが好ましい。これらの材料は軟磁性材料であるため、磁気センサーにおける磁化自由層としての機能を好適に実現することが可能である。   In the magnetic sensor of the present invention, the material of the magnetization free layer is selected from a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more elements of the group, or selected from the group An alloy containing at least one element and at least one element selected from the group consisting of B, C, and N is preferable. Since these materials are soft magnetic materials, it is possible to suitably realize the function as a magnetization free layer in the magnetic sensor.

本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、当該群の元素を１以上含む合金、又は、当該群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金であることが好ましい。これらの材料はスピン分極率の大きい強磁性材料であるため、磁気センサーにおける磁化固定層としての機能を好適に実現することが可能である。   In the magnetic sensor of the present invention, the material of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer is a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more elements of the group, Alternatively, an alloy containing one or more elements selected from the group and one or more elements selected from the group consisting of B, C, and N is preferable. Since these materials are ferromagnetic materials having a high spin polarizability, the function as a magnetization fixed layer in the magnetic sensor can be suitably realized.

本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層の材料は、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎからなる群から選択される一つ以上の元素を含む材料であることが好ましい。これらの材料はスピン拡散長が長く、且つ導電率が比較的小さいため、チャンネル層がスピン蓄積層として機能することを好適に実現することが可能となる。   In the magnetic sensor of the present invention, the material of the channel layer is preferably a material containing one or more elements selected from the group consisting of B, C, Mg, Al, Cu, and Zn. Since these materials have a long spin diffusion length and a relatively small electrical conductivity, it is possible to preferably realize that the channel layer functions as a spin accumulation layer.

本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層は、Ｓｉ又はＺｎＯを含む半導体化合物であることも好ましい。これらの半導体化合物はスピン拡散長が更に長いため、チャンネル層をスピン蓄積層として機能させることにより好適であり、なおかつ上記金属や上記合金を用いたチャンネル層よりも、電位出力を高くすることが可能となる。   In the magnetic sensor of the present invention, the channel layer is preferably a semiconductor compound containing Si or ZnO. Since these semiconductor compounds have a longer spin diffusion length, it is preferable to make the channel layer function as a spin accumulation layer, and the potential output can be higher than that of the channel layer using the above metal or alloy. It becomes.

本発明の磁気センサーにおいて、障壁層の材料は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、または酸化亜鉛であることが好ましい。   In the magnetic sensor of the present invention, the material of the barrier layer is preferably aluminum oxide, magnesium oxide, or zinc oxide.

本発明によれば、電位出力を高くすることが可能な磁気センサーを提供することができる。   According to the present invention, a magnetic sensor capable of increasing the potential output can be provided.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態） Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(First embodiment)

以下、第１実施形態に係る磁気センサーの一例として、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａを説明する。   Hereinafter, a thin film magnetic recording / reproducing head 200A will be described as an example of the magnetic sensor according to the first embodiment.

図１に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａを示す部分断面図を示す。薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａは、そのエアベアリング面（Air Bearing Surface：媒体対向面）Ｓが磁気記録媒体４０の記録面４０ａに対向配置されるような位置で磁気情報の記録及び読み取り動作を行う。磁気記録媒体４０は、記録面４０ａを有する記録層４０ｂと、記録層４０ｂに積層される軟磁性の裏打ち層４０ｃとを含んで構成されており、図中Ｙ方向で示す方向に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａに対して相対的に進行する。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a thin film magnetic recording / reproducing head 200A. The thin film magnetic recording / reproducing head 200 </ b> A performs magnetic information recording and reading operations at a position where the air bearing surface (air bearing surface) S is disposed opposite to the recording surface 40 a of the magnetic recording medium 40. The magnetic recording medium 40 includes a recording layer 40b having a recording surface 40a and a soft magnetic backing layer 40c laminated on the recording layer 40b, and in the direction indicated by the Y direction in the figure, thin film magnetic recording Progress relative to the reproducing head 200A.

薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａは、磁気記録媒体４０から記録を読み取る磁気センサー１００Ａ及び磁気記録媒体４０への記録を行う磁気記録部１００Ｂを備える。磁気センサー１００Ａ及び磁気記録部１００Ｂは、ＡｌＴｉＣあるいはＳｉ等の基板ＳＢ上に設けられており、アルミナ等の非磁性絶縁層により覆われている。   The thin film magnetic recording / reproducing head 200 </ b> A includes a magnetic sensor 100 </ b> A that reads records from the magnetic recording medium 40 and a magnetic recording unit 100 </ b> B that performs recording on the magnetic recording medium 40. The magnetic sensor 100A and the magnetic recording unit 100B are provided on a substrate SB such as AlTiC or Si, and are covered with a nonmagnetic insulating layer such as alumina.

図１に示すように、磁気センサー１００Ａの上に磁気記録部１００Ｂが設けられている。磁気記録部１００Ｂにおいて、リターンヨーク３０上にコンタクト部３２及び主磁極３３が設けられており、これらが、磁束のパスを形成している。コンタクト部３２を取り囲むように薄膜コイル３１が設けられており、薄膜コイル３１に記録電流を流すと主磁極３３の先端から磁束が放出され、ハードディスク等の磁気記録媒体４０の記録層４０ｂに情報を記録することができる。   As shown in FIG. 1, a magnetic recording unit 100B is provided on the magnetic sensor 100A. In the magnetic recording portion 100B, a contact portion 32 and a main magnetic pole 33 are provided on the return yoke 30, and these form a magnetic flux path. A thin film coil 31 is provided so as to surround the contact portion 32. When a recording current is passed through the thin film coil 31, magnetic flux is emitted from the tip of the main magnetic pole 33, and information is recorded on the recording layer 40b of the magnetic recording medium 40 such as a hard disk. Can be recorded.

磁気センサー１００Ａは、電子のスピンを蓄積するチャンネル層５と、チャンネル層５の第一の部分上に設けられた磁化自由層６と、チャンネル層５の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた上部磁化固定部６０Ａと、チャンネル層５を間に挟んで上部磁化固定部６０Ａと対向する下部磁化固定部５０と、を主として備えている。すなわち、磁気センサー１００Ａは、磁化固定層として機能する部分として、上部磁化固定部６０Ａ及び下部磁化固定部５０の二つを有している。   The magnetic sensor 100A includes a channel layer 5 for accumulating electron spins, a magnetization free layer 6 provided on the first portion of the channel layer 5, and a second portion different from the first portion of the channel layer 5. The upper magnetization fixed part 60A provided above and the lower magnetization fixed part 50 opposed to the upper magnetization fixed part 60A with the channel layer 5 interposed therebetween are mainly provided. That is, the magnetic sensor 100A has two parts, an upper magnetization fixed part 60A and a lower magnetization fixed part 50, as parts that function as a magnetization fixed layer.

チャンネル層５と下部磁化固定部５０との間には下部障壁層１３が設けられており、下部障壁層１３は、チャンネル層５下において下部磁化固定部５０側から磁化自由層６側に亘って設けられている。また、チャンネル層５と磁化自由層６との間及びチャンネル層５と上部磁化固定部６０Ａとの間には上部障壁層１９が設けられており、上部障壁層１９は、チャンネル層５上において、上部磁化固定部６０Ａ側から磁化自由層６側に亘って設けられている。   A lower barrier layer 13 is provided between the channel layer 5 and the lower magnetization fixed portion 50, and the lower barrier layer 13 extends from the lower magnetization fixed portion 50 side to the magnetization free layer 6 side under the channel layer 5. Is provided. In addition, an upper barrier layer 19 is provided between the channel layer 5 and the magnetization free layer 6 and between the channel layer 5 and the upper magnetization fixed portion 60A. It is provided from the upper magnetization fixed portion 60A side to the magnetization free layer 6 side.

更に、磁気センサー１００Ａは、チャンネル層５、磁化自由層６、下部障壁層１３、及び上部障壁層１９を間に挟んで対向する下部第一磁気シールド層１及び上部第一磁気シールド層３と、チャンネル層５、下部障壁層１３、上部障壁層１９、下部磁化固定部５０、及び上部磁化固定部６０Ａを間に挟んで対向する下部第二磁気シールド層２及び上部第二磁気シールド層４と、下部第一磁気シールド層１と下部障壁層１３との間に設けられた下部絶縁層７とを備えている。   Furthermore, the magnetic sensor 100A includes a lower first magnetic shield layer 1 and an upper first magnetic shield layer 3 that are opposed to each other with the channel layer 5, the magnetization free layer 6, the lower barrier layer 13, and the upper barrier layer 19 therebetween. A lower second magnetic shield layer 2 and an upper second magnetic shield layer 4 facing each other with the channel layer 5, the lower barrier layer 13, the upper barrier layer 19, the lower magnetization fixed portion 50, and the upper magnetization fixed portion 60A interposed therebetween, A lower insulating layer 7 provided between the lower first magnetic shield layer 1 and the lower barrier layer 13 is provided.

チャンネル層５は、スピン注入によりスピンが蓄積される層であり、下部障壁層１３により形成される平面上に設けられている。チャンネル層５の材料には、非強磁性導電材料が用いられ、スピン拡散長が長く、導電率が比較的小さい材料が選択されることが好ましい。例えば、チャンネル層５の材料として、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎからなる群から選択される１つ以上の元素を含む材料が挙げられる。特に、Ｃｕ、Ａｌが好ましい。また、チャンネル層５として、Ｓｉ、ＺｎＯ、又はＧａＡｓ等の半導体化合物も挙げられる。これらの半導体化合物はスピン拡散長が更に長く、導電率が比較的小さいため、これらの半導体化合物を用いたチャンネル層５はスピン蓄積層としてより好適であり、なおかつ上記金属や合金を用いたチャンネル層５よりも、電位出力を高くすることも可能である。   The channel layer 5 is a layer in which spin is accumulated by spin injection, and is provided on a plane formed by the lower barrier layer 13. As the material of the channel layer 5, a non-ferromagnetic conductive material is used, and a material having a long spin diffusion length and a relatively low conductivity is preferably selected. For example, the material of the channel layer 5 includes a material containing one or more elements selected from the group consisting of B, C, Mg, Ag, Al, Cu, and Zn. In particular, Cu and Al are preferable. The channel layer 5 may also be a semiconductor compound such as Si, ZnO, or GaAs. Since these semiconductor compounds have a longer spin diffusion length and relatively low conductivity, the channel layer 5 using these semiconductor compounds is more suitable as a spin accumulation layer, and the channel layer using the metal or alloy described above. It is also possible to make the potential output higher than 5.

磁化自由層６は、チャンネル層５の第一の部分上に設けられ、検出対象となる外部磁界を検出し、磁気記録媒体４０などの磁化方向の変化を鋭敏に検出するための層である。磁化自由層６は、チャンネル層５の上面上においてチャンネル層５の検出対象となる磁束が進入する側すなわちエアベアリング面Ｓ側に配置されている。磁化自由層６を磁気記録媒体４０に近接して設置することにより、磁気記録媒体４０から磁気情報を好適に読み取ることが可能である。磁化自由層６として強磁性材料、特に軟磁性材料が適用され、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の金属を１種以上含む合金、又は、前記群から選択される１又は複数の金属及びＢ、Ｃ、及びＮのうち少なくとも一種を含む合金が挙げられる。具体的には、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅが挙げられる。   The magnetization free layer 6 is provided on the first portion of the channel layer 5 and is a layer for detecting an external magnetic field to be detected and sensitively detecting a change in the magnetization direction of the magnetic recording medium 40 or the like. The magnetization free layer 6 is disposed on the upper surface of the channel layer 5 on the side where the magnetic flux to be detected by the channel layer 5 enters, that is, on the air bearing surface S side. By placing the magnetization free layer 6 close to the magnetic recording medium 40, magnetic information can be suitably read from the magnetic recording medium 40. A ferromagnetic material, in particular, a soft magnetic material is applied as the magnetization free layer 6, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more metals of the group, or Examples thereof include one or more metals selected from the above group and alloys containing at least one of B, C, and N. Specific examples include CoFeB and NiFe.

以下に、下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａについて説明する。下部磁化固定部５０は、下部第二磁気シールド層２側から順に設けられた下部緩衝層８、下部反強磁性層９、下部外側磁化固定層１０、下部磁気結合層１１、及び下部内側磁化固定層１２を有する。上部磁化固定部６０Ａは、チャンネル層５側から順に設けられた上部内側磁化固定層１８Ａ、上部磁気結合層１７、上部外側磁化固定層１６Ａ、上部反強磁性層１５、及び上部緩衝層１４を有する。   Hereinafter, the lower magnetization fixed unit 50 and the upper magnetization fixed unit 60A will be described. The lower magnetization pinned portion 50 includes a lower buffer layer 8, a lower antiferromagnetic layer 9, a lower outer magnetization pinned layer 10, a lower magnetic coupling layer 11, and a lower inner magnetization pinned provided in order from the lower second magnetic shield layer 2 side. It has a layer 12. The upper magnetization fixed portion 60A includes an upper inner magnetization fixed layer 18A, an upper magnetic coupling layer 17, an upper outer magnetization fixed layer 16A, an upper antiferromagnetic layer 15, and an upper buffer layer 14 provided in this order from the channel layer 5 side. .

下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａは、所定のスピンを有する電子をそれぞれチャンネル層５へ注入するための層である。下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａは、チャンネル層５の検出対象となる磁束が進入する側の反対側、すなわち、エアベアリング面Ｓから離れた側に配置されている。上部内側磁化固定層１８Ａは、チャンネル層５の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられており、下部内側磁化固定層１２は、チャンネル層５を間に挟んで上部内側磁化固定層１８Ａと対向して設けられている。   The lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A are layers for injecting electrons having a predetermined spin into the channel layer 5, respectively. The lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A are arranged on the opposite side of the channel layer 5 from which the magnetic flux to be detected enters, that is, on the side away from the air bearing surface S. The upper inner magnetization pinned layer 18A is provided on a second portion different from the first portion of the channel layer 5, and the lower inner magnetization pinned layer 12 has the upper inner magnetization pinned with the channel layer 5 interposed therebetween. It is provided facing the layer 18A.

下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの保磁力は、磁化自由層６の保磁力よりも大きい。本実施形態では、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化固定機能を高めるため、いわゆるシンセティックピンド構造を採用している。すなわち、下部磁化固定部５０が、下部磁気結合層１１を介して結合された下部外側磁化固定層１０及び下部内側磁化固定層１２と、下部外側磁化固定層１０下に接して設けられた下部反強磁性層９とを備えている。同様に、上部磁化固定部６０Ａが、上部磁気結合層１７を介して結合された上部内側磁化固定層１８Ａ及び上部外側磁化固定層１６Ａと、上部外側磁化固定層１６Ａ上に接して設けられた上部反強磁性層１５とを備えている。   The coercivity of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A is larger than the coercivity of the magnetization free layer 6. In the present embodiment, a so-called synthetic pinned structure is employed in order to enhance the magnetization pinning function of the lower inner magnetization pinned layer 12 and the upper inner magnetization pinned layer 18A. That is, the lower magnetization pinned portion 50 is connected to the lower outer magnetization pinned layer 10 and the lower inner magnetization pinned layer 12 coupled via the lower magnetic coupling layer 11, and the lower antimagnetic pinned layer 10 provided below the lower outer magnetization pinned layer 10. And a ferromagnetic layer 9. Similarly, the upper magnetization pinned portion 60A includes the upper inner magnetization pinned layer 18A and the upper outer magnetization pinned layer 16A coupled via the upper magnetic coupling layer 17, and the upper portion provided in contact with the upper outer magnetization pinned layer 16A. And an antiferromagnetic layer 15.

下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａとは互いに異なる（反平行となる）ように固定されている。本実施形態では、図１に示すように、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２が＋Ｘ方向であり、上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａが−Ｘ方向である。 Are fixed mutually different (the anti-parallel) as the magnetization direction S 18A of the magnetization direction S 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A of the lower inner magnetization pinned layer 12. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the magnetization direction S12 of the lower inner magnetization fixed layer 12 is the + X direction, and the magnetization direction S18A of the upper inner magnetization fixed layer 18A is the -X direction.

すなわち、上部外側磁化固定層１６Ａが上部反強磁性層１５と接触していることにより、上部外側磁化固定層１６Ａの磁化方向が＋Ｘ方向に固定され、さらに上部内側磁化固定層１８Ａが上部磁気結合層１７を間に挟んで上部外側磁化固定層１６Ａと結合していることにより、上部内側磁化固定層１８Ａの磁化方向が−Ｘ方向に固定されている。一方、下部外側磁化固定層１０が下部反強磁性層９と接触していることにより、下部外側磁化固定層１０の磁化方向が−Ｘ方向に固定され、さらに下部内側磁化固定層１２が下部磁気結合層１１を間に挟んで下部外側磁化固定層１０と結合していることにより、下部内側磁化固定層１２の磁化方向を、上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａとは反対方向である＋Ｘ方向に固定することが可能となる。 That is, when the upper outer magnetization fixed layer 16A is in contact with the upper antiferromagnetic layer 15, the magnetization direction of the upper outer magnetization fixed layer 16A is fixed in the + X direction, and the upper inner magnetization fixed layer 18A is further coupled to the upper magnetic coupling. By coupling with the upper outer magnetization fixed layer 16A with the layer 17 interposed therebetween, the magnetization direction of the upper inner magnetization fixed layer 18A is fixed in the −X direction. On the other hand, when the lower outer magnetization pinned layer 10 is in contact with the lower antiferromagnetic layer 9, the magnetization direction of the lower outer magnetization pinned layer 10 is fixed in the −X direction, and the lower inner magnetization pinned layer 12 is further moved to the lower magnetic layer. by bound to the lower outer magnetization fixed layer 10 to sandwich the bonding layer 11 between the magnetization direction of the lower inner magnetization pinned layer 12, in a direction opposite to the magnetization direction S 18A of the upper inner magnetization fixed layer 18A It becomes possible to fix in a certain + X direction.

下部内側磁化固定層１２、上部内側磁化固定層１８Ａ、下部外側磁化固定層１０、及び上部外側磁化固定層１６Ａの材料として、スピン分極率の大きい強磁性金属材料を使用することができ、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１種以上含む合金、又は、前記群から選択される１種以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される一種以上の元素を含む合金が挙げられる。具体的には、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢが挙げられる。また、下部磁気結合層１１及び下部磁気結合層１１の材料として、例えば、Ｒｕが挙げられる。   As the material of the lower inner magnetization fixed layer 12, the upper inner magnetization fixed layer 18A, the lower outer magnetization fixed layer 10, and the upper outer magnetization fixed layer 16A, a ferromagnetic metal material having a large spin polarizability can be used. From a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more elements of the group, or one or more elements selected from the group and B, C and N An alloy containing one or more elements selected from the group consisting of: Specific examples include CoFe and CoFeB. In addition, examples of the material of the lower magnetic coupling layer 11 and the lower magnetic coupling layer 11 include Ru.

このように、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５等を設けると、高い保磁力を一方向に有する下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａが得られる。従って、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５に用いられる材料は、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａ等に用いられる材料に合わせて選択される。例えば、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５として、Ｍｎを用いた反強磁性を示す合金、具体的にはＭｎと、Ｐｔ、Ｉｒ、及びＦｅのうちから選ばれる少なくとも一つの元素とを含む合金が挙げられる。具体的には、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎが挙げられる。   As described above, when the lower antiferromagnetic layer 9 and the upper antiferromagnetic layer 15 are provided, the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A having a high coercive force in one direction can be obtained. Therefore, the materials used for the lower antiferromagnetic layer 9 and the upper antiferromagnetic layer 15 are selected according to the materials used for the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A. For example, as the lower antiferromagnetic layer 9 and the upper antiferromagnetic layer 15, an alloy exhibiting antiferromagnetism using Mn, specifically, at least one element selected from Mn, Pt, Ir, and Fe An alloy containing Specific examples include IrMn and PtMn.

以上では、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化が、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５によって磁化が固定される場合を示した。この他の磁化固定方法として、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの形状異方性によって磁化を固定する方法や、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの成膜時における外部磁場によって磁化を固定する方法を用いても良く、これらの磁化固定方法のうち少なくともいずれか一の磁化固定方法によって固定されていることが好ましい。これにより、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きを外部磁界に反応し難くすることが可能となる。   The case where the magnetizations of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A are fixed by the lower antiferromagnetic layer 9 and the upper antiferromagnetic layer 15 has been described above. As another magnetization fixing method, a method of fixing magnetization by the shape anisotropy of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A, or a film formation of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A. A method of fixing magnetization by an external magnetic field at the time may be used, and it is preferable that the magnetization is fixed by at least one of these magnetization fixing methods. As a result, the magnetization directions of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A can be made difficult to react to an external magnetic field.

下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａに形状異方性を持たせて磁化を固定する方法を採用する場合には、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５を省略することが可能である。たとえば、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａを、Ｙ方向から見てＺ方向が長軸となる矩形形状にすればよい。   When adopting a method of fixing the magnetization by giving shape anisotropy to the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A, the lower antiferromagnetic layer 9 and the upper antiferromagnetic layer 15 are omitted. It is possible. For example, the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A may have a rectangular shape whose major axis is the Z direction when viewed from the Y direction.

下部緩衝層８は、下部第二磁気シールド層２を電極として下部磁化固定部５０に電流を流すべく、下部第二磁気シールド層２と下部反強磁性層９とを電気的に接続するための電極層として機能し、かつ、下部反強磁性層９への下地膜の結晶性を除去する機能を示す。同様に、上部緩衝層１４は、上部第二磁気シールド層４を電極として上部磁化固定部６０Ａに電流を流すべく、上部第二磁気シールド層４と上部反強磁性層１５とを電気的に接続するための電極層として機能し、かつ、上部反強磁性層１５における結晶性を除去する機能を示す。下部緩衝層８及び上部緩衝層１４の材料として、例えば、Ｒｕ、Ｔａなどの金属材料が用いられる。なお、下部反強磁性層９が存在しない場合には、下部緩衝層８は、下部内側磁化固定層１２と接触することとなり、上部反強磁性層１５が存在しない場合には、上部緩衝層１４は、上部内側磁化固定層１８Ａと接触することとなる。   The lower buffer layer 8 is used to electrically connect the lower second magnetic shield layer 2 and the lower antiferromagnetic layer 9 so that a current flows through the lower magnetization fixed portion 50 using the lower second magnetic shield layer 2 as an electrode. The function of functioning as an electrode layer and removing the crystallinity of the underlying film on the lower antiferromagnetic layer 9 is shown. Similarly, the upper buffer layer 14 electrically connects the upper second magnetic shield layer 4 and the upper antiferromagnetic layer 15 so that a current flows through the upper magnetization fixed portion 60A using the upper second magnetic shield layer 4 as an electrode. This function functions as an electrode layer for removing the crystallinity in the upper antiferromagnetic layer 15. For example, a metal material such as Ru or Ta is used as the material of the lower buffer layer 8 and the upper buffer layer 14. When the lower antiferromagnetic layer 9 is not present, the lower buffer layer 8 is in contact with the lower inner magnetization fixed layer 12. When the upper antiferromagnetic layer 15 is not present, the upper buffer layer 14 is present. Is in contact with the upper inner magnetization fixed layer 18A.

下部第一磁気シールド層１及び下部第二磁気シールド層２は、外部、特に磁気センサー１００Ａの下部から、磁化自由層６及び下部磁化固定部５０に侵入する磁気をそれぞれ遮断するためのものである。図１に示すように、下部第一磁気シールド層１と下部第二磁気シールド層２とは、互いに独立して離間して設けられている。これにより、下部第二磁気シールド層２をチャンネル層５にスピン注入するための他方の電極として使用することが可能となる。   The lower first magnetic shield layer 1 and the lower second magnetic shield layer 2 are for blocking the magnetism that enters the magnetization free layer 6 and the lower magnetization fixed portion 50 from the outside, particularly the lower portion of the magnetic sensor 100A. . As shown in FIG. 1, the lower first magnetic shield layer 1 and the lower second magnetic shield layer 2 are provided separately from each other. As a result, the lower second magnetic shield layer 2 can be used as the other electrode for spin injection into the channel layer 5.

上部第一磁気シールド層３及び上部第二磁気シールド層４は、外部、特に磁気センサー１００Ａの上部から、磁化自由層６及び上部磁化固定部６０Ａに侵入する磁気をそれぞれ遮断するためのものである。図１に示すように、上部第一磁気シールド層３と上部第二磁気シールド層４とは、互いに独立して離間して設けられている。これにより、上部第一磁気シールド層３をチャンネル層５と磁化自由層６との界面に生じる電圧測定用の電極として使用し、かつ、上部第二磁気シールド層４をチャンネル層５にスピン注入するための一方の電極として使用することが可能となる。   The upper first magnetic shield layer 3 and the upper second magnetic shield layer 4 are for blocking the magnetism that enters the magnetization free layer 6 and the upper magnetization fixed portion 60A from the outside, particularly the upper portion of the magnetic sensor 100A. . As shown in FIG. 1, the upper first magnetic shield layer 3 and the upper second magnetic shield layer 4 are provided separately from each other. Thus, the upper first magnetic shield layer 3 is used as an electrode for measuring a voltage generated at the interface between the channel layer 5 and the magnetization free layer 6, and the upper second magnetic shield layer 4 is spin-injected into the channel layer 5. Therefore, it can be used as one of the electrodes.

下部第一磁気シールド層１、下部第二磁気シールド層２、上部第一磁気シールド層３、及び上部第二磁気シールド層４の材料として、例えばＮｉ及びＦｅを含む合金、センダスト、Ｆｅ及びＣｏを含む合金、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉを含む合金等の軟磁性体材料が挙げられる。   As materials for the lower first magnetic shield layer 1, the lower second magnetic shield layer 2, the upper first magnetic shield layer 3, and the upper second magnetic shield layer 4, for example, an alloy containing Ni and Fe, Sendust, Fe and Co are used. Examples thereof include soft magnetic materials such as alloys containing Fe, Co, and Ni.

下部障壁層１３及び上部障壁層１９はトンネル絶縁層であり、下部障壁層１３及び上部障壁層１９として、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの絶縁体、あるいは酸化亜鉛などの半導体が適用される。   The lower barrier layer 13 and the upper barrier layer 19 are tunnel insulating layers. As the lower barrier layer 13 and the upper barrier layer 19, an insulator such as aluminum oxide or magnesium oxide, or a semiconductor such as zinc oxide is applied.

下部絶縁層７は、下部障壁層１３と下部第一磁気シールド層１との間に設けられている。下部絶縁層７は、チャンネル層５に蓄積させる電子のスピンが下部第一磁気シールド層１側へ流出することを防ぐためのものである。スピン蓄積を効率良く行う観点から、下部絶縁層７は、チャンネル層５の下部面上において、下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａ側から磁化自由層６側に亘って設けられている。下部絶縁層７として、例えばＳｉＯ２が挙げられる。 The lower insulating layer 7 is provided between the lower barrier layer 13 and the lower first magnetic shield layer 1. The lower insulating layer 7 is for preventing spins of electrons accumulated in the channel layer 5 from flowing out to the lower first magnetic shield layer 1 side. From the viewpoint of efficiently performing spin accumulation, the lower insulating layer 7 is provided on the lower surface of the channel layer 5 from the lower magnetization fixed portion 50 and the upper magnetization fixed portion 60A side to the magnetization free layer 6 side. Examples of the lower insulating layer 7 include SiO 2 .

次に、図２を用いて、図１に示した磁気センサー１００ＡのＺ方向に平行な断面形状を説明する。図２は、図１のII−II線に沿った断面構成を説明するための概略図である。   Next, a cross-sectional shape parallel to the Z direction of the magnetic sensor 100A shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic view for explaining a cross-sectional configuration along the line II-II in FIG.

図２に示すように、上部絶縁層２０は、チャンネル層５、磁化自由層６、及び上部障壁層１９と、永久磁石２１との間に設けられており、チャンネル層５、磁化自由層６、及び上部障壁層１９と永久磁石２１とを絶縁するためのものである。上部絶縁層２０として、ＳｉＯ２などが用いられる。 As shown in FIG. 2, the upper insulating layer 20 is provided between the channel layer 5, the magnetization free layer 6, the upper barrier layer 19, and the permanent magnet 21, and the channel layer 5, the magnetization free layer 6, The upper barrier layer 19 and the permanent magnet 21 are insulated from each other. As the upper insulating layer 20, SiO 2 or the like is used.

永久磁石２１は、上部絶縁層２０を介して、磁化自由層６の両側に配置されている。永久磁石２１からの漏洩磁束を用いて、磁化自由層６にバイアス磁界を印加することにより、磁化自由層６の磁区構造を安定化（一軸化）することが可能となる。これにより、磁壁の移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制することが可能となる。   The permanent magnets 21 are disposed on both sides of the magnetization free layer 6 via the upper insulating layer 20. By applying a bias magnetic field to the magnetization free layer 6 using the leakage magnetic flux from the permanent magnet 21, the magnetic domain structure of the magnetization free layer 6 can be stabilized (uniaxial). Thereby, it is possible to suppress Barkhausen noise caused by the movement of the domain wall.

以下に、第１実施形態に係る磁気センサー１００Ａの製造方法の一例について説明する。まず、基板上に、下部第二磁気シールド層２、下部緩衝層８、下部反強磁性層９、下部外側磁化固定層１０、下部磁気結合層１１、及び下部内側磁化固定層１２をこの順にスパッタ法によって連続成膜し、下部内側磁化固定層１２の上にＴａ等の保護膜を例えば５ｎｍ成膜する。その後、下部外側磁化固定層１０の磁化方向を固定するために、外部磁界を例えば３０００[Ｏｅ]とし、加熱温度３００℃にて３時間のアニールを行う。   Below, an example of the manufacturing method of magnetic sensor 100A concerning a 1st embodiment is explained. First, the lower second magnetic shield layer 2, the lower buffer layer 8, the lower antiferromagnetic layer 9, the lower outer magnetization fixed layer 10, the lower magnetic coupling layer 11, and the lower inner magnetization fixed layer 12 are sputtered in this order on the substrate. The film is continuously formed by the method, and a protective film such as Ta is formed on the lower inner magnetization fixed layer 12 by, for example, 5 nm. Thereafter, in order to fix the magnetization direction of the lower outer magnetization fixed layer 10, an external magnetic field is set to, for example, 3000 [Oe], and annealing is performed at a heating temperature of 300 ° C. for 3 hours.

次に、フォトリゾグラフィによって余分な膜を削り取り、下部磁化固定部５０を図１に示すような形状にする。続いて、下部第一磁気シールド層１と下部絶縁層７をこの順に成膜する。この後、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって下部絶縁層７と下部内側磁化固定層１２の表面が平坦な面となるように研磨する。その後、真空チャンバー中において、当該平坦面をプラズマ処理した後に、下部障壁層１３、チャンネル層５、上部障壁層１９、上部内側磁化固定層１８Ａ、上部磁気結合層１７、上部外側磁化固定層１６Ａ、上部反強磁性層１５、及び上部緩衝層１４をスパッタ法によってこの順に連続して成膜する。上部内側磁化固定層１８Ａを成膜する際、上述のアニール時に外部磁場を印加した方向とは逆向きの外部磁場を印加した状態で行う。   Next, the excess film is scraped off by photolithography, and the lower magnetization fixed portion 50 is shaped as shown in FIG. Subsequently, the lower first magnetic shield layer 1 and the lower insulating layer 7 are formed in this order. Thereafter, polishing is performed by chemical mechanical polishing (CMP) so that the surfaces of the lower insulating layer 7 and the lower inner magnetization fixed layer 12 become flat surfaces. Thereafter, after the flat surface is plasma-treated in a vacuum chamber, the lower barrier layer 13, the channel layer 5, the upper barrier layer 19, the upper inner magnetization fixed layer 18A, the upper magnetic coupling layer 17, the upper outer magnetization fixed layer 16A, The upper antiferromagnetic layer 15 and the upper buffer layer 14 are successively formed in this order by sputtering. The upper inner magnetization fixed layer 18A is formed in a state where an external magnetic field opposite to the direction in which the external magnetic field is applied during the annealing is applied.

そして、フォトリゾグラフィによって余分な膜を削り取り、上部磁化固定部６０Ａを図１に示すような形状にする。続いて、図２に示すように、当該削り取った部分に上部絶縁層２０を形成し、その上に永久磁石２１を形成する。さらに、図１のように、フォトリゾグラフィによって磁化自由層６の上の膜を除去し、上部第一磁気シールド層３を順に形成し、上部磁化固定部６０Ａの上に上部第二磁気シールド層４を形成する。以上により、図１及び図２に示す磁気センサー１００Ａが完成する。   Then, excess film is removed by photolithography, and the upper magnetization fixed portion 60A is shaped as shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG. 2, the upper insulating layer 20 is formed on the scraped portion, and the permanent magnet 21 is formed thereon. Further, as shown in FIG. 1, the film on the magnetization free layer 6 is removed by photolithography, the upper first magnetic shield layer 3 is formed in order, and the upper second magnetic shield layer is formed on the upper magnetization fixed portion 60A. 4 is formed. Thus, the magnetic sensor 100A shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

以下に、第１実施形態に係る磁気センサー１００Ａの動作及び効果について、図１を用いて説明する。図１に示すように、下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａへ検出用電流を流すために、下部第二磁気シールド層２と、上部第二磁気シールド層４とを、電流源７０に電気的に接続する。また、上部第一磁気シールド層３及びチャンネル層５を、電圧測定器８０に電気的に接続する。   Hereinafter, operations and effects of the magnetic sensor 100A according to the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the lower second magnetic shield layer 2 and the upper second magnetic shield layer 4 are connected to a current source 70 in order to flow a detection current to the lower magnetization fixed portion 50 and the upper magnetization fixed portion 60A. Connect electrically. Further, the upper first magnetic shield layer 3 and the channel layer 5 are electrically connected to the voltage measuring device 80.

まず、磁気センサー１００Ａの下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａの両方へ検出用電流Ｉ１を流す。本実施形態では、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａとが互いに反平行に固定されている。このため、本実施形態に係る磁気センサー１００Ａでは、下部内側磁化固定層１２からチャンネル層５を介して上部内側磁化固定層１８Ａへ検出用電流Ｉ１を流すことにより、チャンネル層５の上下に設けられた下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａからチャンネル層５へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。また逆に、上部内側磁化固定層１８Ａからチャンネル層５を介して下部内側磁化固定層１２へ検出用電流（すなわちＩ１の向きとは逆方向に流れる電流）を流すことによっても、チャンネル層５の上下に設けられた下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａからチャンネル層５へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。このように、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きと電流の向きを適切な状態にすることにより、磁気センサーにおける電位出力を高くすることが可能となる。
（第２実施形態） First, flow detection current I 1 to the both of the lower magnetization fixed portion 50 and the upper magnetization fixed portion 60A of the magnetic sensor 100A. In this embodiment, the magnetization direction S 18A of the magnetization direction S 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A of the lower inner magnetization pinned layer 12 are antiparallel fixed to each other. Therefore, the magnetic sensor 100A according to the present embodiment, by supplying a detection current I 1 to the upper inner magnetization fixed layer 18A through the channel layer 5 from the lower inner magnetization pinned layer 12, provided above and below the channel layer 5 Spins magnetically polarized in the same direction are injected from the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A thus formed into the channel layer 5, respectively. Conversely, the channel layer 5 can also be obtained by flowing a detection current (that is, a current flowing in a direction opposite to the direction of I 1 ) from the upper inner magnetization fixed layer 18 A through the channel layer 5 to the lower inner magnetization fixed layer 12. Thus, spins magnetically polarized in the same direction are injected from the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A provided above and below the channel layer 5, respectively. As described above, by setting the magnetization direction and the current direction of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18A to appropriate states, the potential output in the magnetic sensor can be increased.
(Second Embodiment)

以下、第２実施形態に係る、磁気センサーの一例としての薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃを説明する。図３に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃを示す部分断面図を示す。   The thin film magnetic recording / reproducing head 200C as an example of the magnetic sensor according to the second embodiment will be described below. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the thin film magnetic recording / reproducing head 200C.

図３に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部磁化固定部６０Ａを構成する層の磁化の固定向きであるので、これについてのみ説明する。   The thin film magnetic recording / reproducing head 200C shown in FIG. 3 is different from the thin film magnetic recording / reproducing head 200A according to the first embodiment in that the magnetization direction of the layers constituting the upper magnetization fixing unit 60A in the magnetic sensor 100A is fixed. Only this will be described.

本実施形態では、図３に示すように、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２（＋Ｘ方向）と上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化の向きＳ１８Ｃ（＋Ｘ方向）とが同一となる（平行となる）ように固定されている。具体的には、上部外側磁化固定層１６Ｃが上部反強磁性層１５と接触していることにより、上部外側磁化固定層１６Ｃの磁化方向Ｓ１６Ｃが−Ｘ方向に固定され、さらに上部内側磁化固定層１８Ｃが上部磁気結合層１７を間に挟んで上部外側磁化固定層１６Ｃと結合していることにより、上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化方向Ｓ１８Ｃを下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と同じ＋Ｘ方向に固定することが可能となる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the magnetization direction S 12 (+ X direction) of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the magnetization direction S 18C (+ X direction) of the upper inner magnetization fixed layer 18C are the same. It is fixed so that it becomes parallel. Specifically, by the upper outer magnetization pinned layer 16C is in contact with the upper antiferromagnetic layer 15, the magnetization direction S 16C of the upper outer magnetization pinned layer 16C is fixed to the -X direction and the upper inner magnetization pinned Since the layer 18C is coupled to the upper outer magnetization fixed layer 16C with the upper magnetic coupling layer 17 interposed therebetween, the magnetization direction S 18C of the upper inner magnetization fixed layer 18C is changed to the magnetization direction S of the lower inner magnetization fixed layer 12. 12 can be fixed in the same + X direction.

本実施形態では、図３に示すように、下部磁化固定部５０へ検出用電流Ｉ２を流すために、下部第二磁気シールド層２とチャンネル層５とを電流源７１に電気的に接続する。一方、上部磁化固定部６０Ｃへ検出用電流Ｉ３を流すために、上部第二磁気シールド層４とチャンネル層５とを電流源７２に電気的に接続する。このような構成を採用することにより、磁気センサー１００Ｃでは、チャンネル層５から下部磁化固定部５０へ検出用電流Ｉ２を流すことが可能となるとともに、チャンネル層５から上部磁化固定部６０Ｃへ検出用電流Ｉ３を流すことが可能となる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the lower second magnetic shield layer 2 and the channel layer 5 are electrically connected to a current source 71 in order to flow the detection current I 2 to the lower magnetization fixed portion 50. . On the other hand, the upper second magnetic shield layer 4 and the channel layer 5 are electrically connected to the current source 72 in order to flow the detection current I 3 to the upper magnetization fixed portion 60C. By adopting such a configuration, the magnetic sensor 100C, with from the channel layer 5 can be caused to flow detection current I 2 to the lower fixed magnetization unit 50, detected from the channel layer 5 to the upper fixed magnetization portion 60C it is possible to flow the use current I 3.

本実施形態では、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化の向きＳ１８Ｃとが互いに平行に固定されている。このため、本実施形態に係る磁気センサー１００Ｃでは、チャンネル層５から下部内側磁化固定層１２へ検出用電流Ｉ２を流すとともに、チャンネル層５から上部内側磁化固定層１８Ｃへも検出用電流Ｉ３を流すことにより、下部内側磁化固定層１２と上部内側磁化固定層１８Ｃの両方からチャンネル層５へ同じ方向に磁気偏極したスピンが注入される。また逆に、下部内側磁化固定層１２からチャンネル層５へ電流を流すとともに、上部内側磁化固定層１８Ｃからチャンネル層５へも電流を流すことによっても、下部内側磁化固定層１２と上部内側磁化固定層１８Ｃの両方からチャンネル層５へ同じ方向に磁気偏極したスピンが注入される。このように、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化の向きと電流の向きとを適切な状態にすることにより、第１実施形態と同様に、磁気センサーにおける電位出力を高くすることが可能となる。 In this embodiment, the magnetization direction S 18C of the magnetization direction S 12 and the upper inner magnetization pinned layer 18C of the lower inner magnetization pinned layer 12 is fixed in parallel to each other. Therefore, the magnetic sensor 100C according to the present embodiment, the flow detection current I 2 to the lower inner magnetization pinned layer 12 from the channel layer 5, the detection current I 3 from the channel layer 5 to the upper inner magnetization pinned layer 18C , The spins magnetically polarized in the same direction are injected from both the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18C into the channel layer 5. On the contrary, the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer can be obtained by flowing current from the lower inner magnetization fixed layer 12 to the channel layer 5 and also flowing current from the upper inner magnetization fixed layer 18C to the channel layer 5. Spins magnetically polarized in the same direction are injected into the channel layer 5 from both of the layers 18C. In this way, by setting the magnetization direction and the current direction of the lower inner magnetization fixed layer 12 and the upper inner magnetization fixed layer 18C to an appropriate state, the potential output in the magnetic sensor is increased as in the first embodiment. It becomes possible to do.

以下に本発明の変形例について、図４〜７を用いながら説明する。図４に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｄを示す部分断面図を示す。図４に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｄが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部内側磁化固定層１８Ａが形状異方性によって磁化方向が固定されている点であるので、これについてのみ説明する。すなわち、図４に示す磁気センサー１００Ｄでは、上部内側磁化固定層１８Ｄの磁化方向が形状異方性によって固定されているため、第１実施形態において説明した上部反強磁性層１５、上部外側磁化固定層１６Ａ、及び上部磁気結合層１７が設けられていない。このような構成を用いる場合においても、本発明の実施は可能である。   Hereinafter, modified examples of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a partial sectional view showing a thin film magnetic recording / reproducing head 200D. The thin film magnetic recording / reproducing head 200D shown in FIG. 4 differs from the thin film magnetic recording / reproducing head 200A according to the first embodiment in that the magnetization direction of the upper inner magnetization fixed layer 18A in the magnetic sensor 100A is fixed by the shape anisotropy. Therefore, only this will be described. That is, in the magnetic sensor 100D shown in FIG. 4, since the magnetization direction of the upper inner magnetization fixed layer 18D is fixed by shape anisotropy, the upper antiferromagnetic layer 15 and the upper outer magnetization fixed described in the first embodiment. The layer 16A and the upper magnetic coupling layer 17 are not provided. Even when such a configuration is used, the present invention can be implemented.

また、図４では、上部内側磁化固定層１８Ａのみが形状異方性によって磁化方向が固定されている態様を示したが、さらに下部内側磁化固定層１２の磁化方向が形状異方性によって固定され、下部反強磁性層９、下部外側磁化固定層１０、及び下部磁気結合層１１を設けない態様であっても、本発明の実施は可能である。   FIG. 4 shows a mode in which only the upper inner magnetization fixed layer 18A has a magnetization direction fixed by shape anisotropy, but the magnetization direction of the lower inner magnetization fixed layer 12 is further fixed by shape anisotropy. Even if the lower antiferromagnetic layer 9, the lower outer magnetization fixed layer 10, and the lower magnetic coupling layer 11 are not provided, the present invention can be implemented.

図５に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｅを示す部分断面図を示す。図５に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｅが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、下部絶縁層７が設けられていない点、及び下部第一磁気シールド層１のＸ方向の長さが、磁化自由層６のＸ方向の長さよりも短く、かつ下部第一磁気シールド層１がエアベアリング面Ｓ側（媒体側）に寄っている点である。このような構成を用いる場合においても、本発明の実施は可能である。図５に示すように、磁気センサー１００Ｅには、下部絶縁層７が設けられていないが、下部障壁層１３が、チャンネル層５の下部面上において下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａ側から磁化自由層６側に亘って設けられている。このため、チャンネル層５に蓄積させる電子のスピンが下部第一磁気シールド層１側へ流出することを防止できるので、チャンネル層５におけるスピンの蓄積を妨げる恐れは少ない。   FIG. 5 is a partial sectional view showing the thin film magnetic recording / reproducing head 200E. The thin film magnetic recording / reproducing head 200E shown in FIG. 5 differs from the thin film magnetic recording / reproducing head 200A according to the first embodiment in that the lower insulating layer 7 is not provided and the X of the lower first magnetic shield layer 1 is different. The length of the direction is shorter than the length of the magnetization free layer 6 in the X direction, and the lower first magnetic shield layer 1 is close to the air bearing surface S side (medium side). Even when such a configuration is used, the present invention can be implemented. As shown in FIG. 5, although the lower insulating layer 7 is not provided in the magnetic sensor 100E, the lower barrier layer 13 is located on the lower magnetization fixed portion 50 and the upper magnetization fixed portion 60A side on the lower surface of the channel layer 5. To the magnetization free layer 6 side. For this reason, it is possible to prevent spins of electrons accumulated in the channel layer 5 from flowing out to the lower first magnetic shield layer 1 side, so that there is little possibility of preventing spin accumulation in the channel layer 5.

図６に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｆを示す部分断面図を示す。図６に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｆが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部障壁層１９の長さ及びその配置である。図６に示す磁気センサー１００Ｆでは、上部障壁層１９Ｆの長さが、第１実施形態に係る上部障壁層１９の長さよりも短く、上部障壁層１９Ｆが、上部磁化固定部６０Ａとチャンネル層５との間にのみ設けられている。すなわち、チャンネル層５と磁化自由層６とが直接接触しており、上部障壁層１９Ｆはチャンネル層５と磁化自由層６との間、及びチャンネル層５上における磁化自由層６と上部内側磁化固定層１８Ａとの間の領域には設けられていない。このような構成を用いる場合、チャンネル層５に流れるスピン電流を効率的に磁化自由層６に取り込み、高い出力を得ることが可能となる。   FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the thin film magnetic recording / reproducing head 200F. The thin film magnetic recording / reproducing head 200F shown in FIG. 6 is different from the thin film magnetic recording / reproducing head 200A according to the first embodiment in the length and arrangement of the upper barrier layer 19 in the magnetic sensor 100A. In the magnetic sensor 100F shown in FIG. 6, the length of the upper barrier layer 19F is shorter than the length of the upper barrier layer 19 according to the first embodiment, and the upper barrier layer 19F includes the upper magnetization fixed portion 60A, the channel layer 5, and the like. It is provided only between. That is, the channel layer 5 and the magnetization free layer 6 are in direct contact, and the upper barrier layer 19F is fixed between the channel layer 5 and the magnetization free layer 6 and on the channel layer 5 and the upper inner magnetization fixed. It is not provided in the region between the layers 18A. When such a configuration is used, the spin current flowing through the channel layer 5 can be efficiently taken into the magnetization free layer 6 and a high output can be obtained.

図７に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｇを示す部分断面図を示す。図７に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｇが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部障壁層１９が設けられていない点である。そして、図７に示すように、磁気センサー１００Ｇでは、チャンネル層５と磁化自由層６とが直接接触している。このような構成を用いる場合、チャンネル層５に流れるスピン電流を効率的に磁化自由層６に取り込み、高い出力を得ることが可能となる。また、図示しないが、上部障壁層１９が設けられていない代わりに、下部障壁層１３が設けられていなくても良い。すなわち、チャンネル層５と上部内側磁化固定層１８Ａとの間、及びチャンネル層５と下部内側磁化固定層１２との間の少なくとも一方に障壁層が設けられていれば良い。このような構成を採用することにより、上部内側磁化固定層１８Ａ及び下部内側磁化固定層１２の少なくとも一方からチャンネル層５へスピン偏極した電子を多く注入することが可能となり、磁気センサーの電位出力をより一層高めることが可能となる。   FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a thin film magnetic recording / reproducing head 200G. The thin film magnetic recording / reproducing head 200G shown in FIG. 7 is different from the thin film magnetic recording / reproducing head 200A according to the first embodiment in that the upper barrier layer 19 in the magnetic sensor 100A is not provided. As shown in FIG. 7, in the magnetic sensor 100G, the channel layer 5 and the magnetization free layer 6 are in direct contact. When such a configuration is used, the spin current flowing through the channel layer 5 can be efficiently taken into the magnetization free layer 6 and a high output can be obtained. Although not shown, the lower barrier layer 13 may not be provided in place of the upper barrier layer 19 being provided. That is, a barrier layer may be provided between at least one of the channel layer 5 and the upper inner magnetization fixed layer 18 </ b> A and between the channel layer 5 and the lower inner magnetization fixed layer 12. By adopting such a configuration, it becomes possible to inject a lot of spin-polarized electrons from at least one of the upper inner magnetization fixed layer 18A and the lower inner magnetization fixed layer 12 into the channel layer 5, and the potential output of the magnetic sensor Can be further increased.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、反強磁性層を用いる場合に、シンセティックピンド構造を採用する例を示したが、下部磁化固定部５０において、下部外側磁化固定層１０及び下部磁気結合層１１を備えずに、下部反強磁性層９と下部内側磁化固定層１２とが接触していても良い。同様に、上部磁化固定部において、上部外側磁化固定層及び上部磁気結合層を備えずに、上部反強磁性層と上部内側磁化固定層とが接触していても良い。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, an example in which a synthetic pinned structure is employed when an antiferromagnetic layer is used has been shown, but the lower magnetization pinned portion 50 does not include the lower outer magnetization pinned layer 10 and the lower magnetic coupling layer 11. The lower antiferromagnetic layer 9 and the lower inner magnetization fixed layer 12 may be in contact with each other. Similarly, in the upper magnetization fixed part, the upper antiferromagnetic layer and the upper inner magnetization fixed layer may be in contact with each other without including the upper outer magnetization fixed layer and the upper magnetic coupling layer.

図４〜７を用いて説明した態様では、第１実施形態に対応する構成、すなわち上部内側磁化固定層の磁化の向きが下部内側磁化固定層の磁化の向きと逆方向（反平行）である場合を例にとって説明したが、第２実施形態に対応する構成、すなわち上部内側磁化固定層の磁化の向きが下部内側磁化固定層の磁化の向きと同一方向（平行）である場合にも適用可能である。   4 to 7, the configuration corresponding to the first embodiment, that is, the magnetization direction of the upper inner magnetization pinned layer is opposite (antiparallel) to the magnetization direction of the lower inner magnetization pinned layer. Although the case has been described as an example, it is applicable to the configuration corresponding to the second embodiment, that is, the case where the magnetization direction of the upper inner magnetization fixed layer is the same direction (parallel) as the magnetization direction of the lower inner magnetization fixed layer. It is.

以上、各実施形態において、本発明の磁気センサーを薄膜磁気記録再生ヘッドに適用する例を用いて説明したが、本発明の磁気センサーは、薄膜磁気記録再生ヘッド以外の例えば小型ロボット、ディジタルカメラ、及びインクジェットプリンターなどで使用される磁気エンコーダー装置、磁場計測装置、磁気検知装置等の各種用途にも適用することが可能である。   As described above, in each embodiment, the magnetic sensor of the present invention has been described using an example in which the magnetic sensor is applied to a thin film magnetic recording / reproducing head. However, the magnetic sensor of the present invention may be a small robot, a digital camera, The present invention can also be applied to various uses such as a magnetic encoder device, a magnetic field measurement device, and a magnetic detection device used in an ink jet printer.

磁気センサー１００Ａを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａ及び動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the thin film magnetic recording / reproducing head 200A including the magnetic sensor 100A and its operation. 図１のII−II線に沿った断面構成を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the cross-sectional structure along the II-II line | wire of FIG. 磁気センサー１００Ｃを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃ及び動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the thin film magnetic recording / reproducing head 200C including the magnetic sensor 100C and the operation. 磁気センサー１００Ｄを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｄ及び動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating thin film magnetic recording / reproducing head 200D provided with magnetic sensor 100D, and operation | movement. 磁気センサー１００Ｅを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｅ及び動作を説明するための模式図である。It is the schematic diagram for demonstrating the thin film magnetic recording / reproducing head 200E provided with the magnetic sensor 100E, and operation | movement. 磁気センサー１００Ｆを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｆ及び動作を説明するための模式図である。It is the schematic diagram for demonstrating thin film magnetic recording / reproducing head 200F provided with the magnetic sensor 100F and operation | movement. 磁気センサー１００Ｇを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｇ及び動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the thin film magnetic recording / reproducing head 200G including the magnetic sensor 100G and the operation.

符号の説明Explanation of symbols

５…チャンネル層、６…磁化自由層、１２…下部内側磁化固定層、１８Ａ…上部内側磁化固定層、５０…下部磁化固定部、６０Ａ…上部磁化固定部、１００Ａ…磁気センサー、１００Ｂ…磁気記録部、２００Ａ…薄膜磁気記録再生ヘッド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Channel layer, 6 ... Magnetization free layer, 12 ... Lower inner magnetization fixed layer, 18A ... Upper inner magnetization fixed layer, 50 ... Lower magnetization fixed part, 60A ... Upper magnetization fixed part, 100A ... Magnetic sensor, 100B ... Magnetic recording Part, 200A: Thin-film magnetic recording / reproducing head.

Claims (13)

チャンネル層と、
前記チャンネル層の第一の部分上に設けられ、外部磁界を検出する磁化自由層と、
前記チャンネル層の前記第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた上部内側磁化固定層と、
前記チャンネル層を間に挟んで前記上部内側磁化固定層と対向する下部内側磁化固定層と、を備え、
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の磁化の向きが互いに平行または反平行に固定されている磁気センサー。 The channel layer,
A magnetization free layer provided on a first portion of the channel layer and detecting an external magnetic field;
An upper inner magnetization pinned layer provided on a second portion different from the first portion of the channel layer;
A lower inner magnetization pinned layer facing the upper inner magnetization pinned layer with the channel layer interposed therebetween,
A magnetic sensor in which the magnetization directions of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer are fixed parallel or antiparallel to each other. 前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の磁化方向が、反強磁性層、形状異方性、及び成膜時における外部磁場のうち少なくとも一つによって固定されている請求項１に記載の磁気センサー。   The magnetization direction of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer is fixed by at least one of an antiferromagnetic layer, shape anisotropy, and an external magnetic field during film formation. Magnetic sensor. 前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の磁化方向が前記反強磁性層によって固定され、
前記反強磁性は上部反強磁性層と下部反強磁性とを含み、
前記上部内側磁化固定層は、
上部磁気結合層を間に挟んで上部外側磁化固定層と結合されており、
前記上部外側磁化固定層上に上部反強磁性層が接して設けられており、
前記下部内側磁化固定層は、下部磁気結合層を間に挟んで下部外側磁化固定層と結合されており、
前記下部外側磁化固定層下に下部反強磁性層が接して設けられている請求項２に記載の磁気センサー。 The magnetization directions of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer are fixed by the antiferromagnetic layer,
The antiferromagnet includes an upper antiferromagnetic layer and a lower antiferromagnet,
The upper inner magnetization fixed layer is
It is coupled with the upper outer magnetization pinned layer with the upper magnetic coupling layer in between,
An upper antiferromagnetic layer is provided in contact with the upper outer magnetization fixed layer,
The lower inner magnetization fixed layer is coupled to the lower outer magnetization fixed layer with the lower magnetic coupling layer interposed therebetween,
The magnetic sensor according to claim 2, wherein a lower antiferromagnetic layer is provided in contact with the lower outer magnetization fixed layer. 前記チャンネル層と前記上部内側磁化固定層との間及び前記チャンネル層と前記下部内側磁化固定層との間の少なくとも一方に設けられた障壁層を更に備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気センサー。   The barrier layer provided in at least one between the said channel layer and the said upper inner magnetization pinned layer, and between the said channel layer and the said lower inner magnetization pinned layer is provided in any one of Claims 1-3. The described magnetic sensor. 前記チャンネル層と前記磁化自由層とが直接接触している請求項４に記載の磁気センサー。   The magnetic sensor according to claim 4, wherein the channel layer and the magnetization free layer are in direct contact. 前記磁化自由層にバイアス磁界を印加する永久磁石を更に備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気センサー。   The magnetic sensor according to claim 1, further comprising a permanent magnet that applies a bias magnetic field to the magnetization free layer. 前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の保磁力は、前記磁化自由層の保磁力よりも大きい請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気センサー。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein a coercivity of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer is larger than a coercivity of the magnetization free layer. 前記磁化自由層は、前記チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側に配置され、
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層は、前記チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側の反対側に配置されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気センサー。 The magnetization free layer is disposed on a side where a magnetic flux to be detected of the channel layer enters,
The magnetism according to any one of claims 1 to 7, wherein the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer are disposed on a side opposite to a side where a magnetic flux to be detected of the channel layer enters. sensor. 前記磁化自由層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金である請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁気センサー。   The material of the magnetization free layer is a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing one or more elements of the group, or one or more elements selected from the group and B The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor is an alloy containing one or more elements selected from the group consisting of C, C, and N. 前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金である請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁気センサー。   The material of the upper inner magnetization fixed layer and the lower inner magnetization fixed layer is a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy including one or more elements of the group, or from the group The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the magnetic sensor is an alloy containing one or more selected elements and one or more elements selected from the group consisting of B, C, and N. 前記チャンネル層の材料は、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎからなる群から選択される一つ以上の元素を含む材料である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁気センサー。   11. The magnetic material according to claim 1, wherein the material of the channel layer is a material containing one or more elements selected from the group consisting of B, C, Mg, Al, Cu, and Zn. sensor. 前記チャンネル層の材料は、Ｓｉ又はＺｎＯを含む半導体化合物である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の磁気センサー。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein a material of the channel layer is a semiconductor compound containing Si or ZnO. 前記障壁層の材料は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、または酸化亜鉛である請求項４に記載の磁気センサー。   The magnetic sensor according to claim 4, wherein the material of the barrier layer is aluminum oxide, magnesium oxide, or zinc oxide.
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