JP2013115401A5

JP2013115401A5 -

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Publication number: JP2013115401A5
Application number: JP2011263289A
Authority: JP
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2031-12-01

Description

ところで上記（数２）で示したように、熱安定性指標ＫＶ／ｋ_BＴは実効的な異方性磁界Ｈｋを使って表現されるが、一般に、同一の記憶層を用いる場合、実効的な異方性磁界Ｈｋと保磁力Ｈｃは対応した関係にあるため、保磁力Ｈｃの増大は実効的な異方性磁界Ｈｋの増大も意味している。
通常、記憶層の保磁力：Ｈｃ＿ＭＴＪは環境温度の上昇とともに減少してしまう。
このため、環境温度が上昇すると熱安定性指標ＫＶ／ｋ_BＴは室温で得られていた値より、小さくなってしまう。
従って、環境温度が上昇すると、ＳＴ−ＭＲＡＭを安定して動作させることが難しくなる。

また、界面磁気異方性を起源とする垂直磁気異方性は、酸化物に含まれる酸素とＣｏあるいはＦｅとが界面において結合することで生じると言われているが、規則合金が示す結晶磁気異方性や希土類系が示す一イオン異方性等と比較し、異方性エネルギー自体が小さい上に、磁性層厚が厚くなるに従って低下するという課題を有する。
この課題を解決するために、発明者は、酸化物を磁性金属の両側に配置し、酸化物と磁性金属の界面の数を増やすことで、記憶層１７の垂直磁気異方性を高められることを見出した。
例えば、基板／下地層１４／磁化固定層１５／中間層１６（酸化物によるトンネルバリア層）／記憶層１７／少なくとも界面が酸化物のキャップ層という構造を採用することで、記憶層１７の異方性を高めることができる。
また、酸化物層、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層、非磁性層（非磁性添加材料）が積層された積層構造部をすくなくとも一つ含む層構造を採用することも、記憶層１７の異方性を高めることができる。

また、記憶層１７の磁化の向きを、小さい電流で容易に反転できるように、記憶素子３を小さくすることが望ましい。
従って、好ましくは、記憶素子３の面積を０．０１μｍ ²以下とする。

記憶層１７は、磁化Ｍ１７の方向が層面垂直方向に自由に変化する磁気モーメントを有する強磁性体から構成されている。磁化固定層１５は、磁化Ｍ１５が膜面垂直方向に固定された磁気モーメントを有する強磁性体から構成されている。
情報の記憶は一軸異方性を有する記憶層１７の磁化の向きにより行う。書込みは、膜面垂直方向に電流を印加し、スピントルク磁化反転を起こすことにより行う。このように、スピン注入により磁化の向きが反転する記憶層１７に対して、下層に磁化固定層１５が設けられ、記憶層１７の記憶情報（磁化方向）の基準とされる。
本実施の形態では、記憶層１７、磁化固定層１５は、磁歪定数が正であるＣｏ−Ｆｅ−Ｂをベースとする垂直磁化膜である。
また記憶層１７は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層に加え、非磁性層が含まれていてもよい。例えばＴａ層である。この非磁性層はＶ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれかでもよい。

図４Ｂは、キャップ層１８が、記憶層１７側からみて、酸化物層１８ｃ、負熱膨張金属層１８ｄから成る例を示している。
酸化物層１８ｃは、例えばＭｇＯなどの層である。
負熱膨張金属層１８ｄは、例えばＭｎ₃（Ｚｎ−Ｓｎ）Ｎ、Ｍｎ₃（Ｃｕ−Ｇｅ）Ｎ、Ｍｎ₃（Ｃｕ−Ｓｎ）Ｎ等である。

各試料の熱安定性指標ＫＶ／ｋ_BＴと測定環境温度の関係を図８に示す。
図８より、比較例の試料１と、実施の形態の試料２，試料３では、熱安定性指標ＫＶ／ｋ_BＴの温度上昇に対する減少率に違いが生じていることが分かる。
一般に、記憶層１７の磁性の保磁力（異方性磁界）Ｍｓは、温度の上昇とともに減少するため、熱安定性指標ＫＶ／ｋ_BＴも温度の上昇と共に減少する。
ここで、実施例の形態の試料２，試料３では、正の磁歪定数を持った記憶層１７の近傍に負熱膨張材料が存在し、環境温度の上昇とともに記憶層１７に磁化容易軸に沿って引張応力を付与することにより、ＫＶ／ｋ_BＴの温度依存性を緩和する。

以上のような磁気抵抗効果型磁気ヘッドの上に積層形成されたインダクティブ型磁気ヘッドは、第２の磁気シールド１２７及び上層コア１３２によって構成される磁気コアと、当該磁気コアを巻回するように形成された薄膜コイル１３３とを備えている。
上層コア１３２は、第２の磁気シールド１２７と共に閉磁路を形成して、このインダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアとなるものであり、Ｎｉ−Ｆｅ等のような軟磁性材からなる。ここで、第２の磁気シールド１２７及び上層コア１３２は、それらの前端部が磁気記録媒体対向面に露呈し、且つ、それらの後端部において第２の磁気シールド１２７及び上層コア１３２が互いに接するように形成されている。ここで、第２の磁気シールド１２７及び上層コア１３２の前端部は、磁気記録媒体対向面において、第２の磁気シールド１２７及び上層コア１３２が所定の間隙ｇをもって離間するように形成されている。
すなわち、この複合型磁気ヘッド１００において、第２の磁気シールド１２７は、磁気抵抗効果素子１０１の上層側を磁気的にシールドするだけでなく、インダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアも兼ねており、第２の磁気シールド１２７と上層コア１３２によってインダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアが構成されている。そして間隙ｇが、インダクティブ型磁気ヘッドの記録用磁気ギャップとなる。

また、第２の磁気シールド１２７上には、絶縁層１２３に埋設された薄膜コイル１３３が形成されている。ここで、薄膜コイル１３３は、第２の磁気シールド１２７及び上層コア１３２からなる磁気コアを巻回するように形成されている。図示していないが、この薄膜コイル１３３の両端部は、外部に露呈するようになされ、薄膜コイル１３３の両端に形成された端子が、このインダクティブ型磁気ヘッドの外部接続用端子となる。すなわち、磁気記録媒体への磁気信号の記録時には、これらの外部接続用端子から薄膜コイル１３３に記録電流が供給されることとなる。

以上のような複合型磁気ヘッド１００は、再生用ヘッドとして磁気抵抗効果型磁気ヘッドを搭載しているが、当該磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録媒体からの磁気信号を検出する感磁素子として、本開示の技術を適用した磁気抵抗効果素子１０１を備えている。そして、本開示の技術を適用した磁気抵抗効果素子１０１は、上述したように非常に優れた特性を示すので、この磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録の更なる高記録密度化に対応することができる。

Claims

膜面に垂直な磁化を有し、情報に対応して磁化の向きが変化される記憶層と、
上記記憶層に記憶された情報の基準となる、膜面に垂直な磁化を有する磁化固定層と、
上記記憶層と上記磁化固定層の間に設けられる非磁性体による中間層と、
を有する層構造を備え、
上記層構造の積層方向に電流を流すことで上記記憶層の磁化の向きが変化して、上記記憶層に対して情報の記録が行われるとともに、
上記記憶層は、正の磁歪定数を持つ磁性層を有し、
上記層構造に加えてさらに、負熱膨張材料層が設けられる記憶素子。
上記記憶層に接する上記中間層と、該中間層とは反対側で上記記憶層が接する他方の層は、少なくとも上記記憶層と接する界面が酸化物層とされている請求項１に記載の記憶素子。
上記他方の層の上記酸化物層が、上記負熱膨張材料層である請求項２に記載の記憶素子。
上記他方の層の、上記記憶層と接する界面以外の層として、上記負熱膨張材料層が設けられている請求項２又は請求項３に記載の記憶素子。
さらに、上記記憶層における上記磁性層のヤング率よりも高いヤング率の材料による高ヤング率層が設けられる請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の記憶素子。
上記負熱膨張材料層は、導電材料であるＭｎ₃（ｘ）Ｎを有して形成されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の記憶素子。
上記ｘは、Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｇｅ、又はＣｕ−Ｓｎのいずれかである請求項６に記載の記憶素子。
上記負熱膨張材料層は、ＺｒＷ₂Ｏ₈、ＢｉＮｉＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ｎＳｉＯ₂のいずれか１つを少なくとも有して形成されている請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の記憶素子。
上記正の磁歪定数を持つ磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層である請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の記憶素子。
上記記憶層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層と、少なくとも１つの非磁性層を有し、
上記記憶層の上記Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層及び上記非磁性層を含んで、酸化物層、上記Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層、上記非磁性層が積層された積層構造部が形成されている請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の記憶素子。
上記中間層の酸化物層と、上記記憶層の上記Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層と、上記記憶層の上記非磁性層により、上記積層構造部が形成されている請求項１０に記載の記憶素子。
上記他方の層の酸化物層と、上記記憶層の上記Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ磁性層と、上記記憶層の上記非磁性層により、上記積層構造部が形成されている請求項１０又は請求項１１に記載の記憶素子。
情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶素子と、
互いに交差する２種類の配線とを備え、
上記記憶素子は、
膜面に垂直な磁化を有し、情報に対応して磁化の向きが変化される記憶層と、
上記記憶層に記憶された情報の基準となる、膜面に垂直な磁化を有する磁化固定層と、
上記記憶層と上記磁化固定層の間に設けられる非磁性体による中間層と、
を有する層構造を備え、
上記層構造の積層方向に電流を流すことで上記記憶層の磁化の向きが変化して、上記記憶層に対して情報の記録が行われるとともに、
上記記憶層は、正の磁歪定数を持つ磁性層を有し、
上記層構造に加えてさらに、負熱膨張材料層が設けられる構成とされ、
上記２種類の配線の間に上記記憶素子が配置され、
上記２種類の配線を通じて、上記記憶素子に上記積層方向の電流が流れる記憶装置。