JP3364309B2 - 磁気抵抗効果素子および磁気記録装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子および磁気記録装置Info
- Publication number
- JP3364309B2 JP3364309B2 JP03866594A JP3866594A JP3364309B2 JP 3364309 B2 JP3364309 B2 JP 3364309B2 JP 03866594 A JP03866594 A JP 03866594A JP 3866594 A JP3866594 A JP 3866594A JP 3364309 B2 JP3364309 B2 JP 3364309B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal thin
- layer
- effect element
- magnetoresistive effect
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims description 109
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 109
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 109
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 92
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 72
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 43
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 4
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 4
- 229910017770 Cu—Ag Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910018885 Pt—Au Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002710 Au-Pd Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910002528 Cu-Pd Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910018879 Pt—Pd Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 134
- 239000010408 film Substances 0.000 description 27
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 19
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 19
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 19
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 11
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 11
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 6
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 3
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004602 augmented plane wave method Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000001803 electron scattering Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000004601 linear muffin-tin orbital method Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000005408 paramagnetism Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッド等として使
用される磁気抵抗効果素子、およびこの磁気抵抗効果素
子を磁気ヘッドとして用いた磁気記録装置に関する。
用される磁気抵抗効果素子、およびこの磁気抵抗効果素
子を磁気ヘッドとして用いた磁気記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、単層磁性膜の異方性磁気抵抗効果
を用いた磁気抵抗効果素子に代って、磁界による抵抗変
化が著しく大きいスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子
（Phys.Rev.B,43(1991)1297等参照）が提案されてい
る。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、厚さ 2〜 5
nm程度の非磁性金属薄膜（Cu薄膜等）によって仕切られ
た一対の強磁性層、例えば単位強磁性層の厚さが 5〜10
nm程度のNiFe合金膜やCo膜等を有し、かつ上記強磁性層
の一方にFeMn合金膜等の反強磁性層を積層することによ
り構成されている。
を用いた磁気抵抗効果素子に代って、磁界による抵抗変
化が著しく大きいスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子
（Phys.Rev.B,43(1991)1297等参照）が提案されてい
る。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、厚さ 2〜 5
nm程度の非磁性金属薄膜（Cu薄膜等）によって仕切られ
た一対の強磁性層、例えば単位強磁性層の厚さが 5〜10
nm程度のNiFe合金膜やCo膜等を有し、かつ上記強磁性層
の一方にFeMn合金膜等の反強磁性層を積層することによ
り構成されている。
【０００３】このような構造では、反強磁性層と接して
いる強磁性層の磁化は固定され、信号磁界により反強磁
性層と接していない強磁性層の磁化方向のみが変化す
る。その結果、上下の強磁性層間の磁化が平行な状態
と、反平行な状態とを実現することができ、スピン依存
散乱によって両状態の間で大きな抵抗変化を得ることが
できる。
いる強磁性層の磁化は固定され、信号磁界により反強磁
性層と接していない強磁性層の磁化方向のみが変化す
る。その結果、上下の強磁性層間の磁化が平行な状態
と、反平行な状態とを実現することができ、スピン依存
散乱によって両状態の間で大きな抵抗変化を得ることが
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の抵抗変化感度(%
(A/m))を増加させるためには、抵抗変化率を増加させる
ことと、その変化をできるだけ低磁場側で起こるように
することの 2点が重要である。
うなスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の抵抗変化感度(%
(A/m))を増加させるためには、抵抗変化率を増加させる
ことと、その変化をできるだけ低磁場側で起こるように
することの 2点が重要である。
【０００５】抵抗変化率自体を増加させる 1つの方法と
して、できるだけ中間の非磁性金属薄膜を薄くし、両強
磁性層の間を散乱を受けずに行き来する電子数を増やせ
ばいいことが知られている。しかしながら、従来のスピ
ンバルブ型磁気抵抗効果素子では、Cu等からなる中間非
磁性金属層の厚さを 2nm以下にすると、上下の強磁性層
間の交換結合が強くなり、低磁場では両強磁性層の磁化
の成す角を変化させることが困難となる。このため、抵
抗変化率自体は上昇しても、抵抗変化感度を向上させる
ことができないという問題があった。
して、できるだけ中間の非磁性金属薄膜を薄くし、両強
磁性層の間を散乱を受けずに行き来する電子数を増やせ
ばいいことが知られている。しかしながら、従来のスピ
ンバルブ型磁気抵抗効果素子では、Cu等からなる中間非
磁性金属層の厚さを 2nm以下にすると、上下の強磁性層
間の交換結合が強くなり、低磁場では両強磁性層の磁化
の成す角を変化させることが困難となる。このため、抵
抗変化率自体は上昇しても、抵抗変化感度を向上させる
ことができないという問題があった。
【０００６】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、中間非磁性金属層をできるだけ薄く
した上で、強磁性層間の交換結合力を小さくすることに
よって、抵抗変化感度の向上を図った磁気抵抗効果素子
を提供することを目的としており、さらにはそのような
磁気抵抗効果素子を用いることによって、再生感度の向
上を図った磁気記録装置を提供することを目的としてい
る。
になされたもので、中間非磁性金属層をできるだけ薄く
した上で、強磁性層間の交換結合力を小さくすることに
よって、抵抗変化感度の向上を図った磁気抵抗効果素子
を提供することを目的としており、さらにはそのような
磁気抵抗効果素子を用いることによって、再生感度の向
上を図った磁気記録装置を提供することを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、少なくとも一対の強磁性層と、前記一対の強磁性
層間に介在され、少なくとも 2種類の非磁性金属薄膜の
積層構造を有する中間非磁性金属層とを具備する磁気抵
抗効果素子であって、前記強磁性層との界面側に配置さ
れる前記非磁性金属薄膜のフェルミエネルギーは、前記
強磁性層のフェルミエネルギーのうち、電子スピン依存
平均自由行程が長いスピン方向におけるフェルミエネル
ギーにより近い値を有し、かつ前記 2種類の非磁性金属
薄膜間のフェルミエネルギーの差は 0.5eV以上であるこ
とを特徴としている。
子は、少なくとも一対の強磁性層と、前記一対の強磁性
層間に介在され、少なくとも 2種類の非磁性金属薄膜の
積層構造を有する中間非磁性金属層とを具備する磁気抵
抗効果素子であって、前記強磁性層との界面側に配置さ
れる前記非磁性金属薄膜のフェルミエネルギーは、前記
強磁性層のフェルミエネルギーのうち、電子スピン依存
平均自由行程が長いスピン方向におけるフェルミエネル
ギーにより近い値を有し、かつ前記 2種類の非磁性金属
薄膜間のフェルミエネルギーの差は 0.5eV以上であるこ
とを特徴としている。
【０００８】また、本発明の磁気記録装置は、磁気抵抗
効果素子を有する磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを具備
する磁気記録装置において、前記磁気抵抗効果素子は、
少なくとも一対の強磁性層と、前記一対の強磁性層間に
介在され、少なくとも 2種類の非磁性金属薄膜の積層構
造を有する中間非磁性金属層とを具備し、前記強磁性層
との界面側に配置される前記非磁性金属薄膜のフェルミ
エネルギーは、前記強磁性層のフェルミエネルギーのう
ち電子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向におけ
るフェルミエネルギーにより近い値を有し、かつ前記 2
種類の非磁性金属薄膜間のフェルミエネルギーの差は
0.5eV以上であることを特徴としている。
効果素子を有する磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを具備
する磁気記録装置において、前記磁気抵抗効果素子は、
少なくとも一対の強磁性層と、前記一対の強磁性層間に
介在され、少なくとも 2種類の非磁性金属薄膜の積層構
造を有する中間非磁性金属層とを具備し、前記強磁性層
との界面側に配置される前記非磁性金属薄膜のフェルミ
エネルギーは、前記強磁性層のフェルミエネルギーのう
ち電子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向におけ
るフェルミエネルギーにより近い値を有し、かつ前記 2
種類の非磁性金属薄膜間のフェルミエネルギーの差は
0.5eV以上であることを特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明の磁気抵抗効果素子においては、上下の
強磁性層間を仕切る中間非磁性金属層として、少なくと
も 2種類の非磁性金属薄膜の積層構造膜を用いている。
そして、上記積層構造膜を構成する 2種類の非磁性金属
薄膜間のフェルミエネルギーの差を 0.5eV以上としてい
るため、中間非磁性金属層内で電子の反射を引き起こす
ことができる。これにより、中間非磁性金属層から強磁
性層に電子が侵入するときのアップスピン電子とダウン
スピン電子の反射確率の差が小さくなり、強磁性層間の
交換結合力を小さくすることができる。
強磁性層間を仕切る中間非磁性金属層として、少なくと
も 2種類の非磁性金属薄膜の積層構造膜を用いている。
そして、上記積層構造膜を構成する 2種類の非磁性金属
薄膜間のフェルミエネルギーの差を 0.5eV以上としてい
るため、中間非磁性金属層内で電子の反射を引き起こす
ことができる。これにより、中間非磁性金属層から強磁
性層に電子が侵入するときのアップスピン電子とダウン
スピン電子の反射確率の差が小さくなり、強磁性層間の
交換結合力を小さくすることができる。
【００１０】また、強磁性層との界面側に配置される非
磁性金属薄膜には、強磁性層のフェルミエネルギーのう
ち、電子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向にお
けるフェルミエネルギーにより近いフェルミエネルギー
を有する非磁性金属材料を用いているため、中間非磁性
金属層と強磁性層との界面における非弾性散乱を抑制す
ることが可能となる。
磁性金属薄膜には、強磁性層のフェルミエネルギーのう
ち、電子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向にお
けるフェルミエネルギーにより近いフェルミエネルギー
を有する非磁性金属材料を用いているため、中間非磁性
金属層と強磁性層との界面における非弾性散乱を抑制す
ることが可能となる。
【００１１】これらにより、本発明によれば、中間非磁
性金属層の厚さを薄くし、スピン依存散乱の大きさを保
った上で、上下の強磁性層間の交換結合を切ることがで
きる。従って、抵抗変化率を増加させた上で、その変化
を低磁場側で起こるようにすることが可能となり、ひい
ては安定して抵抗変化感度の向上を図ることが可能とな
る。
性金属層の厚さを薄くし、スピン依存散乱の大きさを保
った上で、上下の強磁性層間の交換結合を切ることがで
きる。従って、抵抗変化率を増加させた上で、その変化
を低磁場側で起こるようにすることが可能となり、ひい
ては安定して抵抗変化感度の向上を図ることが可能とな
る。
【００１２】なお、本発明の磁気抵抗効果素子は、一対
の強磁性層間が反強磁性結合しないスピンバルブ膜を用
いたものに好適であるが、強磁性層と中間非磁性金属層
とを多数積層した人工格子膜を用いたもの等に適用する
こともできる。
の強磁性層間が反強磁性結合しないスピンバルブ膜を用
いたものに好適であるが、強磁性層と中間非磁性金属層
とを多数積層した人工格子膜を用いたもの等に適用する
こともできる。
【００１３】
【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明する。
説明する。
【００１４】図１は、本発明をスピンバルブ型磁気抵抗
効果素子に適用した一実施例の構造を模式的に示す断面
図である。同図において、１、１は強磁性層である。こ
れら一対の強磁性層１、１間には、それらを仕切る中間
非磁性金属層２として、少なくとも 2種類の非磁性金属
薄膜２ａ、２ｂを有する積層構造膜が配置されている。
なお、ここで言う非磁性とは、常磁性、反磁性等を指す
ものである。この実施例における積層構造の中間非磁性
金属層２は、強磁性層１、１側にそれぞれ配置された第
１の非磁性金属薄膜２ａ、２ａと、それらの中間に配置
された第２の非磁性金属薄膜２ｂとの 3層積層構造を有
している。なお、図中３は反強磁性層である。
効果素子に適用した一実施例の構造を模式的に示す断面
図である。同図において、１、１は強磁性層である。こ
れら一対の強磁性層１、１間には、それらを仕切る中間
非磁性金属層２として、少なくとも 2種類の非磁性金属
薄膜２ａ、２ｂを有する積層構造膜が配置されている。
なお、ここで言う非磁性とは、常磁性、反磁性等を指す
ものである。この実施例における積層構造の中間非磁性
金属層２は、強磁性層１、１側にそれぞれ配置された第
１の非磁性金属薄膜２ａ、２ａと、それらの中間に配置
された第２の非磁性金属薄膜２ｂとの 3層積層構造を有
している。なお、図中３は反強磁性層である。
【００１５】上記強磁性層１、１の構成材料としては、
Co、Ni、CoFeに代表されるCo系合金、NiFeに代表される
Ni系合金等が例示される。特に、軟磁気特性と抵抗変化
率の大きさ等の点からNi、NiFeCo、CoFe等が好適であ
る。このような強磁性層１の厚さは特に限定されるもの
ではないが、例えば 1〜20nm程度とすることが好まし
い。これは、強磁性層１の厚さが 1nm未満であると膜表
面での電子散乱が大きくなり、抵抗変化率が減少する傾
向にあり、また20nmを超えるとシャント電流の比率が高
くなって、かなり抵抗変化率が減少するからである。
Co、Ni、CoFeに代表されるCo系合金、NiFeに代表される
Ni系合金等が例示される。特に、軟磁気特性と抵抗変化
率の大きさ等の点からNi、NiFeCo、CoFe等が好適であ
る。このような強磁性層１の厚さは特に限定されるもの
ではないが、例えば 1〜20nm程度とすることが好まし
い。これは、強磁性層１の厚さが 1nm未満であると膜表
面での電子散乱が大きくなり、抵抗変化率が減少する傾
向にあり、また20nmを超えるとシャント電流の比率が高
くなって、かなり抵抗変化率が減少するからである。
【００１６】中間非磁性金属層２を構成する第１の非磁
性金属薄膜２ａと第２の非磁性金属薄膜２ｂとは、それ
らのフェルミエネルギーの差が 0.5eV以上となる 2種類
の非磁性金属材料からなるものである。また、強磁性層
１との界面側にそれぞれ配置される第１の非磁性金属薄
膜２ａは、強磁性層１のフェルミエネルギーのうち、電
子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向におけるフ
ェルミエネルギーにより近いフェルミエネルギーを有す
る非磁性金属材料からなるものである。なお、本発明で
言うフェルミエネルギーは、ＬＭＴＯ法、ＡＰＷ法、Ｌ
ＡＰＷ法等のバンド理論の計算から求められたΓ（ガン
マ）点での伝導帯の底からフェルミ・レベルまでの値を
指すものとする。
性金属薄膜２ａと第２の非磁性金属薄膜２ｂとは、それ
らのフェルミエネルギーの差が 0.5eV以上となる 2種類
の非磁性金属材料からなるものである。また、強磁性層
１との界面側にそれぞれ配置される第１の非磁性金属薄
膜２ａは、強磁性層１のフェルミエネルギーのうち、電
子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向におけるフ
ェルミエネルギーにより近いフェルミエネルギーを有す
る非磁性金属材料からなるものである。なお、本発明で
言うフェルミエネルギーは、ＬＭＴＯ法、ＡＰＷ法、Ｌ
ＡＰＷ法等のバンド理論の計算から求められたΓ（ガン
マ）点での伝導帯の底からフェルミ・レベルまでの値を
指すものとする。
【００１７】ここで、スピンバルブ膜等において強磁性
層間の交換結合が起こる原因としては、中間非磁性金属
層内での電子の局在の効果がある（Phys. Rev. B,48(19
93)7238等参照）。磁性体内部では、アップスピンを持
った電子とダウンスピンを持った電子では感じる原子ポ
テンシャルの高さが異なっている。そのため、図２に示
すように、スピンバルブ膜等では一対の強磁性層の磁化
が平行のときと反平行のときでは、アップスピン電子が
感じる原子ポテンシャルとダウンスピン電子が感じる原
子ポテンシャルの形状に差ができる。このときに電子の
局在の様子が変化してエネルギーに差が生じるため、よ
り低エネルギーの状態が安定になろうとして、反平行も
しくは平行な交換結合が生じる。平行状態が安定になる
か、反平行状態が安定になるかには、ポテンシャルの大
きさ、中間非磁性金属層の厚さ、フェルミ面形状等が関
与する。そして、交換結合の大きさは、図３に示すよう
に、中間非磁性金属層から強磁性層に電子が侵入すると
きのアップスピン電子とダウンスピン電子の反射確率の
差が大きいほど大きくなる。
層間の交換結合が起こる原因としては、中間非磁性金属
層内での電子の局在の効果がある（Phys. Rev. B,48(19
93)7238等参照）。磁性体内部では、アップスピンを持
った電子とダウンスピンを持った電子では感じる原子ポ
テンシャルの高さが異なっている。そのため、図２に示
すように、スピンバルブ膜等では一対の強磁性層の磁化
が平行のときと反平行のときでは、アップスピン電子が
感じる原子ポテンシャルとダウンスピン電子が感じる原
子ポテンシャルの形状に差ができる。このときに電子の
局在の様子が変化してエネルギーに差が生じるため、よ
り低エネルギーの状態が安定になろうとして、反平行も
しくは平行な交換結合が生じる。平行状態が安定になる
か、反平行状態が安定になるかには、ポテンシャルの大
きさ、中間非磁性金属層の厚さ、フェルミ面形状等が関
与する。そして、交換結合の大きさは、図３に示すよう
に、中間非磁性金属層から強磁性層に電子が侵入すると
きのアップスピン電子とダウンスピン電子の反射確率の
差が大きいほど大きくなる。
【００１８】この実施例のスピンバルブ型磁気抵抗効果
素子では、上下の強磁性層１、１間を仕切る中間非磁性
金属層２として、フェルミエネルギーの差が 0.5eV以上
の 2種類の非磁性金属薄膜２ａ、２ｂを用いている。こ
れにより、中間非磁性金属層２から強磁性層１に電子が
侵入するときのアップスピン電子とダウンスピン電子の
反射確率の差を小さくすることができ、強磁性層１、１
間の交換結合力を小さくすることが可能となる。すなわ
ち、フェルミエネルギーの差が 0.5eV以上の 2種類の非
磁性金属薄膜２ａ、２ｂを積層した中間非磁性金属層２
を用いて、図４に示すように、中間非磁性金属層２内部
に原子ポテンシャルの変調を加えることによって、中間
非磁性金属層２内部で電子の反射を引き起こすことがで
きる。従って、図５に示すように、中間非磁性金属層２
から強磁性層１に電子が侵入するときのアップスピン電
子とダウンスピン電子の反射確率の差を小さくすること
ができる。このことにより、一対の強磁性層１、１の磁
化が平行のときと反平行のときの電子の局在の変化が小
さくなり、エネルギーの差が小さくなるために、交換結
合力が小さくなる。
素子では、上下の強磁性層１、１間を仕切る中間非磁性
金属層２として、フェルミエネルギーの差が 0.5eV以上
の 2種類の非磁性金属薄膜２ａ、２ｂを用いている。こ
れにより、中間非磁性金属層２から強磁性層１に電子が
侵入するときのアップスピン電子とダウンスピン電子の
反射確率の差を小さくすることができ、強磁性層１、１
間の交換結合力を小さくすることが可能となる。すなわ
ち、フェルミエネルギーの差が 0.5eV以上の 2種類の非
磁性金属薄膜２ａ、２ｂを積層した中間非磁性金属層２
を用いて、図４に示すように、中間非磁性金属層２内部
に原子ポテンシャルの変調を加えることによって、中間
非磁性金属層２内部で電子の反射を引き起こすことがで
きる。従って、図５に示すように、中間非磁性金属層２
から強磁性層１に電子が侵入するときのアップスピン電
子とダウンスピン電子の反射確率の差を小さくすること
ができる。このことにより、一対の強磁性層１、１の磁
化が平行のときと反平行のときの電子の局在の変化が小
さくなり、エネルギーの差が小さくなるために、交換結
合力が小さくなる。
【００１９】このとき、磁気抵抗変化率を小さくしない
ためには、強磁性層１内で電子のスピン依存平均自由行
程が長いスピン方向の電子が、中間非磁性金属層２と強
磁性層１との界面で非弾性散乱を受けないようにする必
要がある。このため、強磁性層１との界面側には、強磁
性層１のフェルミエネルギーのうち、電子スピン依存平
均自由行程が長いスピン方向におけるフェルミエネルギ
ーにより近いフェルミエネルギーを有する非磁性金属材
料からなる第１の非磁性金属薄膜２ａを配置している。
さらに、強磁性層１側に配置される第１の非磁性金属薄
膜２ａは、上記条件を満足しているものであればよい
が、磁気抵抗変化率をより増大させるためには、非磁性
金属材料のフェルミエネルギーと電子スピン依存平均自
由行程が長いスピン方向における強磁性層１のフェルミ
エネルギーとの差が小さい方が望ましい。具体的には、
上記フェルミエネルギーの差が 0.5eV以下であることが
好ましい。
ためには、強磁性層１内で電子のスピン依存平均自由行
程が長いスピン方向の電子が、中間非磁性金属層２と強
磁性層１との界面で非弾性散乱を受けないようにする必
要がある。このため、強磁性層１との界面側には、強磁
性層１のフェルミエネルギーのうち、電子スピン依存平
均自由行程が長いスピン方向におけるフェルミエネルギ
ーにより近いフェルミエネルギーを有する非磁性金属材
料からなる第１の非磁性金属薄膜２ａを配置している。
さらに、強磁性層１側に配置される第１の非磁性金属薄
膜２ａは、上記条件を満足しているものであればよい
が、磁気抵抗変化率をより増大させるためには、非磁性
金属材料のフェルミエネルギーと電子スピン依存平均自
由行程が長いスピン方向における強磁性層１のフェルミ
エネルギーとの差が小さい方が望ましい。具体的には、
上記フェルミエネルギーの差が 0.5eV以下であることが
好ましい。
【００２０】ここで、上述した強磁性層１の構成材料の
うち、Coの場合にはアップスピン電子のフェルミエネル
ギーは 8.7eV、ダウンスピン電子のフェルミエネルギー
は 7.2eVであり、Niの場合にはアップスピン電子のフェ
ルミエネルギーは 8.8eV、ダウンスピン電子のフェルミ
エネルギーは 8.4eVである。また、Co系合金やNi系合金
もほぼ同様な値を示す。そして、Co、Ni、Co系合金、Ni
系合金等の強磁性体は、いずれもアップスピン電子の方
が平均自由行程が長い。従って、第１の非磁性金属薄膜
２ａには、例えばダウンスピン電子によるフェルミエネ
ルギーよりも、アップスピン電子によるフェルミエネル
ギーにより近いフェルミエネルギーを有する非磁性金属
材料を用いる。すなわち、強磁性層１、１にCoおよびNi
から選ばれる少なくとも 1種を主成分とする強磁性体を
用いるときには、強磁性層１との界面側に配置される第
１の非磁性金属薄膜２ａの構成材料として、 ｜Ｅf (up)−Ｅf (NM)｜＜｜Ｅf (down)−Ｅf (NM)｜ （式中、Ｅf (up)は強磁性層のアップスピン電子のフェ
ルミエネルギーを、Ｅf(down)は強磁性層のダウンスピ
ン電子のフェルミエネルギーを、Ｅf (NM)は非磁性金属
材料のフェルミエネルギーを示す）を満足する非磁性金
属材料を用いる。
うち、Coの場合にはアップスピン電子のフェルミエネル
ギーは 8.7eV、ダウンスピン電子のフェルミエネルギー
は 7.2eVであり、Niの場合にはアップスピン電子のフェ
ルミエネルギーは 8.8eV、ダウンスピン電子のフェルミ
エネルギーは 8.4eVである。また、Co系合金やNi系合金
もほぼ同様な値を示す。そして、Co、Ni、Co系合金、Ni
系合金等の強磁性体は、いずれもアップスピン電子の方
が平均自由行程が長い。従って、第１の非磁性金属薄膜
２ａには、例えばダウンスピン電子によるフェルミエネ
ルギーよりも、アップスピン電子によるフェルミエネル
ギーにより近いフェルミエネルギーを有する非磁性金属
材料を用いる。すなわち、強磁性層１、１にCoおよびNi
から選ばれる少なくとも 1種を主成分とする強磁性体を
用いるときには、強磁性層１との界面側に配置される第
１の非磁性金属薄膜２ａの構成材料として、 ｜Ｅf (up)−Ｅf (NM)｜＜｜Ｅf (down)−Ｅf (NM)｜ （式中、Ｅf (up)は強磁性層のアップスピン電子のフェ
ルミエネルギーを、Ｅf(down)は強磁性層のダウンスピ
ン電子のフェルミエネルギーを、Ｅf (NM)は非磁性金属
材料のフェルミエネルギーを示す）を満足する非磁性金
属材料を用いる。
【００２１】上述したような 2つの条件、すなわち (1)
2種類の非磁性金属薄膜のフェルミエネルギーの差を
0.5eV以上とする、 (2)強磁性層との界面側に配置され
る非磁性金属薄膜を、強磁性層のフェルミエネルギーの
うち、電子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向に
おけるフェルミエネルギーにより近いフェルミエネルギ
ーを有する非磁性金属材料により形成する、を満足させ
ることによって、中間非磁性金属層２の厚さを薄くして
磁気抵抗変化率を増大させ、この大きな磁気抵抗変化率
を低下させることなく、上下の強磁性層１、１間の交換
結合を切ることができる。すなわち、抵抗変化感度を向
上させることが可能となる。
2種類の非磁性金属薄膜のフェルミエネルギーの差を
0.5eV以上とする、 (2)強磁性層との界面側に配置され
る非磁性金属薄膜を、強磁性層のフェルミエネルギーの
うち、電子スピン依存平均自由行程が長いスピン方向に
おけるフェルミエネルギーにより近いフェルミエネルギ
ーを有する非磁性金属材料により形成する、を満足させ
ることによって、中間非磁性金属層２の厚さを薄くして
磁気抵抗変化率を増大させ、この大きな磁気抵抗変化率
を低下させることなく、上下の強磁性層１、１間の交換
結合を切ることができる。すなわち、抵抗変化感度を向
上させることが可能となる。
【００２２】中間非磁性金属層２を構成する非磁性金属
薄膜２ａ、２ｂの具体的な組合わせは、例えば以下に示
す通りである。まず、強磁性層１との界面側に配置され
る第１の非磁性金属薄膜２ａを構成する非磁性金属材料
としては、上述したCoやNiのフェルミエネルギーの値を
考慮すると、Cu（Ｅf =9.3eV）、Au（Ｅf =10.1eV)、Pt
（Ｅf =9.4eV）およびこれらを主成分とする合金等が例
示される。
薄膜２ａ、２ｂの具体的な組合わせは、例えば以下に示
す通りである。まず、強磁性層１との界面側に配置され
る第１の非磁性金属薄膜２ａを構成する非磁性金属材料
としては、上述したCoやNiのフェルミエネルギーの値を
考慮すると、Cu（Ｅf =9.3eV）、Au（Ｅf =10.1eV)、Pt
（Ｅf =9.4eV）およびこれらを主成分とする合金等が例
示される。
【００２３】また、これら第１の非磁性金属薄膜２ａを
構成する非磁性金属材料と、フェルミエネルギーの差が
0.5eV以上となる第２の非磁性金属薄膜２ｂを構成する
非磁性金属材料との組合わせとしては、Cu（Ｅf =9.3e
V）-Ag(Ｅf =7.9eV）、Au（Ｅf =10.1eV)-Ag(Ｅf =7.9e
V）、Pt（Ｅf =9.4eV）-Ag(Ｅf =7.9eV）、Cu（Ｅf =9.
3eV)-Pd(Ｅf =7.4eV）、Au（Ｅf =10.1eV)-Pd(Ｅf =7.4
eV）、Pt（Ｅf =9.4eV）-Pd(Ｅf =7.4eV）、Cu（Ｅf =
9.3eV）-Au （Ｅf =10.1eV)、Pt（Ｅf =9.4eV）-Au(Ｅ
f =10.1eV)等が挙げられる。第２の非磁性金属薄膜２ｂ
を構成する非磁性金属材料としては、上記したような元
素を主成分とする合金等を用いてもよい。また、上述し
た 2種類の非磁性金属材料の組合わせのうち、特に共晶
系や包晶系の組合わせを用いることが、相互拡散による
効果の低減を防止する上で好ましい。具体的には、 Cu-
Ag、 Au-Pt、 Pt-Ag等が望ましい。
構成する非磁性金属材料と、フェルミエネルギーの差が
0.5eV以上となる第２の非磁性金属薄膜２ｂを構成する
非磁性金属材料との組合わせとしては、Cu（Ｅf =9.3e
V）-Ag(Ｅf =7.9eV）、Au（Ｅf =10.1eV)-Ag(Ｅf =7.9e
V）、Pt（Ｅf =9.4eV）-Ag(Ｅf =7.9eV）、Cu（Ｅf =9.
3eV)-Pd(Ｅf =7.4eV）、Au（Ｅf =10.1eV)-Pd(Ｅf =7.4
eV）、Pt（Ｅf =9.4eV）-Pd(Ｅf =7.4eV）、Cu（Ｅf =
9.3eV）-Au （Ｅf =10.1eV)、Pt（Ｅf =9.4eV）-Au(Ｅ
f =10.1eV)等が挙げられる。第２の非磁性金属薄膜２ｂ
を構成する非磁性金属材料としては、上記したような元
素を主成分とする合金等を用いてもよい。また、上述し
た 2種類の非磁性金属材料の組合わせのうち、特に共晶
系や包晶系の組合わせを用いることが、相互拡散による
効果の低減を防止する上で好ましい。具体的には、 Cu-
Ag、 Au-Pt、 Pt-Ag等が望ましい。
【００２４】中間非磁性金属層２は、上述したような第
１の非磁性金属薄膜２ａと第２の非磁性金属薄膜２ｂと
の積層構造を有するものであり、基本的には図１に示し
たように、強磁性層１側に第１の非磁性金属薄膜２ａを
それぞれ配置し、それらの間に第２の非磁性金属薄膜２
ｂを配置した 3層積層構造となる。ただし、第２の非磁
性金属薄膜２ｂをさらに多層化する等、種々の変形が可
能である。また、強磁性層１側にそれぞれ配置する 2つ
の第１の非磁性金属薄膜２ａは、上記条件(1)、(2) を
満足していれば、同一の材料で形成してもよいし、また
異なる材料で形成してもよい。
１の非磁性金属薄膜２ａと第２の非磁性金属薄膜２ｂと
の積層構造を有するものであり、基本的には図１に示し
たように、強磁性層１側に第１の非磁性金属薄膜２ａを
それぞれ配置し、それらの間に第２の非磁性金属薄膜２
ｂを配置した 3層積層構造となる。ただし、第２の非磁
性金属薄膜２ｂをさらに多層化する等、種々の変形が可
能である。また、強磁性層１側にそれぞれ配置する 2つ
の第１の非磁性金属薄膜２ａは、上記条件(1)、(2) を
満足していれば、同一の材料で形成してもよいし、また
異なる材料で形成してもよい。
【００２５】なお、 Cu-Auや Pt-Au等の組合わせを使用
する場合には、どちらの非磁性金属材料を強磁性層１側
に配置してもよいが、より電子スピン依存平均自由行程
が長いスピン方向におけるフェルミエネルギーとの差が
小さい非磁性金属材料を強磁性層１側に配置することが
好ましい。例えば Cu-Auの組合わせではCu、 Pt-Auの組
合わせではPt等である。また、このように 2種類の非磁
性金属薄膜２ａ、２ｂが、いずれも電子スピン依存平均
自由行程が長いスピン方向におけるフェルミエネルギー
により近いフェルミエネルギーを有する場合には、中間
非磁性金属層２を第１の非磁性金属薄膜２ａと第２の非
磁性金属薄膜２ｂとの 2層積層構造としてもよい。
する場合には、どちらの非磁性金属材料を強磁性層１側
に配置してもよいが、より電子スピン依存平均自由行程
が長いスピン方向におけるフェルミエネルギーとの差が
小さい非磁性金属材料を強磁性層１側に配置することが
好ましい。例えば Cu-Auの組合わせではCu、 Pt-Auの組
合わせではPt等である。また、このように 2種類の非磁
性金属薄膜２ａ、２ｂが、いずれも電子スピン依存平均
自由行程が長いスピン方向におけるフェルミエネルギー
により近いフェルミエネルギーを有する場合には、中間
非磁性金属層２を第１の非磁性金属薄膜２ａと第２の非
磁性金属薄膜２ｂとの 2層積層構造としてもよい。
【００２６】上述したような積層構造を有する中間非磁
性金属層２の厚さは、全体の膜厚として 1〜 5nmの範囲
とすることが好ましい。中間非磁性金属層２の膜厚が 5
nmを超えると、抵抗変化感度を十分に向上させることが
できず、また 1nm未満であると、各非磁性金属薄膜２
ａ、２ｂの膜厚にもよるが、強磁性層１、１間の交換結
合を十分に小さくすることが困難となる。より好ましい
厚さは 1.5〜 2.5nmの範囲である。また、各非磁性金属
薄膜２ａ、２ｂの膜厚は、 0.2〜 2nmの範囲とすること
が好ましい。この理由は、 0.2nm未満の膜は作製するこ
とが困難であり、また 2nmを超えると全体の厚さを 5nm
以下とすることが困難となるからである。より好ましい
非磁性金属薄膜２ａ、２ｂの膜厚は 0.5〜 1nmの範囲で
ある。なお、本発明では、非磁性金属薄膜２ａ、２ｂ間
で多少の拡散が生じることがあるが、局所的に積層構造
が形成されていれば何等問題はない。
性金属層２の厚さは、全体の膜厚として 1〜 5nmの範囲
とすることが好ましい。中間非磁性金属層２の膜厚が 5
nmを超えると、抵抗変化感度を十分に向上させることが
できず、また 1nm未満であると、各非磁性金属薄膜２
ａ、２ｂの膜厚にもよるが、強磁性層１、１間の交換結
合を十分に小さくすることが困難となる。より好ましい
厚さは 1.5〜 2.5nmの範囲である。また、各非磁性金属
薄膜２ａ、２ｂの膜厚は、 0.2〜 2nmの範囲とすること
が好ましい。この理由は、 0.2nm未満の膜は作製するこ
とが困難であり、また 2nmを超えると全体の厚さを 5nm
以下とすることが困難となるからである。より好ましい
非磁性金属薄膜２ａ、２ｂの膜厚は 0.5〜 1nmの範囲で
ある。なお、本発明では、非磁性金属薄膜２ａ、２ｂ間
で多少の拡散が生じることがあるが、局所的に積層構造
が形成されていれば何等問題はない。
【００２７】次に、上記構造を有する磁気抵抗効果素子
の具体例とその評価結果について述べる。
の具体例とその評価結果について述べる。
【００２８】実施例１
まず、図６に示すように、サファイア基板１１上に第１
の強磁性層１２として、CoFe合金膜をＲＦスパッタ法に
より 7nmの膜厚で成膜した。次いで、第１の強磁性層１
２上に、膜厚 0.4nmのCu薄膜１３ａ、膜厚 0.4nmのPd薄
膜１３ｂ、膜厚0.4nmのCu薄膜１３ｃを順に成膜した。
これらCu薄膜１３ａ／Pd薄膜１３ｂ／Cu薄膜１３ｃによ
る 3層積層構造膜により、中間非磁性金属層１３が構成
される。次に、上記 3層積層構造の中間非磁性金属層１
３のCu薄膜１３ｃ上に、第２の強磁性層１４として、Co
Fe合金膜を 5nmの膜厚で積層形成し、さらに反強磁性層
１５として、FeMn合金膜を14nmの膜厚で積層形成した。
その上に、必要に応じて保護膜１６を形成し、さらに電
極１７ａ、１７ｂを形成することによって、スピンバル
ブ型磁気抵抗効果素子１８を作製した。
の強磁性層１２として、CoFe合金膜をＲＦスパッタ法に
より 7nmの膜厚で成膜した。次いで、第１の強磁性層１
２上に、膜厚 0.4nmのCu薄膜１３ａ、膜厚 0.4nmのPd薄
膜１３ｂ、膜厚0.4nmのCu薄膜１３ｃを順に成膜した。
これらCu薄膜１３ａ／Pd薄膜１３ｂ／Cu薄膜１３ｃによ
る 3層積層構造膜により、中間非磁性金属層１３が構成
される。次に、上記 3層積層構造の中間非磁性金属層１
３のCu薄膜１３ｃ上に、第２の強磁性層１４として、Co
Fe合金膜を 5nmの膜厚で積層形成し、さらに反強磁性層
１５として、FeMn合金膜を14nmの膜厚で積層形成した。
その上に、必要に応じて保護膜１６を形成し、さらに電
極１７ａ、１７ｂを形成することによって、スピンバル
ブ型磁気抵抗効果素子１８を作製した。
【００２９】このようにして得たスピンバルブ型磁気抵
抗効果素子１８の磁気特性および抵抗変化率を評価した
ところ、中間非磁性金属層１３の厚さを全体で 1.2nmと
薄くしているにもかかわらず、上下の強磁性層１２、１
４間の交換結合を第１の強磁性層１２の磁化曲線のシフ
トが400A/m以内となるように切ることができた。また、
抵抗変化率は 10%という高い値を示した。
抗効果素子１８の磁気特性および抵抗変化率を評価した
ところ、中間非磁性金属層１３の厚さを全体で 1.2nmと
薄くしているにもかかわらず、上下の強磁性層１２、１
４間の交換結合を第１の強磁性層１２の磁化曲線のシフ
トが400A/m以内となるように切ることができた。また、
抵抗変化率は 10%という高い値を示した。
【００３０】比較例１、２
中間非磁性金属層を膜厚 1nmのCu単独層（比較例１）、
および膜厚 3nmのCu単独層（比較例２）とする以外は、
それぞれ実施例１と同様にして、スピンバルブ型磁気抵
抗効果素子を作製した。これらスピンバルブ型磁気抵抗
効果素子の特性を実施例１と同様にして評価したとこ
ろ、比較例１においては、上下の強磁性層間は強く結合
し、磁化の反平行状態を得ることができず、磁気抵抗効
果は得られなかった。また、比較例２においては、上下
の強磁性層間の交換結合を切ることはできたが、中間非
磁性金属層が厚いために、抵抗変化率は6%と小さい値し
か得られなかった。
および膜厚 3nmのCu単独層（比較例２）とする以外は、
それぞれ実施例１と同様にして、スピンバルブ型磁気抵
抗効果素子を作製した。これらスピンバルブ型磁気抵抗
効果素子の特性を実施例１と同様にして評価したとこ
ろ、比較例１においては、上下の強磁性層間は強く結合
し、磁化の反平行状態を得ることができず、磁気抵抗効
果は得られなかった。また、比較例２においては、上下
の強磁性層間の交換結合を切ることはできたが、中間非
磁性金属層が厚いために、抵抗変化率は6%と小さい値し
か得られなかった。
【００３１】比較例３
中間非磁性金属層を膜厚 3nmのPd単独層とする以外は、
実施例１と同様にして、スピンバルブ型磁気抵抗効果素
子を作製した。このスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の
特性を実施例１と同様にして評価したところ、上下の強
磁性層間の交換結合を切ることができ、第１の強磁性層
の磁化曲線のシフトは約240A/mであった。しかし、抵抗
変化率は5%と小さい値しか得られなかった。
実施例１と同様にして、スピンバルブ型磁気抵抗効果素
子を作製した。このスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の
特性を実施例１と同様にして評価したところ、上下の強
磁性層間の交換結合を切ることができ、第１の強磁性層
の磁化曲線のシフトは約240A/mであった。しかし、抵抗
変化率は5%と小さい値しか得られなかった。
【００３２】比較例４
中間非磁性金属層の積層構造をPd薄膜（0.4nm)／Cu薄膜
（0.4nm)／Pd薄膜（0.4nm)とする以外は、実施例１と同
様にして、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を作製し
た。このスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の特性を実施
例１と同様にして評価したところ、上下の強磁性層間の
交換結合を切ることができ、第１の強磁性層の磁化曲線
のシフトは約400A/mであった。しかし、Pdのフェルミエ
ネルギーはCoFeのダウンスピン電子のフェルミエネルギ
ーに近いため、抵抗変化率は6%と小さい値しか得られな
かった。
（0.4nm)／Pd薄膜（0.4nm)とする以外は、実施例１と同
様にして、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を作製し
た。このスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の特性を実施
例１と同様にして評価したところ、上下の強磁性層間の
交換結合を切ることができ、第１の強磁性層の磁化曲線
のシフトは約400A/mであった。しかし、Pdのフェルミエ
ネルギーはCoFeのダウンスピン電子のフェルミエネルギ
ーに近いため、抵抗変化率は6%と小さい値しか得られな
かった。
【００３３】実施例２
中間非磁性金属層の積層構造を表１に示す組合わせに変
更する以外は、実施例１と同様にして、それぞれスピン
バルブ型磁気抵抗効果素子を作製した。これらのスピン
バルブ型磁気抵抗効果素子の特性を表１に併せて示す。
更する以外は、実施例１と同様にして、それぞれスピン
バルブ型磁気抵抗効果素子を作製した。これらのスピン
バルブ型磁気抵抗効果素子の特性を表１に併せて示す。
【００３４】
【表１】
次に、これら各磁気抵抗効果素子を 250℃で 1時間熱処
理した後、同様に磁気特性を評価したところ、共晶系で
ある Cu-Ag(No.1)、 Au-Pt(No.4)、 Pt-Ag(No.5)の組合
わせでは、上下の強磁性層間の磁気的結合は切れたまま
であったが、それ以外の組合わせ(No.2,3)では相互拡散
が起こり、磁気的結合が大きくなって磁化曲線のシフト
が増大した。
理した後、同様に磁気特性を評価したところ、共晶系で
ある Cu-Ag(No.1)、 Au-Pt(No.4)、 Pt-Ag(No.5)の組合
わせでは、上下の強磁性層間の磁気的結合は切れたまま
であったが、それ以外の組合わせ(No.2,3)では相互拡散
が起こり、磁気的結合が大きくなって磁化曲線のシフト
が増大した。
【００３５】さらに、 300℃で 1時間熱処理したとこ
ろ、共晶系である Cu-Ag(No.1)、 Au-Pt(No.4)、 Pt-Ag
(No.5)の組合わせでも相互拡散が起こり、積層構造に乱
れが生じたが、局所的に見ると積層構造が残っているた
め、磁気的結合の増大はあまり見られなかった。
ろ、共晶系である Cu-Ag(No.1)、 Au-Pt(No.4)、 Pt-Ag
(No.5)の組合わせでも相互拡散が起こり、積層構造に乱
れが生じたが、局所的に見ると積層構造が残っているた
め、磁気的結合の増大はあまり見られなかった。
【００３６】なお、本発明における強磁性層と中間非磁
性金属層とは、積層膜として抵抗変化部を構成するもの
であり、その積層数は特に限定されるものではない。本
発明の磁気抵抗効果素子は、上述した実施例で示したよ
うに、強磁性体が反強磁性結合しないスピンバルブ膜を
用いたものに好適であるが、強磁性層と非磁性金属層と
を多数積層した人工格子膜を用いたものに適用すること
もできる。
性金属層とは、積層膜として抵抗変化部を構成するもの
であり、その積層数は特に限定されるものではない。本
発明の磁気抵抗効果素子は、上述した実施例で示したよ
うに、強磁性体が反強磁性結合しないスピンバルブ膜を
用いたものに好適であるが、強磁性層と非磁性金属層と
を多数積層した人工格子膜を用いたものに適用すること
もできる。
【００３７】また、前述した実施例１、２による磁気抵
抗効果素子を再生用の磁気ヘッドとしてそれぞれ用い、
これと通常の磁気記録媒体とを組合わせて磁気記録装置
を構成したところ、前述した比較例２、３、４による磁
気抵抗効果素子を再生用の磁気ヘッドとして用いた場合
に比べて、再生感度を向上させることができた。
抗効果素子を再生用の磁気ヘッドとしてそれぞれ用い、
これと通常の磁気記録媒体とを組合わせて磁気記録装置
を構成したところ、前述した比較例２、３、４による磁
気抵抗効果素子を再生用の磁気ヘッドとして用いた場合
に比べて、再生感度を向上させることができた。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果素子によれば、中間非磁性金属層の厚さをできるだ
け薄くし、かつスピン依存散乱の大きさを保った上で、
上下の強磁性層間の交換結合を切ることが可能となるた
め、安定に抵抗変化感度の向上を図ることができる。ま
た、このような磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用
いた磁気記録装置によれば、再生感度の向上を図ること
が可能となる。
効果素子によれば、中間非磁性金属層の厚さをできるだ
け薄くし、かつスピン依存散乱の大きさを保った上で、
上下の強磁性層間の交換結合を切ることが可能となるた
め、安定に抵抗変化感度の向上を図ることができる。ま
た、このような磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用
いた磁気記録装置によれば、再生感度の向上を図ること
が可能となる。
【図１】 本発明の一実施例による磁気抵抗効果素子の
構造を模式的に示す断面図である。
構造を模式的に示す断面図である。
【図２】 スピンバルブ膜における原子ポテンシャルを
示す図である。
示す図である。
【図３】 スピンバルブ膜において電子が中間非磁性金
属層から強磁性層に入射したときの反射波の様子を示す
図である。
属層から強磁性層に入射したときの反射波の様子を示す
図である。
【図４】 本発明の磁気抵抗効果素子における原子ポテ
ンシャルを示す図である。
ンシャルを示す図である。
【図５】 本発明の磁気抵抗効果素子において電子が中
間非磁性金属層から強磁性層に入射したときの反射波の
様子を示す図である。
間非磁性金属層から強磁性層に入射したときの反射波の
様子を示す図である。
【図６】 本発明の一具体例として作製した磁気抵抗効
果素子の構造を模式的に示す断面図である。
果素子の構造を模式的に示す断面図である。
１、１２、１４……強磁性層
２、１３……中間非磁性金属層
２ａ、１３ａ……第１の非磁性金属薄膜
２ｂ、１３ｂ……第２の非磁性金属薄膜
３、１５……反強磁性層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐橋 政司
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝 研究開発センター内
(72)発明者 岩崎 仁志
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝 研究開発センター内
(56)参考文献 特開 平５−175571（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−104506（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−247607（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−280483（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−242436（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−251941（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−236527（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−291037（ＪＰ，Ａ)
米国特許5493465（ＵＳ，Ａ)
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，1990年９
月，Ｖｏｌ．26，Ｎｏ．５，ｐｐ．2747
−2749
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 43/08
G01R 32/09
G11B 5/39
H01F 10/30
H01L 43/10
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (11)
- 【請求項１】 少なくとも一対の強磁性層と、前記一対
の強磁性層間に介在され、少なくとも 2種類の非磁性金
属薄膜の積層構造を有する中間非磁性金属層とを具備す
る磁気抵抗効果素子であって、 前記強磁性層との界面側に配置される前記非磁性金属薄
膜のフェルミエネルギーは、前記強磁性層のフェルミエ
ネルギーのうち、電子スピン依存平均自由行程が長いス
ピン方向におけるフェルミエネルギーにより近い値を有
し、かつ前記 2種類の非磁性金属薄膜間のフェルミエネ
ルギーの差は 0.5eV以上であることを特徴とする磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記中間非磁性金属層は、前記強磁性層との界面側にそ
れぞれ配置される 2つの前記非磁性金属薄膜と、これら
2つの非磁性金属薄膜間に配置される前記非磁性金属薄
膜との 3層積層構造を有することを特徴とする磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記 2種類の非磁性金属薄膜は、共晶系または包晶系の
組合わせからなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記一対の強磁性層は、CoおよびNiから選ばれる少なく
とも 1種を主成分とする強磁性体からなることを特徴と
する磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記強磁性層との界面側に配置される前記非磁性金属薄
膜は、Cu、AuおよびPtから選ばれる少なくとも 1種を主
成分とする非磁性体からなることを特徴とする磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項６】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記強磁性層との界面側に配置される前記非磁性金属薄
膜のフェルミエネルギーは、前記強磁性層のフェルミエ
ネルギーのうち、電子スピン依存平均自由行程が長いス
ピン方向におけるフェルミエネルギーとの差が 0.5eV以
下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記 2種類の非磁性金属薄膜は、 Cu-Ag、 Au-Ag、 Pt-
Ag、 Cu-Pd、 Au-Pd、Pt-Pd、 Cu-Auおよび Pt-Auから
選ばれる少なくとも 1種の組合わせからなることを特徴
とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記中間非磁性金属層は、 1〜 5nmの範囲の厚さを有す
ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記 2種類の非磁性金属薄膜は、それぞれ 0.2〜 2nmの
範囲の厚さを有することを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項１０】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子にお
いて、 前記一対の強磁性層は、それぞれ 1〜20nmの範囲の厚さ
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１１】 磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッド
と、磁気記録媒体とを具備する磁気記録装置において、 前記磁気抵抗効果素子は、少なくとも一対の強磁性層
と、前記一対の強磁性層間に介在され、少なくとも 2種
類の非磁性金属薄膜の積層構造を有する中間非磁性金属
層とを具備し、前記強磁性層との界面側に配置される前
記非磁性金属薄膜のフェルミエネルギーは、前記強磁性
層のフェルミエネルギーのうち、電子スピン依存平均自
由行程が長いスピン方向におけるフェルミエネルギーに
より近い値を有し、かつ前記 2種類の非磁性金属薄膜間
のフェルミエネルギーの差は 0.5eV以上であることを特
徴とする磁気記録装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03866594A JP3364309B2 (ja) | 1993-03-15 | 1994-03-09 | 磁気抵抗効果素子および磁気記録装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-53606 | 1993-03-15 | ||
| JP5360693 | 1993-03-15 | ||
| JP03866594A JP3364309B2 (ja) | 1993-03-15 | 1994-03-09 | 磁気抵抗効果素子および磁気記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326374A JPH06326374A (ja) | 1994-11-25 |
| JP3364309B2 true JP3364309B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=26377939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03866594A Expired - Fee Related JP3364309B2 (ja) | 1993-03-15 | 1994-03-09 | 磁気抵抗効果素子および磁気記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3364309B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5841611A (en) * | 1994-05-02 | 1998-11-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect type head, memory device, and amplifying device using the same |
| US6256222B1 (en) | 1994-05-02 | 2001-07-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistance effect device, and magnetoresistaance effect type head, memory device, and amplifying device using the same |
| US5850318A (en) * | 1995-06-06 | 1998-12-15 | Seagate Technology, Inc. | Slotless spindle motor for disc drive |
| US5721654A (en) * | 1995-11-30 | 1998-02-24 | Nec Corporation | Magnetometric sensor magnetically isolated two regions formed of spin-polarized material and magnetic head using the same |
| US6392853B1 (en) * | 2000-01-24 | 2002-05-21 | Headway Technologies, Inc. | Spin valve structure design with laminated free layer |
| JP3618654B2 (ja) | 2000-09-11 | 2005-02-09 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 |
| JP4179260B2 (ja) | 2004-09-29 | 2008-11-12 | ソニー株式会社 | 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気テープ装置 |
| JP5361201B2 (ja) | 2008-01-30 | 2013-12-04 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| JP5150284B2 (ja) | 2008-01-30 | 2013-02-20 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP03866594A patent/JP3364309B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９９０年９月，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．５，ｐｐ．２７４７−２７４９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06326374A (ja) | 1994-11-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3088478B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP2690623B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| US7132175B2 (en) | GMR magnetic detecting element comprising current limiting layer provided in free magnetic layer and method of manufacturing the detecting element | |
| JP3557140B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気再生装置 | |
| US7551409B2 (en) | Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with improved ferromagnetic free layer structure | |
| JP3207477B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| US5493465A (en) | Magnetoresistance effect element and magnetic recording apparatus | |
| JP4245318B2 (ja) | 磁気検出素子 | |
| JPH08503336A (ja) | 合金層を有する磁気抵抗性構造 | |
| JP2001176030A (ja) | スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド | |
| JP4237991B2 (ja) | 磁気検出素子 | |
| JP3364309B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子および磁気記録装置 | |
| JP3088519B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP3527786B2 (ja) | 多層磁気抵抗効果膜および磁気ヘッド | |
| US7724481B2 (en) | Magnetic sensing element including free magnetic layer or pinned magnetic layer having two sublayers that are composed of different CoMn-based heusler alloys | |
| JP3872958B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 | |
| JP3242279B2 (ja) | 巨大磁気抵抗材料膜および磁気抵抗材料膜の磁化の調整方法 | |
| JPH06310329A (ja) | 多層磁気抵抗効果膜および磁気ヘッド | |
| JP3677107B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP3516404B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP2656449B2 (ja) | 磁気抵抗効果ヘッド | |
| JPH08321016A (ja) | 磁気抵抗効果膜 | |
| JPH0766036A (ja) | 多層磁気抵抗効果膜、それを用いた磁気抵抗効果素子および磁気ヘッド | |
| JPH07211956A (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JPH0765329A (ja) | 多層磁気抵抗効果膜及び磁気ヘッド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20021015 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081025 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081025 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091025 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101025 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |