JP2010140586A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】飽和磁化の異なる固定層13と自由層15を有し、かつホイスラー合金などの高スピン散乱材料を有する磁気抵抗効果素子において、固定層と自由層のうち飽和磁化が低い方の磁性層から高い磁性層の方に電子が流れるようにバイアス電圧を印加することで、高MR比と高バイアス耐性を両立し、高い再生出力を実現する。
【選択図】図3
Description
以下、本発明の具体的な実験例について詳細に説明する。
表1に、本発明の磁気抵抗効果膜の一例の積層構造と膜厚を示す。
表3に、実験例1とは別の形態で、本発明による磁気抵抗効果膜の積層構造例と膜厚を示す。
表5の実験例3−1〜3−8に、表3の中間固定層にCo−Mn−Ge、中間自由層にCo−Fe−M(M=Al,Si,Dy,Mn,Ge)を用いた実験例と、中間固定層及び中間自由層の飽和磁化、印加電圧10mVでのMR比(MR)、MR比が最大値の8割に減少するときの電圧(V80)、出力の最大値((MR×V)max)と、出力の最大値が得られるときの電子の流す方向を示す。ここで飽和磁化以外の値に関しては、図2に示したようにMR比と出力のバイアス電圧依存性から評価した。ここで導入したV80はMR比のバイアス電圧耐性を示す基準で、この値が大きいほどバイアス電圧耐性があり、高いバイアス電圧まで大きなMR比を維持することを意味する。また、実験例3−9〜3−10では、中間固定層及び中間自由層の両方にCo−Mn−GeもしくはCo50Fe50を用いた場合について示す。ここで、電圧が正のときは電子が自由層から固定層へ移動し、負のときは電子が固定層から自由層へ移動する。
表6の実験例4−1〜4−8に、表3の中間自由層にCo−Mn−Ge、中間固定層にCo−Fe−M(M=Al,Si,Mn,Dy,Ge)及びCo−Feを用いた実験例と、中間固定層及び中間自由層の飽和磁化、印加電圧10mVでのMR比(MR)、MR比が最大値の8割に減少するときの電圧(V80)、出力の最大値((MR×V)max)と、出力の最大値が得られるときの電子の流す方向を示す。このとき、その他の膜構成は表3記載の構成とする。ここで飽和磁化以外の値に関しては、図2に示したようにMR比と出力のバイアス電圧依存性から評価した。ここで導入したV80はMR比のバイアス電圧耐性を示す基準で、この値が大きいほどバイアス電圧耐性があり、高いバイアス電圧まで大きなMR比を維持することを意味する。また、実験例3−9〜3−10では、中間固定層及び中間自由層の両方にCo−Mn−GeもしくはCoFeを用いた場合について示す。ここで、電圧が正のときは電子が自由層から固定層へ、負のときは電子が固定層から自由層へ移動する方向に対応する。
表7の実験例5−1〜5−4に、表3の中間固定層にZ組成が30at.%のCo−Mn−Z(Z=Ge,Si)、中間自由層にZ組成が中間固定層より少ないCo−Mn−Z(Z=Ge,Si)を用いた磁気抵抗効果素子の実験例と、中間固定層及び中間自由層の飽和磁化、印加電圧10mVでのMR比(MR)、MR比が最大値の8割に減少するときの電圧(V80)、出力の最大値((MR×V)max)と、出力の最大値が得られるときの電子の流す方向を示す。このとき、その他の膜構成は表3記載の構成とする。ここで飽和磁化以外の値に関しては、図2に示したようにMR比と出力のバイアス電圧依存性から評価した。ここで導入したV80はMR比のバイアス電圧耐性を示す基準で、この値が大きいほどバイアス電圧耐性があり、高いバイアス電圧まで大きなMR比を維持することを意味する。また、実験例5−5及び3−9では、中間固定層及び中間自由層の両方にZ組成が30at.%のCo−Mn−Z(Z=Ge,Si)を用いた場合について示す。ここで、電圧が正のときは電子が自由層から固定層へ移動し、負のときは電子が固定層から自由層へ移動する。
表8の実験例6−1〜6−4に、表3の中間自由層にZ組成が30at.%のCo−Mn−Z(Z=Ge,Si)を用い、中間固定層にZ組成が中間自由層より少ないCo−Mn−Z’(Z’=Ge,Si)を用いた磁気抵抗効果素子の実験例と、中間固定層及び中間自由層の飽和磁化、印加電圧10mVでのMR比(MR)、MR比が最大値の8割に減少するときの電圧(V80)、出力の最大値((MR×V)max)と、出力の最大値が得られるときの電子の流す方向を示す。このとき、その他の膜構成は表3記載の構成とする。ここで飽和磁化以外の値に関しては、図2に示したようにMR比と出力のバイアス電圧依存性から評価した。ここで導入したV80はMR比のバイアス電圧耐性を示す基準で、この値が大きいほどバイアス電圧耐性があり、高いバイアス電圧まで大きなMR比を維持することを意味する。また、実験例5−5及び3−9では、中間固定層及び中間自由層の両方にZ組成が30at.%のCo−Mn−Z(Z=Ge,Si)を用いた場合について示す。ここで、電圧が正のときは電子が自由層から固定層へ、負のときは電子が固定層から自由層へ移動する方向に対応する。
上記で議論した飽和磁化は、平均飽和磁化と考えることもでき、すなわちMR比の増大に寄与している高スピン散乱材料以外の磁性層の膜厚を厚くすることでバイアス電圧依存性の改善、さらには出力電圧の増大を得ることができる。
図9は、本発明の磁気抵抗効果膜10からなる磁気抵抗効果型磁気ヘッドの断面構造を示す図である。ここで形状や膜厚は必ずしも図示した通りである必要はない。本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、下部シールド電極100及び上部シールド電極103に挟み込まれるように配置され、下地層11、反強磁性層12、固定層13、中間層14、自由層15、保護層16を積層してなる。絶縁層101によって磁気抵抗効果素子10と電気的に分離されたハードバイアス層102は、自由層にトラック幅方向のバイアス磁界を印加し、自由層の磁化を単磁区化するために用いられる。ハードバイアス層102には、例えばCo−Cr−Pt合金などが用いられる。絶縁層101には、例えばAl2O3やSiO2などを用いることができる。
11 下地膜
12 反強磁性膜
13 固定層
14 中間層
15 自由層
16 保護層
20 基体
30 副磁極
31 コイル
32 主磁極
40 対向面
50 ヘッドスライダー
51 記録媒体
52 アクチュエーター
53 スピンドル
54 信号処理系
55 磁気ディスク
100 下部磁気シールド兼電極
101 絶縁層
102 磁区制御バイアス膜
103 上部磁気シールド兼電極
130 第一の強磁性固定層
131 反平行結合中間層
132 第二の強磁性固定層
Claims (9)
- 自由層と中間層と固定層とが積層され、上記固定層が感知すべき磁界に対して実質的に固定されてなる垂直通電型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
上記固定層もしくは自由層のいずれか一方にX−Y−Z(Xは45at.%以上、55at.%以下のCo又はFe、Yは20at.%以上、30at.%以下のV,Cr,Mn,Feから選択された1種もしくは2種以上の元素、Zは20at.%以上、35at.%以下のAl,Si,Ga,Ge,Sn,Sbから選択された1種又は2種以上の元素)の組成で表わされるホイスラー合金層を備え、他方に上記ホイスラー合金よりも飽和磁化が大きい高飽和磁化材料層を備え、
上記垂直通電の方向が、上記ホイスラー合金層から上記高飽和磁化材料層に電子が流入する方向であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。 - 自由層と中間層と固定層とが積層され、上記固定層が感知すべき磁界に対して実質的に固定されてなる垂直通電型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
上記固定層もしくは自由層のいずれか一方にX−Y−Z(Xは45at.%以上、55at.%以下のCo又はFe、Yは20at.%以上、30at.%以下のV,Cr,Mn,Feから選択された1種もしくは2種以上の元素、Zは20at.%以上、35at.%以下のAl,Si,Ga,Ge,Sn,Sbから選択された1種又は2種以上の元素)の組成で表わされるホイスラー合金層を備え、他方にCo−Fe−M(MはAl,Si,Mn,Ge,Ga,Sn,Sb,Dy,Tb,Ho,Erから選択された1種もしくは2種以上の元素)もしくはCo−Feから構成される層を備えることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。 - 請求項2記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、上記垂直通電の方向が、前記ホイスラー合金層から前記Co−Fe−MもしくはCo−Feから構成される層の方向であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
- 請求項2又は3記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、MはAl,Si,Mnから選択された1種もしくは2種以上の元素であり、Mの添加量が0at.%以上、30at.%以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
- 請求項2又は3記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、MはGe,Ga,Sn,Sb,Dy,Tb,Ho,Erから選択された1種もしくは2種以上の元素であり、Mの添加量が0at.%以上、20at.%以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
- 自由層と中間層と固定層とが積層され、上記固定層が感知すべき磁界に対して実質的に固定されてなる垂直通電型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
上記固定層もしくは自由層のいずれか一方にX−Y−Z(Xは45at.%以上、55at.%以下のCo又はFe、Yは20at.%以上、30at.%以下のV,Cr,Mn,Feから選択された1種もしくは2種以上の元素、Zは20at.%以上、35at.%以下のAl,Si,Ga,Ge,Sn,Sbから選択された1種又は2種以上の元素)の組成で表わされるホイスラー合金層を備え、他方に前記ホイスラー合金よりもZ組成が少ないホイスラー合金層を備えることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。 - 請求項6記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、上記垂直通電の方向が、前記Z組成の多い方のホイスラー合金層からZ組成の少ない方のホイスラー合金層に電子が流入する方向であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
- 自由層と中間層と固定層とが積層され、上記固定層が感知すべき磁界に対して実質的に固定されてなる垂直通電型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
上記固定層と自由層の両方にX−Y−Z(Xは45at.%以上、55at.%以下のCo又はFe、Yは20at.%以上、30at.%以下のV,Cr,Mn,Feから選択された1種もしくは2種以上の元素、Zは20at.%以上、35at.%以下のAl,Si,Ga,Ge,Sn,Sbから選択された1種又は2種以上の元素)の組成で表わされるホイスラー合金層とCo−Fe層とが積層された膜を備え、上記固定層と自由層に含まれる上記Co−Fe層の膜厚合計が異なり、
上記垂直通電の方向が、平均した飽和磁化が低いホイスラー合金層とCo−Fe層とが積層された側から平均した飽和磁化が高いホイスラー合金層とCo−Fe層とが積層された側に電子が流入する方向であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。 - 請求項1〜8のいずれか1項記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記ホイスラー合金がL21,D03,B2構造のいずれかの結晶構造を有することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
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