JP2010177218A - Tunnel type magnetic detection element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に、フリー磁性層の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来に比べて抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることが可能なトンネル型磁気検出素子に関する。 In particular, the present invention relates to a tunneling magnetic sensing element capable of increasing the rate of change in resistance (ΔR / R) as compared with the prior art while suppressing an increase in magnetostriction λs of a free magnetic layer.
トンネル型磁気検出素子(TMR素子)は、トンネル効果を利用して抵抗変化するものであり、固定磁性層の磁化と、フリー磁性層の磁化とが反平行のとき、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に設けられた絶縁障壁層を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記固定磁性層の磁化とフリー磁性層の磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。 A tunnel-type magnetic sensing element (TMR element) changes its resistance by utilizing the tunnel effect. When the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are antiparallel, the pinned magnetic layer and the free magnetic layer When the tunneling current hardly flows through the insulating barrier layer provided between the layers and the resistance value is maximized, the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are most The tunnel current easily flows and the resistance value is minimized.
この原理を利用して、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層の磁化が変動することにより変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの漏れ磁界が検出されるようになっている。
前記トンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層にMg−O(酸化マグネシウム)を使用した場合、前記絶縁障壁層をAl−OやTi−Oで形成する場合に比べて抵抗変化率(ΔR/R)を大きく出来ることがわかっている。 When Mg—O (magnesium oxide) is used for the insulating barrier layer of the tunneling magnetic sensing element, the rate of change in resistance (ΔR / R) compared to the case where the insulating barrier layer is formed of Al—O or Ti—O. It is known that can be increased.
しかしながら高記録密度化に対応するためには、更なる抵抗変化率(ΔR/R)の増大が必要とされた。 However, in order to cope with the higher recording density, it is necessary to further increase the rate of change in resistance (ΔR / R).
例えば、後述する実験で示すように、前記フリー磁性層を構成するNi−Fe層中にTa層を挿入すると、前記Ta層を挿入しない構成に比べて抵抗変化率(ΔR/R)が増大することがわかった。 For example, as shown in an experiment to be described later, when a Ta layer is inserted into a Ni—Fe layer constituting the free magnetic layer, the rate of change in resistance (ΔR / R) is increased as compared with a configuration in which the Ta layer is not inserted. I understood it.
しかしながら、前記Ta層の挿入によってフリー磁性層の磁歪λsが非常に大きくなってしまうため再生特性が不安定化するといった問題があった。 However, since the magnetostriction λs of the free magnetic layer becomes very large due to the insertion of the Ta layer, there is a problem that the reproduction characteristics become unstable.
上記した特許文献には、いずれにも、絶縁障壁層にMg−O(酸化マグネシウム)を使用したトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来に比べて抵抗変化率(ΔR/R)を増大させるためのフリー磁性層の構成は開示されていない。 In each of the above-mentioned patent documents, in the tunnel type magnetic sensing element using Mg—O (magnesium oxide) as the insulating barrier layer, the increase in the magnetostriction λs of the free magnetic layer is suppressed to a smaller value than the conventional one. The structure of the free magnetic layer for increasing the rate of change (ΔR / R) is not disclosed.
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、フリー磁性層の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来に比べて抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることが可能なトンネル型磁気検出素子を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and in particular, it is possible to increase the rate of resistance change (ΔR / R) as compared with the conventional one while suppressing an increase in magnetostriction λs of the free magnetic layer. An object of the present invention is to provide a tunneling magnetic sensing element that can be used.
本発明のトンネル型磁気検出素子は、下から磁化方向が固定される固定磁性層、絶縁障壁層、及び、磁化方向が外部磁界に対して変動するフリー磁性層の順に、あるいは、下から前記フリー磁性層、前記絶縁障壁層、及び、前記固定磁性層の順に積層された積層部分を備える積層体を有し、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、軟磁性層と、前記軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に位置して、前記軟磁性層よりもスピン分極率が高いエンハンス層とを有して構成され、
前記軟磁性層内には、前記積層体を構成する各層の界面と平行な面方向に向けて、Co−Ta層が挿入され、前記軟磁性層が前記Co−Ta層を介して、膜厚方向に複数層に分断されていることを特徴とするものである。
The tunneling magnetic sensing element of the present invention includes a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed from the bottom, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field, or the free magnetic layer from below. A magnetic layer, the insulating barrier layer, and a laminate including a laminated portion laminated in order of the pinned magnetic layer;
The insulating barrier layer is formed of Mg-O;
The free magnetic layer includes a soft magnetic layer and an enhancement layer positioned between the soft magnetic layer and the insulating barrier layer and having a higher spin polarizability than the soft magnetic layer,
In the soft magnetic layer, a Co—Ta layer is inserted in a plane direction parallel to the interface of each layer constituting the laminate, and the soft magnetic layer has a film thickness through the Co—Ta layer. It is divided into a plurality of layers in the direction.
これにより、絶縁障壁層をMg−Oで形成したトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来に比べて効果的に抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることができる。なおここで言う「従来」とは、本発明と異なってCo−Ta層をフリー磁性層中に設けず、前記フリー磁性層をエンハンス層と軟磁性層の積層構造したトンネル型磁気検出素子を指す。 This effectively increases the rate of change in resistance (ΔR / R) compared to the prior art while minimizing the increase in magnetostriction λs of the free magnetic layer in the tunnel type magnetic sensing element in which the insulating barrier layer is made of Mg—O. Can be made. The term “conventional” as used herein refers to a tunneling magnetic sensing element in which a Co—Ta layer is not provided in a free magnetic layer, and the free magnetic layer is a laminated structure of an enhancement layer and a soft magnetic layer, unlike the present invention. .
本発明では、前記Co−Ta層のTa組成比Xは10at%以上で40at%以下であることが、前記Co−Ta層をアモルファスの磁性層で形成でき好適である。 In the present invention, it is preferable that the Ta composition ratio X of the Co—Ta layer is 10 at% or more and 40 at% or less because the Co—Ta layer can be formed of an amorphous magnetic layer.
また本発明では、前記Co−Ta層の平均膜厚は、2Å以上で20Å以下の範囲内であることが好ましい。これによりTa層を軟磁性層中に挿入した比較例と比較したとき、本発明では、比較例と同等の抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る場合に、比較例よりも低磁歪λsを実現でき、あるいは比較例と同等の磁歪λsを得ることが出来る場合に、比較例よりも高い抵抗変化率(ΔR/R)を実現できる。 In the present invention, the average film thickness of the Co—Ta layer is preferably in the range of 2 to 20 mm. Thus, when compared with the comparative example in which the Ta layer is inserted in the soft magnetic layer, in the present invention, when the resistance change rate (ΔR / R) equivalent to the comparative example can be obtained, the magnetostriction is lower than that of the comparative example. When λs can be realized or magnetostriction λs equivalent to that of the comparative example can be obtained, a higher resistance change rate (ΔR / R) than that of the comparative example can be realized.
また本発明では、前記Co−Ta層の平均膜厚は、2Å以上で14Å以下の範囲内であることが好ましい。前記Co−Ta層の平均膜厚を14Åより厚くしても、抵抗変化率(ΔR/R)の増大効果は横ばいであり、むしろ磁歪λsがやや増大する傾向にある。また前記Co−Ta層の平均膜厚を厚くすることで上下シールド層間のギャップ長(GL)が広がってしまう。よって前記Co−Ta層の平均膜厚の好ましい上限値を14Åとした。 In the present invention, the average film thickness of the Co—Ta layer is preferably in the range of 2 to 14 mm. Even if the average film thickness of the Co—Ta layer is thicker than 14 mm, the effect of increasing the rate of change in resistance (ΔR / R) remains unchanged, and the magnetostriction λs tends to increase slightly. Further, increasing the average film thickness of the Co—Ta layer increases the gap length (GL) between the upper and lower shield layers. Therefore, the preferable upper limit of the average film thickness of the Co—Ta layer is set to 14 mm.
また本発明では、前記Co−Ta層の平均膜厚は、10Å以上で14Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例において、最も抵抗変化率(ΔR/R)が大きくなるTa膜厚を選択したときと比較しても、本発明では、比較例より高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来るとともに、比較例に比べて低磁歪λsを実現できる。 In the present invention, the average film thickness of the Co—Ta layer is preferably in the range of 10 to 14 mm. Thereby, in the comparative example in which the Ta layer is inserted in the soft magnetic layer, the present invention is higher than the comparative example in comparison with the case where the Ta film thickness with the largest resistance change rate (ΔR / R) is selected. A resistance change rate (ΔR / R) can be obtained, and a low magnetostriction λs can be realized as compared with the comparative example.
また本発明では、前記Co−Ta層の平均膜厚は、2Å以上で8Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより、本発明の抵抗変化率(ΔR/R)は、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例と比較して小さくなりやすいものの、比較例よりもフリー磁性層の磁歪λsを確実に小さくできる。したがって、より効果的にフリー磁性層の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来よりも抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることが可能となる。 In the present invention, the average film thickness of the Co—Ta layer is preferably in the range of 2 to 8 mm. As a result, the rate of change in resistance (ΔR / R) of the present invention tends to be smaller than that of the comparative example in which the Ta layer is inserted in the soft magnetic layer, but the magnetostriction λs of the free magnetic layer is more reliably set than in the comparative example. Can be small. Therefore, it is possible to increase the rate of change in resistance (ΔR / R) more than before while suppressing the increase in magnetostriction λs of the free magnetic layer more effectively.
また本発明では、前記軟磁性層はNi−Feで形成され、前記エンハンス層はCo−Feで形成されることが、フリー磁性層の軟磁気特性を良好に保つとともに効果的に抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることができ好適である。 In the present invention, the soft magnetic layer is made of Ni-Fe, and the enhancement layer is made of Co-Fe, so that the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer can be kept good and the resistance change rate ( ΔR / R) can be increased, which is preferable.
また本発明では、下から前記固定磁性層、前記絶縁障壁層、及び、前記フリー磁性層の順に積層されていることが、効果的に高い抵抗変化率(ΔR/R)を得る上で好適である。 In the present invention, it is preferable that the pinned magnetic layer, the insulating barrier layer, and the free magnetic layer are laminated in this order from the bottom in order to effectively obtain a high rate of change in resistance (ΔR / R). is there.
本発明では、絶縁障壁層をMg−Oで形成したトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来に比べて効果的に抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることができる。 In the present invention, in the tunnel type magnetic sensing element in which the insulating barrier layer is formed of Mg—O, the resistance change rate (ΔR / R) is effectively reduced as compared with the conventional one while suppressing an increase in the magnetostriction λs of the free magnetic layer. Can be increased.
図1は、本実施形態のトンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な面にて切断した断面図、図2は、図1に示すトンネル型磁気抵抗効果素子の主にフリー磁性層の部分を拡大した部分拡大断面図、である。なお図1ではフリー磁性層が単層構造のように図示されているが、実際には図2に示す積層構造で形成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the tunnel type magnetic sensing element of the present embodiment cut along a plane parallel to the surface facing the recording medium, and FIG. 2 is mainly a free magnetism of the tunnel type magnetoresistive effect element shown in FIG. It is the elements on larger scale which expanded the part of the layer. In FIG. 1, the free magnetic layer is illustrated as having a single layer structure, but in actuality, it is formed in the laminated structure shown in FIG.
トンネル型磁気検出素子は、例えば、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、磁気記録媒体からの漏れ磁界(記録磁界)を検出するものである。なお、図中においてX方向は、トラック幅方向、Y方向は、磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向(ハイト方向)、Z方向は、磁気記録媒体の移動方向及び前記トンネル型磁気検出素子の各層の積層方向、である。 The tunnel-type magnetic detection element is provided, for example, at the trailing end of a floating slider provided in a hard disk device, and detects a leakage magnetic field (recording magnetic field) from a magnetic recording medium. In the figure, the X direction is the track width direction, the Y direction is the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium (height direction), and the Z direction is the moving direction of the magnetic recording medium and each layer of the tunnel type magnetic sensing element. Is the stacking direction.
図1の最も下に形成されているのは、例えばNi−Feで形成された下部シールド層21である。前記下部シールド層21上に積層体10が形成されている。なお前記トンネル型磁気検出素子は、前記積層体10と、前記積層体10のトラック幅方向(図示X方向)の両側に形成された絶縁層22、ハードバイアス層23、保護層24とを有して構成される。
The lowermost layer in FIG. 1 is a
前記積層体10の最下層は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち1種または2種以上の非磁性元素で形成された下地層1である。この下地層1の上に、シード層2が設けられる。前記シード層2は、Ni−Fe−CrまたはCr、あるいはRuによって形成される。なお、前記下地層1は形成されなくともよい。
The lowermost layer of the
前記シード層2の上に形成された反強磁性層3は、元素α(ただしαは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
The
また前記反強磁性層3は、元素αと元素α′(ただし元素α′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
The
前記反強磁性層3は例えばIr−Mnで形成される。
前記反強磁性層3上には固定磁性層4が形成されている。前記固定磁性層4は、下から第1固定磁性層4a、非磁性中間層4b、第2固定磁性層4cの順で積層された積層フェリ構造である。前記反強磁性層3との界面での交換結合磁界(Hex)及び非磁性中間層4bを介した反強磁性的交換結合磁界(RKKY的相互作用)により前記第1固定磁性層4aと第2固定磁性層4cの磁化方向は互いに反平行状態にされる。前記固定磁性層4を積層フェリ構造で形成することにより前記固定磁性層4の磁化を安定した状態にできる。また前記固定磁性層4と反強磁性層3との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。なお前記第1固定磁性層4a及び第2固定磁性層4cは、夫々、例えば10〜40Å程度で形成され、非磁性中間層4bは8Å〜10Å程度で形成される。
The
A pinned
前記第1固定磁性層4aは、Co−Fe、Ni−Fe,Co−Fe−Niなどの強磁性材料で形成される。なお前記第2固定磁性層4cは、第1固定磁性層4aと同様の材質で形成することも可能であるが、より好ましい材質については後述する。また非磁性中間層4bは、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuなどの非磁性導電材料で形成される。
The first pinned
前記固定磁性層4上には、Mg−O(酸化マグネシウム)から成る絶縁障壁層5が形成される。Mg−Oは、Mg組成比が40〜60at%の範囲内であることが好ましく、最も好ましくはMg50at%O50at%である。
An insulating
また、前記絶縁障壁層5上には、フリー磁性層6が形成されている。前記フリー磁性層6の構成は後述する。
A free
前記フリー磁性層6のトラック幅方向(図示X方向)の幅寸法でトラック幅Twが決められる。
前記フリー磁性層6上にはTa等で形成された保護層7が形成されている。
The track width Tw is determined by the width dimension of the free
A
前記積層体10のトラック幅方向(図示X方向)における両側端面11,11は、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面で形成されている。 Both side end surfaces 11, 11 in the track width direction (X direction in the drawing) of the laminate 10 are formed as inclined surfaces so that the width dimension in the track width direction gradually decreases from the lower side toward the upper side.
図1に示すように、前記積層体10の両側に広がる下部シールド層21上から前記積層体10の両側端面11上にかけて絶縁層22が形成され、前記絶縁層22上にハードバイアス層23が形成され、さらに前記ハードバイアス層23上に保護層24が形成されている。前記保護層24はTa等の非磁性材料で形成される。
As shown in FIG. 1, an insulating
前記絶縁層22と前記ハードバイアス層23間にバイアス下地層(図示しない)が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は、Cr、W、Ti等で形成される。
A bias underlayer (not shown) may be formed between the insulating
前記絶縁層22はAl2O3やSiO2等の絶縁材料で形成されている。前記絶縁層22は、前記積層体10内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記積層体10のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層23の下を絶縁するものである。前記ハードバイアス層23は例えばCo−PtやCo−Cr−Ptで形成される。
The insulating
前記積層体10上及び保護層24上にはNi−Fe等で形成された上部シールド層26が形成されている。
An
図1に示す実施形態では、前記下部シールド層21及び上部シールド層26が前記積層体10に対する電極層として機能し、前記積層体10の各層の膜面に対し垂直方向(図示Z方向と平行な方向)に電流が流される。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
前記フリー磁性層6は、前記ハードバイアス層23からのバイアス磁界を受けてトラック幅方向(図示X方向)と平行な方向に磁化されている。一方、固定磁性層4を構成する第1固定磁性層4a及び第2固定磁性層4cはハイト方向(図示Y方向)と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層4は積層フェリ構造であるため、第1固定磁性層4aと第2固定磁性層4cはそれぞれ反平行に磁化されている。前記固定磁性層4の磁化は固定されている(外部磁界によって磁化変動しない)が、前記フリー磁性層6の磁化は外部磁界により変動する。
The free
前記フリー磁性層6が、外部磁界により磁化変動すると、第2固定磁性層4cとフリー磁性層との磁化が反平行のとき、前記第2固定磁性層4cとフリー磁性層6との間に設けられた絶縁障壁層5を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になる。一方、前記第2固定磁性層4cとフリー磁性層6との磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
When the magnetization of the free
この原理を利用して、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層6の磁化が変動することにより変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出されるようになっている。
Using this principle, the electric resistance that changes due to the fluctuation of the magnetization of the free
本実施形態におけるトンネル型磁気検出素子の特徴的部分について以下に説明する。
図2に示すように、前記フリー磁性層6は、下からエンハンス層12、第1軟磁性層13、Co−Ta層14及び第2軟磁性層15の順に積層されている。
The characteristic part of the tunnel type magnetic detection element in this embodiment will be described below.
As shown in FIG. 2, the free
前記エンハンス層12は、前記第1軟磁性層13及び前記第2軟磁性層15よりもスピン分極率が大きい磁性材料で形成され、前記エンハンス層12は、Co−Feで形成されることが好適である。前記エンハンス層12が形成されないと、抵抗変化率(ΔR/R)が大きく低下することがわかっている。よって前記エンハンス層12は必須の層である。前記エンハンス層12を構成するCo−FeのFe濃度を大きくことで高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。Co−FeのFe濃度は25at%〜100at%の範囲内であることが好適である。より好ましくはFe濃度の上限値は80at%である。
The
前記第1軟磁性層13及び前記第2軟磁性層15は、前記エンハンス層12よりも低保磁力、低異方性磁界である等、軟磁気特性に優れた材質である。前記第1軟磁性層13及び前記第2軟磁性層15は、異なる軟磁性材料で形成されてもよいが、共にNi−Feで形成されることが好適である。Ni−FeのFe濃度は10at%〜20at%の範囲内であることが好適である。
The first soft
前記Co−Ta層14は、前記積層体10を構成する各層の界面と平行な面方向(X―Y面方向)に向けて、前記第1軟磁性層13と前記第2軟磁性層15との間に挿入されている。
The Co—
従来では、例えばフリー磁性層6はエンハンス層12及び軟磁性層を積層した構成であったが、本実施形態では前記軟磁性層中に、Co−Ta層14を挿入したことで、前記軟磁性層を、前記Co−Ta層14を介して第1軟磁性層13と第2軟磁性層15に膜厚方向に分断し、各軟磁性層13,15を薄い膜厚で形成している。
Conventionally, for example, the free
ここで、前記第1軟磁性層13と前記第2軟磁性層15間は前記Co−Ta層14により完全に(連続的に)分断されている形態のほか、断続的に分断されている形態も含む。例えば前記Co−Ta層14の膜厚が薄く形成されて前記Co−Ta層14にピンホールが形成される場合には、前記ピンホールの部分では前記第1軟磁性層13と第2軟磁性層15とが接触するが、このような形態も含む。ただし、前記第1軟磁性層13と前記第2軟磁性層15間が前記Co−Ta層14により完全に(連続的に)分断されている形態であることが抵抗変化率(ΔR/R)を増大させる上で好適である。
Here, the first soft
本実施形態のように絶縁障壁層5がMg−Oで形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子においては、第2固定磁性層4c/絶縁障壁層5/エンハンス層12が、界面(X−Y平面)と平行な面方向に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向した体心立方構造(bcc構造)で形成されることが、抵抗変化率(ΔR/R)を向上させる上で重要である。
In the tunnel magnetoresistive effect element in which the insulating
ところでエンハンス層12上に形成されるNi−Feの軟磁性層は、界面(X―Y平面)と平行な面方向に、代表的に{111}面として表される等価な結晶面が優先配向した面心立方構造(fcc構造)で形成される。このため、従来のように、エンハンス層12上に厚い単層構造の軟磁性層(Ni−Fe)を設けた構成では、前記エンハンス層12の結晶構造は、その上面に位置する軟磁性層(Ni−Fe)の結晶構造の影響を受けて結晶歪みが生じやすい。
By the way, the Ni—Fe soft magnetic layer formed on the
これに対して、本実施形態では、前記軟磁性層13,15間に、Co−Ta層14を介在させている。よって前記エンハンス層12に接する第1軟磁性層13の膜厚は、前記Co−Ta層14を形成せずに、前記第1軟磁性層13と第2軟磁性層15とを一体化した場合よりも薄く出来る。よって前記エンハンス層12に接する第1軟磁性層13自体の結晶配向を弱めることが出来る。しかも、Co−Ta層14はアモルファスの磁性層である。よって、第2軟磁性層15と第1軟磁性層13間の結晶配向は前記Co−Ta層14の部分で分断される。この結果、前記エンハンス層12の結晶構造に対する軟磁性層の影響を弱くできる。
On the other hand, in this embodiment, a Co—
またバルクで負磁歪λsであるCo−TaをCo−Ta層14としてフリー磁性層6の軟磁性層中に挿入すると、後述する実験結果に示すように、前記Co−Ta層14を挿入しない従来例と比較してフリー磁性層6の磁歪λsは多少大きくなるが、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例と比較すると本実施形態のほうが、フリー磁性層6の磁歪λsの増加を抑制できる。
Further, when Co—Ta having a negative magnetostriction λs in bulk is inserted as a Co—
以上により本実施形態では、前記エンハンス層12を、Mg−Oで形成された絶縁障壁層5上にて、効果的に、界面(X−Y平面)と平行な面方向に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向した体心立方構造(bcc構造)で形成でき、前記フリー磁性層6の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、抵抗変化率(ΔR/R)を従来に比べて増大することが可能である。
As described above, in the present embodiment, the
しかも本実施形態では、第1軟磁性層13の平均膜厚T2と第2軟磁性層15の平均膜厚T4を足した総合膜厚を、従来、単層で形成していた軟磁性層の膜厚と同等に出来るから、フリー磁性層の軟磁気特性を良好に保つことが出来る。
In addition, in the present embodiment, the total thickness obtained by adding the average thickness T2 of the first soft
本実施形態では、前記Co−Ta層14のTa組成比Xは10at%以上で40at%以下であることが好ましい。これによりCo−Ta層14をアモルファスの磁性層で形成でき、抵抗変化率(ΔR/R)を効果的に増大させることができる。
In the present embodiment, the Ta composition ratio X of the Co—
本実施形態では、前記Co−Ta層14の平均膜厚T3は、2Å以上で20Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例と、Co−Ta層14を軟磁性層中に挿入した本実施形態とを比較したとき、本実施形態と比較例とが同等の磁歪λsを得ることが出来る場合、本実施形態のほうが比較例に比べて抵抗変化率(ΔR/R)を大きくでき、あるいは、本実施形態と比較例とが同等の抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る場合、本実施形態のほうが比較例に比べて磁歪λsを小さくできる。
In the present embodiment, the average film thickness T3 of the Co—
また本実施形態では、前記Co−Ta層14の平均膜厚T3は、2Å以上で14Å以下の範囲内であることが好ましい。前記Co−Ta層14の平均膜厚T3を14Åより厚くしても、抵抗変化率(ΔR/R)の増大効果は横ばいであり、むしろ磁歪λsがやや増大する傾向にある。また前記Co−Ta層14の平均膜厚T3を厚くすることで下部シールド層21と上部シールド層26間の間隔(=積層体10の膜厚)で決定されるギャップ長(GL)が広がってしまう。よって前記Co−Ta層14の平均膜厚T3の好ましい上限値を14Åとした。
In this embodiment, the average film thickness T3 of the Co—
また本実施形態では、前記Co−Ta層14の平均膜厚T3は、10Å以上で14Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例において、最も抵抗変化率(ΔR/R)が大きくなるTa膜厚を選択したときと比較しても、本実施形態では、比較例より高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来るとともに、比較例に比べて低磁歪λsを実現できる。
In the present embodiment, the average film thickness T3 of the Co—
あるいは本実施形態では、前記Co−Ta層14の平均膜厚T3は、2Å以上で8Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより、本実施形態の抵抗変化率(ΔR/R)は、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例と比較して小さくなりやすいものの、比較例よりもフリー磁性層6の磁歪λsを確実に小さくできる。したがって、より効果的にフリー磁性層6の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来よりも抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることが可能となる。
Or in this embodiment, it is preferable that the average film thickness T3 of the said
前記Co−Ta層14は、磁性体であるため、前記Co−Ta層14の平均膜厚T3を厚く形成しても、第1軟磁性層13/Co−Ta層14/第2軟磁性層15の積層部分は磁気的に結合されている。すなわち例えば、第1軟磁性層13と第2軟磁性層15との間に非磁性であるTa層を挿入した比較例では、前記Ta層の膜厚が概ね5Å以上になると、前記第1軟磁性層13と第2軟磁性層15間の磁気的な結合は切断されやすくなり再生特性の安定性に問題が生じるため、前記Ta層の膜厚を非常に薄くすることが必要と考えられるが、本実施形態では、磁気的結合の切断を考慮することなく、前記Co−Ta層14の平均膜厚T3を例えば5Åよりも厚くすることが可能である。よって本実施形態では、磁気的結合の切断を考慮せずに好ましい前記Co−Ta層14の前記平均膜厚T3を規定することが出来る。
Since the Co—
図2に示すように、前記エンハンス層12の平均膜厚はT1であり、前記第1軟磁性層13の平均膜厚はT2であり、前記第2軟磁性層15の平均膜厚はT4である。
As shown in FIG. 2, the average thickness of the
前記エンハンス層12の平均膜厚T1は、2Å以上で30Å以下であることが、抵抗変化率(ΔR/R)を効果的に増大させる上で好適である。また前記エンハンス層12の平均膜厚T1は10Å以上30Å以下であることがより好ましい。
In order to effectively increase the rate of change in resistance (ΔR / R), the average film thickness T1 of the
また第1軟磁性層13の平均膜厚T2は、5Å以上で30Å以下であることが好ましい。前記第1軟磁性層13の平均膜厚T2は15Å以上で25Å以下であることがより好ましい。これにより、抵抗変化率(ΔR/R)を効果的に増大させることが可能である。
エンハンス層12とCo−Ta層14との間に第1軟磁性層13を設けることで、Taの前記絶縁障壁層17への拡散を抑制でき、これによって抵抗変化率(R/R)の増大を期待できる。
The average thickness T2 of the first soft
By providing the first soft
また前記第2軟磁性層15の平均膜厚T4は、前記第1軟磁性層13の平均膜厚T2と合わせた総合膜厚が40Å以上で70Å以下の範囲内となるように調整される。これにより前記フリー磁性層6の保磁力Hcに代表される軟磁気特性を良好に保つことが出来る。
The average film thickness T4 of the second soft
図1及び図2に示す形態では、下から反強磁性層3、固定磁性層4、絶縁障壁層5、フリー磁性層6及び保護層7の順で積層されているが、下から、フリー磁性層6、絶縁障壁層5、固定磁性層4、反強磁性層3及び保護層7の順で積層されていてもよい。
In the form shown in FIGS. 1 and 2, the
かかる場合、図3に示すように、前記フリー磁性層6は、下から第2軟磁性層15、Co−Ta層14、第1軟磁性層13及びエンハンス層12の順に積層され、前記フリー磁性層6上に絶縁障壁層5が形成される。前記フリー磁性層6を構成する各層の膜厚や材質は上記で説明した通りである。
In this case, as shown in FIG. 3, the free
あるいは、下から、下側反強磁性層、下側固定磁性層、下側絶縁障壁層、フリー磁性層、上側絶縁障壁層、上側固定磁性層、及び上側反強磁性層が順に積層されてなるデュアル型のトンネル型磁気検出素子であってもよい。 Alternatively, the lower antiferromagnetic layer, the lower pinned magnetic layer, the lower insulating barrier layer, the free magnetic layer, the upper insulating barrier layer, the upper pinned magnetic layer, and the upper antiferromagnetic layer are sequentially stacked from the bottom. A dual-type tunneling magnetic detection element may be used.
かかる場合、図4に示すように、前記フリー磁性層6は、下からエンハンス層12、軟磁性層28、Co−Ta層14、軟磁性層25、エンハンス層27の順に積層される。前記フリー磁性層6の下側のエンハンス層12下には前記下側絶縁障壁層17が形成され、前記フリー磁性層6の上側のエンハンス層27上には前記上側絶縁障壁層18が形成される。フリー磁性層6を構成する各層の膜厚や材質は上記で説明した通りである。前記軟磁性層25,28は、いずれも図2に示す第1軟磁性層13と同様の膜厚で形成される。
In this case, as shown in FIG. 4, the free
図2ないし図4に示す実施形態では、いずれもフリー磁性層6の軟磁性層内部に挿入されるCo−Ta層14は一層であったが、二層以上であってもよい。前記Co−Ta層14が二層以上である場合、軟磁性層/Co−Ta層/軟磁性層/Co−Ta層/軟磁性層・・・の積層構造となる。
In each of the embodiments shown in FIGS. 2 to 4, the Co—
ただし、前記Co−Ta層14の層数が多くなると、フリー磁性層6全体の膜厚が厚くなってしまうとともに、抵抗変化率(ΔR/R)の十分な増大効果を期待できず、またフリー磁性層6の磁歪λsも増加しやすく、前記Co−Ta層14を1層よりも多くする場合には、2層から8層の間とすることが好ましい。
However, if the number of the Co—Ta layers 14 is increased, the entire thickness of the free
本実施形態では、効果的に高い抵抗変化率(ΔR/R)を得るために、前記第2固定磁性層4cはCo−Fe−Bの単層構造、あるいは、Co−Fe−BとCo−Feとの積層構造(Co−Feが絶縁障壁層5側)で形成されることが好適である。前記第2固定磁性層4cを構成するCo−Fe−Bは、組成式が(CoβFe100−β)100−γBγからなり、原子比率βは、5〜75、組成比γは10〜30at%で形成されることが好ましい。これにより、前記第2固定磁性層4c上に形成される絶縁障壁層5及びエンハンス層12を、適切に、膜面(X−Y平面)と平行な面方向に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向した体心立方構造(bcc構造)で形成でき、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが可能である。
In the present embodiment, in order to obtain an effective high rate of change in resistance (ΔR / R), the second pinned
本実施形態では、前記第1軟磁性層13及び第2軟磁性層15はNi−Feで形成され、エンハンス層12はCo−Feで形成されることが、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることができるとともにフリー磁性層6の軟磁気特性を良好に保つことができて好ましい。
In the present embodiment, the first soft
また後述する実験の層構成もそうであるように、下から固定磁性層4、絶縁障壁層5及びフリー磁性層6の順に積層されたトンネル型磁気検出素子において本実施形態を適用することで効果的に従来に比べて高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが可能となる。
In addition, as in the case of the experimental layer configuration described later, the effect of applying this embodiment to a tunneling magnetic sensing element in which the pinned
本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法について説明する。図5ないし図8は、製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子の部分断面図であり、いずれも図1に示すトンネル型磁気抵抗効果素子と同じ位置での断面を示している。なお図6ないし図8ではフリー磁性層が単層構造のように図示されているが、実際には前記フリー磁性層を図2に示す積層構造で形成する。 A method for manufacturing the tunneling magnetic sensing element of this embodiment will be described. 5 to 8 are partial cross-sectional views of the tunnel-type magnetic sensing element during the manufacturing process, and all show a cross-section at the same position as the tunnel-type magnetoresistive effect element shown in FIG. 6 to 8, the free magnetic layer is illustrated as a single layer structure, but in actuality, the free magnetic layer is formed to have a laminated structure shown in FIG.
図5に示す工程では、下部シールド層21上に、下から順に、下地層1、シード層2、反強磁性層3、第1固定磁性層4a、非磁性中間層4b、及び第2固定磁性層4c、絶縁障壁層5を同一真空中で連続成膜する。
In the process shown in FIG. 5, the
本実施形態では、前記絶縁障壁層5をMg−O(酸化マグネシウム)で形成する。前記絶縁障壁層5は、例えば所定の組成比で形成されたMg−Oのターゲットを用いて、Mg−Oを第2固定磁性層4c上にスパッタ成膜して得られる。
In this embodiment, the insulating
次に、図6に示すように、図5と同じ真空中で、前記絶縁障壁層5上にフリー磁性層6及び保護層7を連続成膜する。
Next, as shown in FIG. 6, a free
本実施形態では、図2に示すように、前記フリー磁性層6を下からエンハンス層12、第1軟磁性層13、Co−Ta層14及び第2軟磁性層15の順に積層する。前記エンハンス層12をCo−Fe合金で形成して、前記第1軟磁性層13及び第2軟磁性層15をNi−Fe合金で形成することが好ましい。
以上により下地層1から保護層7までが積層された積層体10を形成する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the free
In this way, the laminate 10 in which the layers from the
次に、前記積層体10上に、リフトオフ用レジスト層30を形成し、前記リフトオフ用レジスト層30に覆われていない前記積層体10のトラック幅方向(図示X方向)における両側端部をエッチング等で除去する(図7を参照)。
Next, a lift-off resist
次に、前記積層体10のトラック幅方向(図示X方向)の両側であって前記下部シールド層21上に、下から絶縁層22、ハードバイアス層23、及び保護層24の順に積層する(図8を参照)。
Next, the insulating
そして前記リフトオフ用レジスト層30を除去し、前記積層体10及び前記保護層24上に上部シールド層26を形成する。
Then, the lift-off resist
本実施形態では、前記第1軟磁性層13と第2軟磁性層15間に前記Co−Ta層14を介在させたことで、前記エンハンス層12に接する第1軟磁性層13を薄い膜厚で形成できる。前記第1軟磁性層13をNi−Feで形成したとき、前記第1軟磁性層13は、界面(X―Y平面)と平行な面方向に、代表的に{111}面として表される等価な結晶面が優先配向した面心立方構造(fcc構造)で形成される。
In the present embodiment, the Co—
絶縁障壁層5をMg−Oで形成したトンネル型磁気検出素子においては、第2固定磁性層4c/絶縁障壁層5/エンハンス層12が、界面(X−Y平面)と平行な面方向に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向した体心立方構造(bcc構造)で形成されることが、抵抗変化率(ΔR/R)を向上させる上で重要であるが、上記のように前記エンハンス層12と接する第1軟磁性層13を薄く形成できるので、前記第1軟磁性層13自体の結晶配向を弱めることが出来る。しかも、前記Co−Ta層14はアモルファスの磁性層であるので、第1軟磁性層13と第2軟磁性層15間の結晶配向を分断できる。その結果、前記エンハンス層12を、Mg−Oで形成された絶縁障壁層5上にて、効果的に、界面(X−Y平面)と平行な面方向に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向した体心立方構造(bcc構造)で形成できる。
In the tunnel-type magnetic sensing element in which the insulating
またバルクで負磁歪λsであるCo−TaをCo−Ta層14としてフリー磁性層6の軟磁性層中に挿入すると、後述する実験結果に示すように、前記Co−Ta層14を挿入しない従来例と比較してフリー磁性層6の磁歪λsは多少大きくなるが、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例と比較すると本実施形態のほうが、フリー磁性層6の磁歪λsの増加を抑制できる。
Further, when Co—Ta having a negative magnetostriction λs in bulk is inserted as a Co—
以上により本実施形態では、フリー磁性層6の磁歪λsの増加を小さく抑えつつ、従来に比べて、抵抗変化率(ΔR/R)を大きく出来るトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。
As described above, in this embodiment, it is possible to easily and appropriately manufacture a tunnel type magnetic sensing element capable of increasing the rate of change in resistance (ΔR / R) as compared with the conventional one while suppressing an increase in magnetostriction λs of the free
上記したトンネル型磁気検出素子の製造方法では、前記積層体10の形成後に熱処理を含む。代表的な熱処理は、前記反強磁性層3と第1固定磁性層4a間に交換結合磁界(Hex)を生じさせるための熱処理である。
In the above-described method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element, a heat treatment is included after the
図3で説明した下からフリー磁性層6、絶縁障壁層5及び固定磁性層4の順に積層される構造や、図4で説明したデュアル型の構造は、図5ないし図8で説明した製造方法に準じて製造される。
The structure in which the free
本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、ハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドとしての用途以外に、MRAM(磁気抵抗メモリ)や磁気センサとして用いることが出来る。 The tunnel-type magnetic detection element of this embodiment can be used as an MRAM (magnetoresistance memory) or a magnetic sensor in addition to the use as a magnetic head built in a hard disk device.
図2のように、下からエンハンス層12/第1軟磁性層13/Co−Ta層14/第2軟磁性層15の順に積層したフリー磁性層を有する以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
As shown in FIG. 2, a tunnel-type magnetic including the following laminated body having a free magnetic layer laminated in the order of an
積層体を、下から、下地層1;Ta(30)/シード層2;Ru(40)/反強磁性層3;Ir20at%Mn80at%(80)/固定磁性層4[第1固定磁性層4a;Fe30at%Co70at%(22)/非磁性中間層4b;Ru(9.1)/第2固定磁性層4c;[{Co50Fe50}70at%B30at%(18)/Co50at%Fe50at%(8)]]/絶縁障壁層5;Mg50at%O50at%(11.2)/フリー磁性層6[エンハンス層12;Fe50at%Co50at%(10)/第1軟磁性層13;Ni87at%Fe13at%(15)/Co−Ta層14;Co75at%Ta25at%/第2軟磁性層15;Ni87at%Fe13at%(35)]/保護層7;[Ru(20)/Ta(180)]の順に積層した。
上記の積層体における各層の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
From the bottom, the laminated body is formed from
The numerical value in the parenthesis of each layer in the above laminate shows the average film thickness and the unit is Å.
実験では、Co75at%Ta25at%から成る前記Co−Ta層14を、2Å〜20Åの範囲内の異なる平均膜厚で形成した複数の試料(実施例)を形成した。
前記積層体を形成した後、270℃で3時間40分間、熱処理を行った。
In the experiment, a plurality of samples (examples) in which the Co—
After forming the laminate, heat treatment was performed at 270 ° C. for 3 hours and 40 minutes.
[従来例]
上記の実施例の積層体のうち、Co−Ta層14を形成せず、エンハンス層上に平均膜厚が50ÅのNi87at%Fe13at%の単層構造から成る軟磁性層を形成した試料を作製し、その試料を従来例とした。
従来例の積層体を形成した後、実施例と同様の熱処理を施した。
[Conventional example]
Of the laminate of the above example, a sample in which the Co—
After forming the laminate of the conventional example, the same heat treatment as in the example was performed.
[比較例]
上記の実施例の積層体のうち、Co−Ta層14に代えて、平均膜厚が2Å、4Å、あるいは6ÅのTa層を第1軟磁性層と第2軟磁性層間に挿入した試料を作製し、これら試料を比較例とした。比較例の積層体を形成した後、実施例と同様の熱処理を施した。
[Comparative example]
In the laminated body of the above-described example, a sample in which a Ta layer having an average film thickness of 2 mm, 4 mm, or 6 mm is inserted between the first soft magnetic layer and the second soft magnetic layer instead of the
実験では、各実施例、従来例及び各比較例のフリー磁性層の磁歪λsや抵抗変化率(ΔR/R)等を測定した。
その実験結果を以下の表1に示す。
In the experiment, the magnetostriction λs, the resistance change rate (ΔR / R), and the like of the free magnetic layers of the examples, the conventional examples, and the comparative examples were measured.
The experimental results are shown in Table 1 below.
図9は、各実施例、従来例及び各比較例のフリー磁性層の磁歪λsを示す実験結果をグラフにしたものである。 FIG. 9 is a graph showing the experimental results showing the magnetostriction λs of the free magnetic layer of each example, conventional example, and each comparative example.
図9に示すように、実施例のCo−Ta層の膜厚を厚くしていくと徐々にフリー磁性層の磁歪λsが増加することがわかった。再生特性の安定化を図るには前記フリー磁性層の磁歪λsはできる限り0に近いことが望ましい。 As shown in FIG. 9, it was found that the magnetostriction λs of the free magnetic layer gradually increased as the thickness of the Co—Ta layer of the example was increased. In order to stabilize the reproduction characteristics, it is desirable that the magnetostriction λs of the free magnetic layer is as close to 0 as possible.
実施例は従来例に比べて前記フリー磁性層の磁歪λsが大きくなるものの、Ta層を軟磁性層中に挿入した比較例に比べて前記フリー磁性層の磁歪λsの増加を小さく抑えることができることがわかった。 In the example, although the magnetostriction λs of the free magnetic layer is larger than that of the conventional example, the increase of the magnetostriction λs of the free magnetic layer can be suppressed smaller than that of the comparative example in which the Ta layer is inserted in the soft magnetic layer. I understood.
図10は、各実施例、従来例及び各比較例の抵抗変化率(R/R)を示す実験結果をグラフにしたものである。 FIG. 10 is a graph showing experimental results showing the rate of change in resistance (R / R) of each example, conventional example, and each comparative example.
図10に示すように、実施例は従来例よりも抵抗変化率(ΔR/R)を増大できることがわかった。また実施例のCo−Ta層の膜厚を厚くしていくと徐々に抵抗変化率(R/R)が増加することがわかった。 As shown in FIG. 10, it was found that the example can increase the rate of change in resistance (ΔR / R) more than the conventional example. It was also found that the rate of resistance change (R / R) gradually increased as the thickness of the Co—Ta layer of the example was increased.
またTa層を軟磁性層中に挿入した比較例でもTa層の膜厚を厚くすると抵抗変化率(ΔR/R)を増大させることができるとわかった。 Further, it was found that even in the comparative example in which the Ta layer was inserted into the soft magnetic layer, the resistance change rate (ΔR / R) could be increased by increasing the thickness of the Ta layer.
図11は、表1、図9及び図10に示す実験結果から、実施例、従来例及び比較例におけるフリー磁性層の磁歪λsと抵抗変化率(ΔR/R)との関係を示すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the magnetostriction λs of the free magnetic layer and the rate of change in resistance (ΔR / R) in Examples, Conventional Examples, and Comparative Examples based on the experimental results shown in Table 1, FIG. 9 and FIG. .
この実験結果から次のことを導き出すことが出来る。すなわち、実施例及び比較例において、フリー磁性層の磁歪λsが同等となるように、実施例におけるCo−Ta層の膜厚及び比較例におけるTa層の膜厚を選択したとき、実施例のほうが比較例よりも抵抗変化率(ΔR/R)を大きくでき、あるいは、実施例及び比較例において、抵抗変化率(R/R)が同等となるように、実施例におけるCo−Ta層の膜厚及び比較例におけるTa層の膜厚を選択したとき、実施例のほうが比較例よりもフリー磁性層の磁歪λsを小さく出来ることがわかった。 The following can be derived from the results of this experiment. That is, in the example and the comparative example, when the film thickness of the Co—Ta layer in the example and the film thickness of the Ta layer in the comparative example are selected so that the magnetostriction λs of the free magnetic layer is equal, the example is better. The film thickness of the Co—Ta layer in the examples can be made larger than that of the comparative example, or the resistance change rate (R / R) can be equal in the examples and comparative examples. And when the film thickness of the Ta layer in the comparative example was selected, it was found that the magnetostriction λs of the free magnetic layer can be made smaller in the example than in the comparative example.
図9ないし図11に示す実験結果に基づき本実施例では、Co−Ta層の平均膜厚を2Å以上で20Å以下に設定した。 Based on the experimental results shown in FIGS. 9 to 11, in this example, the average film thickness of the Co—Ta layer was set to 2 to 20 mm.
また図10に示すようにCo−Ta層の膜厚を14Åより厚くしても抵抗変化率(ΔR/R)は横ばいであり、しかも、図9に示すように、Co−Ta層の膜厚を14Åより厚くするとフリー磁性層の磁歪λsがさらに増加してしまうので、Co−Ta層の平均膜厚の上限値を14Åとした。 Further, as shown in FIG. 10, even when the thickness of the Co—Ta layer is made larger than 14 mm, the rate of change in resistance (ΔR / R) remains unchanged, and as shown in FIG. 9, the thickness of the Co—Ta layer is Since the magnetostriction λs of the free magnetic layer further increases when the thickness is larger than 14 mm, the upper limit value of the average film thickness of the Co—Ta layer is set to 14 mm.
また図10に示すようにTa層の平均膜厚を4Å程度にすると比較例において抵抗変化率(ΔR/R)を最大限に大きく出来る。 As shown in FIG. 10, when the average thickness of the Ta layer is about 4 mm, the resistance change rate (ΔR / R) can be maximized in the comparative example.
一方、本実施例では、Co−Ta層の平均膜厚を10Å以上で14Å以下に設定すると、比較例での最大の抵抗変化率(ΔR/R)よりも大きい抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来るとともに、フリー磁性層の磁歪λsを、比較例より小さく出来ることがわかった。 On the other hand, in this example, when the average film thickness of the Co—Ta layer is set to 10 mm or more and 14 mm or less, the resistance change rate (ΔR / R) larger than the maximum resistance change rate (ΔR / R) in the comparative example. It was found that the magnetostriction λs of the free magnetic layer can be made smaller than that of the comparative example.
また、表1や図9に示すように、Co−Ta層の平均膜厚を、2Å以上で8Å以下の範囲内とすると、Ta層を軟磁性層中に挿入してなる比較例に比べてフリー磁性層の磁歪λsを効果的に低減できる。 Further, as shown in Table 1 and FIG. 9, when the average film thickness of the Co—Ta layer is in the range of 2 mm or more and 8 mm or less, compared with the comparative example in which the Ta layer is inserted in the soft magnetic layer. The magnetostriction λs of the free magnetic layer can be effectively reduced.
このとき、抵抗変化率(ΔR/R)については、図10に示すように、実施例のほうが比較例よりも小さくなりやすいが、Co−Ta層の平均膜厚を、2Å以上で8Å以下の範囲内とすると、従来例から見たときに、フリー磁性層の磁歪λsの増加を非常に小さく抑えた状態で、従来に比べて、抵抗変化率(ΔR/R)の増大を図ることがさせることが可能となる。 At this time, as shown in FIG. 10, the rate of change in resistance (ΔR / R) tends to be smaller in the example than in the comparative example, but the average film thickness of the Co-Ta layer is 2 mm or more and 8 mm or less. If it is within the range, the resistance change rate (ΔR / R) can be increased as compared with the prior art while keeping the increase in magnetostriction λs of the free magnetic layer very small when viewed from the conventional example. It becomes possible.
また表1に示す実施例では、RA(素子抵抗R×素子面積A)、フリー磁性層の保磁力Hc、及びフリー磁性層と固定磁性層間に作用する層間結合磁界Hinを、従来例とほぼ同等にできることがわかった。 In the example shown in Table 1, RA (element resistance R × element area A), coercive force Hc of the free magnetic layer, and interlayer coupling magnetic field Hin acting between the free magnetic layer and the fixed magnetic layer are substantially equal to those of the conventional example. I understood that I can do it.
3 反強磁性層
4 固定磁性層
4a 第1固定磁性層
4b 非磁性中間層
4c 第2固定磁性層
5 絶縁障壁層
6 フリー磁性層
7、24 保護層
10 積層体
12、27 エンハンス層
13 第1軟磁性層
14 Co−Ta層
15 第2軟磁性層
17 下側絶縁障壁層
18 上側絶縁障壁層
22 絶縁層
23 ハードバイアス層
25、28 軟磁性層
30 レジスト層
3
Claims (8)
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、軟磁性層と、前記軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に位置して、前記軟磁性層よりもスピン分極率が高いエンハンス層とを有して構成され、
前記軟磁性層内には、前記積層体を構成する各層の界面と平行な面方向に向けて、Co−Ta層が挿入され、前記軟磁性層が前記Co−Ta層を介して、膜厚方向に複数層に分断されていることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。 A pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed from below, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field, or from below, the free magnetic layer, the insulating barrier layer, and Having a laminate comprising laminated portions laminated in the order of the pinned magnetic layers;
The insulating barrier layer is formed of Mg-O;
The free magnetic layer includes a soft magnetic layer and an enhancement layer positioned between the soft magnetic layer and the insulating barrier layer and having a higher spin polarizability than the soft magnetic layer,
In the soft magnetic layer, a Co—Ta layer is inserted in a plane direction parallel to the interface of each layer constituting the laminate, and the soft magnetic layer has a film thickness through the Co—Ta layer. A tunnel-type magnetic detection element characterized by being divided into a plurality of layers in a direction.
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