JP3766944B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗効果素子に関し、特に、磁気抵抗効果を損なうことなく静磁気結合による磁界の影響を低減するための非磁性金属層、即ち、中間層の構成に特徴のあるデュアルスピンバルブ効果を利用した磁気抵抗効果素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のハードディスク装置の小型化，大容量化の需要の高まりに伴い、高密度磁気記録が可能なハードディスク装置の研究開発が急速に進められており、この様な磁気記録装置の読取ヘッドとして低磁界で大きな出力が得られる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を使用した磁気センサが開発されている。
【０００３】
例えば、ＩＢＭにより「スピン・バルブ効果利用の磁気抵抗センサ（特開平４−３５８３１０号公報参照）」が提案されているが、この磁気センサは、非磁性金属層によって分離された２つの結合していない強磁性体層を備え、一方の強磁性体層にＦｅＭｎで代表される反強磁性体層を付着して強磁性体層の磁化Ｍが固定されているサンドイッチ構造となっている。
【０００４】
この磁気センサにおいて、外部磁場が印加されると、磁化が固定されていない他方の強磁性体層、即ち、フリー（ｆｒｅｅ）層の磁化方向が外部磁場に一致して自由に回転するため、磁化が固定された強磁性体層、即ち、ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）層の磁化方向と角度差を生ずることになる。
【０００５】
この角度差に依存して伝導電子のスピンに依存した散乱が変化し、電気抵抗値が変化するので、この電気抵抗値の変化を定電流のセンス電流を流すことによって電圧値の変化として検出し、それによって、外部磁場の状況、即ち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得するものであり、このスピンバルブ磁気抵抗センサの磁気抵抗変化率は約５％程度となる。
【０００６】
この様なスピンバルブ磁気抵抗センサの効率を高めるために、同じくＩＢＭにより「二重スピン・バルブ磁気抵抗センサ（特開平６−２２３３３６号公報参照）」が提案されており、このデュアル（二重）スピンバルブ磁気抵抗効果素子は、フリー層を中心に対称的にスピンバルブ構造を積層したものであり、この構成によって約２倍の磁気抵抗変化を得ているので、図４を参照してこの様なデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を説明する。
【０００７】
図４参照
図４は反強磁性体層３１乃至反強磁性体層３７の各層を分離して示した斜視図であり、まず、基板（図示せず）上にスパッタリング法を用いて所定方向の第１の磁界を印加しながらＴａ層及びＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層（図示せず）を形成したのち、引き続いて反強磁性体層３１、強磁性体層からなるピンド層３２、非磁性金属であるＣｕからなるＣｕ中間層３３、強磁性体層からなるフリー層３４、Ｃｕ中間層３５、強磁性体層からなるピンド層３６、及び、反強磁性体層３７を順次積層させたのち、真空中で第１の磁界と直交する第２の磁界を印加した状態で熱処理を行うことによって反強磁性体層３１，３７の磁化方向を決定することによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【０００８】
図に示すように、ピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 は反強磁性体層３１，３７の磁化方向Ｍ1 ，Ｍ2 に固定され、一方、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 は、上下のピンド層３２，３６の静磁気結合による磁界３８によって、図４において細い実線で示す面内で、破線で示す矢印の方向から実線で示す矢印の方向に、即ち、ピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 と反平行な方向に回転してしまうことになる。
【０００９】
この様なフリー層３４の磁化方向Ｍ5 の回転によって、外部印加磁場がないときの動作中心点、即ち、最大抵抗と最小抵抗の中心値を与える磁場強度が中心である零磁場からずれてしまい、動作中心点の変動にともなって、磁気抵抗センサのバイアス点が変動し、十分なダイナミックレンジが確保できなくなるという問題がある。
【００１０】
なお、この様なフリー層３４の磁化方向Ｍ5 の回転は、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子をヘッドとして組み込む際のプロセス中のレジスト硬化処理に代表される磁場中熱処理によっても、或いは、ヘッドとして動作させる際に、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を上下から挟むシールド層から発生する漏れ磁界によっても生ずるものである。
【００１１】
従来の単一構造のスピンバルブ磁気抵抗効果素子においては、この様な静磁気結合による磁界３８の影響はセンス電流３９の値を適当に選択することによって、センス電流による磁界によって相殺していたが、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子においては、低抵抗の２つのＣｕ中間層３３，３５を中心に流れるセンス電流３９によって、センス電流による磁界４０，４１が発生するが、このセンス電流による磁界４０，４１は互いに同等であり、フリー層３４に対しては反対向きの誘導磁界が作用し、結果的にセンス電流による磁界４０，４１の与える影響は相殺されることになり、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 の制御を行うことができなかった。
【００１２】
なお、この様なデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の反強磁性体層３１，３７としてＰｄ・Ｐｔ・Ｍｎを用いた場合には、従来のＦｅＭｎとは異なり、下の層がどの様な結晶構造を有していても反強磁性体特性を失わないので、上下のどちらのピンド層３２，３６に対しても固定磁界を与えることができる（必要ならば、特願平８−２５７０６８号参照）。
【００１３】
この様なフリー層３４の磁化方向Ｍ5 の回転の問題点を解決するために、本発明者は、センス電流による磁界４０，４１をアンバランスにすることによって、静磁気結合による磁界３８の影響を相殺することを提案している（必要ならば、特願平９−２６１６４１号参照）ので、図５を参照してこの改良型デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を説明する。
図５参照
図５も反強磁性体層３１乃至反強磁性体層３７の各層を分離して示した斜視図であり、まず、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣセラミックからなる基板（図示せず）上にスパッタリング法を用いてＮｂ層及びＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層（図示せず）を形成する。
【００１４】
引き続いて、同じくスパッタリング法を用いて、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52からなる反強磁性体層３１、Ｃｏ90Ｆｅ10からなるピンド層３２、Ｃｕ中間層３３、Ｃｏ90Ｆｅ10／Ｎｉ81Ｆｅ19／Ｃｏ90Ｆｅ10からなる３層構造のフリー層３４、Ａｇ中間層４２、Ｃｏ90Ｆｅ10からなるピンド層３６、及び、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52からなる反強磁性体層３７を順次積層させる。
【００１５】
次いで、ピンド層３２，３６の磁化方向を固定するために、１００ｋＡ／ｍの直流磁場を印加しながら、真空中で２３０℃で１〜３時間の熱処理を行うことによって反強磁性体層３１，３７の磁化方向を印加した直流磁場の方向とすることによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【００１６】
この場合、図に示すように、ピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 は反強磁性体層３１，３７の磁化方向Ｍ1 ，Ｍ2 に固定され、一方、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 はピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 とほぼ直交した方向となり、電極間にセンス電流３９（Ｉsens）を流すことによって外部印加磁場を測定することができる。
【００１７】
これは、Ｃｕ中間層３３とＡｇ中間層４２の比抵抗が異なるため、Ｃｕ中間層３３（比抵抗：１．５５×１０-6Ω・ｃｍ）に比べて比抵抗の小さなＡｇ中間層４２（比抵抗：１．４７×１０-6Ω・ｃｍ）の方に多くのセンス電流３９が流がれ、Ａｇ中間層４２側のセンス電流による磁界４０とＣｕ中間層３３側のセンス電流による磁界４１とが非対称になり、相対的に大きな誘導磁界となるセンス電流による磁界４０によって静磁気結合による磁界３８の影響を相殺しているためである。
なお、比抵抗は０℃における比抵抗であり、以下同様である。
【００１８】
なお、上記の出願においては、両方の中間層をＣｕで構成し、ビンド層３６側の中間層の厚さを相対的に厚くすることによって静磁気結合による磁界３８の影響を相殺すること、及び、ビンド層３６側の中間層をＣｕで構成し、ピンド層３２側の中間層をＣｕより比抵抗の大きなＰｔ（比抵抗９．８１×１０-6Ω・ｃｍ）等で構成することにより静磁気結合による磁界３８の影響を相殺することも提案している。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様な改良型デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子においては、中間層としてＣｕ以外の非磁性金属を用いた場合、得られる磁気抵抗効果がＣｕを用いた場合に比べて小さくなってしまうことが知られており、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 は制御できるものの、素子として得られる出力が小さくなってしまうという問題がある。
【００２０】
したがって、本発明は、磁気抵抗効果を損なうことなくセンス電流による磁界をアンバランスにして、フリー層の磁化方向を制御することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５によりそれぞれ互いに分離された第１の強磁性体層２、第２の強磁性体層４、及び、第３の強磁性体層６を備え、第２の強磁性体層４が第１の非磁性金属層３と第２の非磁性金属層５との間に配置されるとともに、第１の強磁性体層２及び第３の強磁性体層６の磁化方向が互いに平行に固定され、且つ、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５の比抵抗が互いに異なるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子において、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３を、ＴａまたはＷを、ＣｕまたはＰｄで挟んだサンドイッチ構造で構成することを特徴とする。
【００２２】
この様に、第１の非磁性金属層３側に流れるセンス電流と第２の非磁性金属層５側に流れるセンス電流を非対称にすることによって、センス電流による磁界を非対称にする場合、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３を高比抵抗のＴａ（比抵抗：１２．３×１０ -6 Ω・ｃｍ）またはＷ（比抵抗：４．９×１０ -6 Ω・ｃｍ）をＣｕまたはＰｄで挟んだサンドイッチ構造、例えばＣｕ／Ｔａ／Ｃｕ積層構造で構成することによって磁気抵抗効果の低減を防止することができ、それによって、磁気抵抗効果を損なうことなく第２の強磁性体層４、即ち、フリー層の磁化方向を任意に制御することができる。
この場合、強磁性体層と接する界面にはＣｕ層或いはＰｄ層が存在するため、磁気抵抗効果を損なうことがない。
【００３１】
（２）また、本発明は、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５によりそれぞれ互いに分離された第１の強磁性体層２、第２の強磁性体層４、及び、第３の強磁性体層６を備え、第２の強磁性体層４が第１の非磁性金属層３と第２の非磁性金属層５との間に配置されるとともに、第１の強磁性体層２及び第３の強磁性体層６の磁化方向が互いに平行に固定され、且つ、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５の比抵抗が互いに異なるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子において、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３を、ＴａまたはＷの少なくとも一方と、ＣｕまたはＰｄの少なくとも一方との合金層で構成することを特徴とする。
【００３２】
この様に、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３は、高比抵抗のＴａまたはＷの少なくとも一方と、ＣｕまたはＰｄの少なくとも一方との合金層、例えば、Ｔａ−Ｃｕ合金層で構成しても良く、第１の非磁性金属層３にＣｕ或いはＰｄが含有されるため、磁気抵抗効果の劣化が少なくなる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の前提となる参考例の磁気抵抗効果素子を説明する。
図２参照
図２はデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を形成するための積層体の要部断面構造であり、まず、（１００）面を主面とするシリコン基板１１上に３０Ｏｅ（≒２．４ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、スパッタリング法を用いて厚さ５ｎｍのＮｂ層及び厚さ５ｎｍＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層１２を形成する。
【００３４】
引き続いて、同じく３０Ｏｅの磁界を印加しながらスパッタリング法を用いて、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１３、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１４、厚さ２．０〜８．０ｎｍ、例えば、２．５ｎｍのＰｄ中間層１５、厚さ２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10／厚さ４ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19／厚さ２ｎｍＣｏ90Ｆｅ10からなる３層構造のフリー層１６、厚さ２．０〜８．０ｎｍ、例えば、２．５ｎｍのＣｕ中間層１７、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１８、及び、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１９を順次積層させる。
【００３５】
次いで、ピンド層１４，１８の磁化方向を固定するために、成膜時に印加した磁界と直交する２０００Ｏｅ（≒１６０ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、真空中で２３０℃で１時間の熱処理を行うことによって反強磁性体層１３，１９の磁化方向を印加した磁界の方向とすることによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【００３６】
なお、この場合も、２３０℃の熱処理工程において、Ｐｄ中間層１５及びＣｕ中間層１７を構成するＰｄ及びＣｕとＮｉ81Ｆｅ19との間の相互拡散が生じないように、フリー層１６をバリアとなるＣｏ90Ｆｅ10を用いて３層構造としている。
【００３７】
次いで、図示しないものの、素子の長手方向がピンド層１４，１８の固定された磁化方向と垂直になるように、この積層構造体を長さが１００μｍ、幅が１μｍのストライプ状にパターニングしたのち、素子幅が５μｍとなるように、厚さ２００ｎｍのＣｕパターンからなる４端子電極パターンを形成することによって、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子が完成する。
【００３８】
この場合、Ｐｄ中間層１５を構成するＰｄ（比抵抗：１０．０×１０-6Ω・ｃｍ）の比抵抗がＣｕ中間層１７を構成するＣｕ（比抵抗：１．５５×１０-6Ω・ｃｍ）の比抵抗より６倍以上大きいため、同じ厚さの対称構造を形成しても、大きなセンス電流による磁界を発生することができ、それによって、静磁気結合による磁界の影響を任意に相殺してフリー層１６の磁化方向Ｍ5 を、ピンド層１４，１８の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 とほぼ直交した方向とすることができ、電極間にセンス電流Ｉsensを流すことによって外部印加磁場を精度良く測定することができる。
【００３９】
また、シミュレーションにより、ＰｄはＣｕと同程度以上の磁気抵抗効果が得られることが発表されており（例えば、甲斐、椎木，第２１回日本応用磁気学会学術講演会概要集，４ｐｃ−５，１９９７参照）、Ｐｄ中間層１５を用いることにより、磁気抵抗効果を損なうことなく、且つ、層厚の対称性を崩すことなく高抵抗の中間層を構成することができる。
【００４０】
なお、Ｐｄ中間層１５に代えて、Ｃｕ／Ｐｄ或いはＣｕ／Ｐｄ／Ｃｕ等のＰｄと、Ｃｕ，Ａｇ（比抵抗：１．４７×１０-6Ω・ｃｍ），Ａｕ（比抵抗：２．０５×１０-6Ω・ｃｍ），Ｐｔ（比抵抗：９．８１×１０-6Ω・ｃｍ）の内のいずれかの金属との積層構造で中間層を構成しても良く、Ｐｄが存在することによって、磁気抵抗効果を損なうことなく、且つ、層厚の対称性を崩すことなく高抵抗の中間層を構成することができる。
【００４１】
また、Ｐｄ中間層１５に代えて、Ｐｄ−Ｃｕ等のＰｄと、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔの内のいずれかの金属との合金層で中間層を構成しても良く、Ｐｄが存在することによって、磁気抵抗効果の劣化の少ない高抵抗の中間層を構成することができる。
【００４２】
次に、図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明するが、ピンド層１４側の中間層の構成以外は上記の参考例と同様である。
なお、図３（ａ）はデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を形成するための積層体の要部断面構造であり、また、図３（ｂ）は多層中間層の拡大図である。
図３（ａ）参照
まず、（１００）面を主面とするシリコン基板１１上に３０Ｏｅ（≒２．４ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、スパッタリング法を用いて厚さ５ｎｍのＮｂ層及び厚さ５ｎｍＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層１２を形成する。
【００４３】
引き続いて、同じく３０Ｏｅの磁界を印加しながらスパッタリング法を用いて、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１３、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１４、Ｃｕ／Ｔａ／Ｃｕからなる３層構造の多層中間層２０、厚さ２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10／厚さ４ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19／厚さ２ｎｍＣｏ90Ｆｅ10からなる３層構造のフリー層１６、厚さ２．０〜８．０ｎｍ、例えば、２．５ｎｍのＣｕ中間層１７、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１８、及び、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１９を順次積層させる。
【００４４】
図３（ｂ）参照
この場合の多層中間層２０は、例えば、厚さ０．７ｎｍのＣｕ層２１、厚さ１．０ｎｍのＴａ層２２、厚さ０．７ｎｍのＣｕ層２３を順次積層させた構造からなる。
【００４５】
次いで、ピンド層１４，１８の磁化方向を固定するために、成膜時に印加した磁界と直交する２０００Ｏｅ（≒１６０ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、真空中で２３０℃で１時間の熱処理を行うことによって反強磁性体層１３，１９の磁化方向を印加した磁界の方向とすることによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【００４６】
なお、この場合も、２３０℃の熱処理工程において、多層中間層２０及びＣｕ中間層１７を構成するＣｕとＮｉ81Ｆｅ19との間の相互拡散が生じないように、フリー層１６をバリアとなるＣｏ90Ｆｅ10を用いて３層構造としている。
【００４７】
次いで、図示しないものの、素子の長手方向がピンド層１４，１８の固定された磁化方向と垂直になるように、この積層構造体を長さが１００μｍ、幅が１μｍのストライプ状にパターニングしたのち、素子幅が５μｍとなるように、厚さ２００ｎｍのＣｕパターンからなる４端子電極パターンを形成することによって、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子が完成する。
【００４８】
この場合も、ピンド層１４，１８の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 は反強磁性体層１３，１９の磁化方向Ｍ1 ，Ｍ2 に固定され、一方、フリー層１６の磁化方向Ｍ5 はピンド層１４，１８の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 とほぼ直交した方向となり、電極間にセンス電流Ｉsensを流すことによって、上記の第１の実施の形態と同様に外部印加磁場を測定することができる。
【００４９】
この第１の実施の形態においては、ピンド層１４側の中間層を高抵抗にするために、比抵抗の大きなＴａ（比抵抗：１２．３×１０-6Ω・ｃｍ）層２２を磁気抵抗効果の大きなＣｕ層２１，２３で挟んだサンドイッチ構造としており、強磁性体層、即ち、ピンド層１４とフリー層１６との界面がＣｕ層２１，２３で接することになるので、磁気抵抗効果を損なうことなく中間層の抵抗を高くすることができる。
【００５０】
なお、多層中間層２０を構成する高比抵抗材料はＴａに限られるものではなく、Ｗ（比抵抗：４．９×１０-6Ω・ｃｍ）を用いても良いものであり、また、この様なＴａ，Ｗ等の高比抵抗層を挟み込むＣｕ層２１，２３の代わりに、Ｃｕと同程度の磁気抵抗効果を有するＰｄを用いても良いものである。
【００５１】
また、中間層の比抵抗を制御するための手段は、多層中間層構造に限られるものではなく、Ｔａ，Ｗ等の高比抵抗層とＣｕ，Ｐｄ等の磁気抵抗効果の大きな非磁性金属との合金層を用いても良いものであり、Ｃｕ或いはＰｄを含有させることにより、磁気抵抗効果の劣化の少ない高抵抗の中間層を構成することができる。
【００５２】
また、上記の実施の形態においては、単一の素子構造として説明しているが、この様な積層構造を複数段積層させて大きな出力を得るようにしても良く、その場合には、Ｃｕ等の非磁性層を介して積層させれば良く、或いは、最上層の反強磁性体層１９を次段の最下層の反強磁性体層１３の一部として兼用して、最上層の反強磁性体層１９上に、直接、次段のピンド層１４を積層させても良い。
【００５３】
また、上記の実施の形態の説明においては、基板側の中間層の比抵抗を相対的に高くしているが、逆に、フリー層上の中間層の比抵抗を相対的に高くしても良いものであり、その場合には、センス電流を流す方向を逆にすれば良い。
【００５４】
また、上記の本発明の実施の形態の説明においては、基板としてシリコン基板を用いているが、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板、表面にシリコンＯ2 膜を形成したシリコン基板、或いは、ガラス基板等の基板を用いても良いものであり、また、強磁性体及び反強磁性体としても、実施の形態に記載した以外の通常に用いられている強磁性体及び反強磁性体を用いても良いものである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の少なくとも一方の中間層の比抵抗を、高比抵抗層とＣｕ或いはＰｄとのサンドイッチ構造或いはそれらの合金にすることにより高比抵抗にすることができ、それによって、磁気抵抗効果を損なうことなく静磁気結合による磁界を影響を相殺することができるので、ダイナミックレンジの大きな信頼性の高い磁気抵抗効果素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】 本発明の前提となる参考例の説明図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図４】従来のデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の説明図である。
【図５】従来の改良型デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の反強磁性体層
２ 第１の強磁性体層
３ 第１の非磁性金属層
４ 第２の強磁性体層
５ 第２の非磁性金属層
６ 第３の強磁性体層
７ 第２の反強磁性体層
１１ シリコン基板
１２ 下地層
１３ 反強磁性体層
１４ ピンド層
１５ Ｐｄ中間層
１６ フリー層
１７ Ｃｕ中間層
１８ ピンド層
１９ 反強磁性体層
２０ 多層中間層
２１ Ｃｕ層
２２ Ｔａ層
２３ Ｃｕ層
３１ 反強磁性体層
３２ ピンド層
３３ Ｃｕ中間層
３４ フリー層
３５ Ｃｕ中間層
３６ ピンド層
３７ 反強磁性体層
３８ 静磁気結合による磁界
３９ センス電流
４０ センス電流による磁界
４１ センス電流による磁界
４２ Ａｇ中間層
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗効果素子に関し、特に、磁気抵抗効果を損なうことなく静磁気結合による磁界の影響を低減するための非磁性金属層、即ち、中間層の構成に特徴のあるデュアルスピンバルブ効果を利用した磁気抵抗効果素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のハードディスク装置の小型化，大容量化の需要の高まりに伴い、高密度磁気記録が可能なハードディスク装置の研究開発が急速に進められており、この様な磁気記録装置の読取ヘッドとして低磁界で大きな出力が得られる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を使用した磁気センサが開発されている。
【０００３】
例えば、ＩＢＭにより「スピン・バルブ効果利用の磁気抵抗センサ（特開平４−３５８３１０号公報参照）」が提案されているが、この磁気センサは、非磁性金属層によって分離された２つの結合していない強磁性体層を備え、一方の強磁性体層にＦｅＭｎで代表される反強磁性体層を付着して強磁性体層の磁化Ｍが固定されているサンドイッチ構造となっている。
【０００４】
この磁気センサにおいて、外部磁場が印加されると、磁化が固定されていない他方の強磁性体層、即ち、フリー（ｆｒｅｅ）層の磁化方向が外部磁場に一致して自由に回転するため、磁化が固定された強磁性体層、即ち、ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）層の磁化方向と角度差を生ずることになる。
【０００５】
この角度差に依存して伝導電子のスピンに依存した散乱が変化し、電気抵抗値が変化するので、この電気抵抗値の変化を定電流のセンス電流を流すことによって電圧値の変化として検出し、それによって、外部磁場の状況、即ち、磁気記録媒体からの信号磁場を取得するものであり、このスピンバルブ磁気抵抗センサの磁気抵抗変化率は約５％程度となる。
【０００６】
この様なスピンバルブ磁気抵抗センサの効率を高めるために、同じくＩＢＭにより「二重スピン・バルブ磁気抵抗センサ（特開平６−２２３３３６号公報参照）」が提案されており、このデュアル（二重）スピンバルブ磁気抵抗効果素子は、フリー層を中心に対称的にスピンバルブ構造を積層したものであり、この構成によって約２倍の磁気抵抗変化を得ているので、図４を参照してこの様なデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を説明する。
【０００７】
図４参照
図４は反強磁性体層３１乃至反強磁性体層３７の各層を分離して示した斜視図であり、まず、基板（図示せず）上にスパッタリング法を用いて所定方向の第１の磁界を印加しながらＴａ層及びＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層（図示せず）を形成したのち、引き続いて反強磁性体層３１、強磁性体層からなるピンド層３２、非磁性金属であるＣｕからなるＣｕ中間層３３、強磁性体層からなるフリー層３４、Ｃｕ中間層３５、強磁性体層からなるピンド層３６、及び、反強磁性体層３７を順次積層させたのち、真空中で第１の磁界と直交する第２の磁界を印加した状態で熱処理を行うことによって反強磁性体層３１，３７の磁化方向を決定することによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【０００８】
図に示すように、ピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 は反強磁性体層３１，３７の磁化方向Ｍ1 ，Ｍ2 に固定され、一方、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 は、上下のピンド層３２，３６の静磁気結合による磁界３８によって、図４において細い実線で示す面内で、破線で示す矢印の方向から実線で示す矢印の方向に、即ち、ピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 と反平行な方向に回転してしまうことになる。
【０００９】
この様なフリー層３４の磁化方向Ｍ5 の回転によって、外部印加磁場がないときの動作中心点、即ち、最大抵抗と最小抵抗の中心値を与える磁場強度が中心である零磁場からずれてしまい、動作中心点の変動にともなって、磁気抵抗センサのバイアス点が変動し、十分なダイナミックレンジが確保できなくなるという問題がある。
【００１０】
なお、この様なフリー層３４の磁化方向Ｍ5 の回転は、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子をヘッドとして組み込む際のプロセス中のレジスト硬化処理に代表される磁場中熱処理によっても、或いは、ヘッドとして動作させる際に、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を上下から挟むシールド層から発生する漏れ磁界によっても生ずるものである。
【００１１】
従来の単一構造のスピンバルブ磁気抵抗効果素子においては、この様な静磁気結合による磁界３８の影響はセンス電流３９の値を適当に選択することによって、センス電流による磁界によって相殺していたが、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子においては、低抵抗の２つのＣｕ中間層３３，３５を中心に流れるセンス電流３９によって、センス電流による磁界４０，４１が発生するが、このセンス電流による磁界４０，４１は互いに同等であり、フリー層３４に対しては反対向きの誘導磁界が作用し、結果的にセンス電流による磁界４０，４１の与える影響は相殺されることになり、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 の制御を行うことができなかった。
【００１２】
なお、この様なデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の反強磁性体層３１，３７としてＰｄ・Ｐｔ・Ｍｎを用いた場合には、従来のＦｅＭｎとは異なり、下の層がどの様な結晶構造を有していても反強磁性体特性を失わないので、上下のどちらのピンド層３２，３６に対しても固定磁界を与えることができる（必要ならば、特願平８−２５７０６８号参照）。
【００１３】
この様なフリー層３４の磁化方向Ｍ5 の回転の問題点を解決するために、本発明者は、センス電流による磁界４０，４１をアンバランスにすることによって、静磁気結合による磁界３８の影響を相殺することを提案している（必要ならば、特願平９−２６１６４１号参照）ので、図５を参照してこの改良型デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を説明する。
図５参照
図５も反強磁性体層３１乃至反強磁性体層３７の各層を分離して示した斜視図であり、まず、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣセラミックからなる基板（図示せず）上にスパッタリング法を用いてＮｂ層及びＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層（図示せず）を形成する。
【００１４】
引き続いて、同じくスパッタリング法を用いて、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52からなる反強磁性体層３１、Ｃｏ90Ｆｅ10からなるピンド層３２、Ｃｕ中間層３３、Ｃｏ90Ｆｅ10／Ｎｉ81Ｆｅ19／Ｃｏ90Ｆｅ10からなる３層構造のフリー層３４、Ａｇ中間層４２、Ｃｏ90Ｆｅ10からなるピンド層３６、及び、Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52からなる反強磁性体層３７を順次積層させる。
【００１５】
次いで、ピンド層３２，３６の磁化方向を固定するために、１００ｋＡ／ｍの直流磁場を印加しながら、真空中で２３０℃で１〜３時間の熱処理を行うことによって反強磁性体層３１，３７の磁化方向を印加した直流磁場の方向とすることによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【００１６】
この場合、図に示すように、ピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 は反強磁性体層３１，３７の磁化方向Ｍ1 ，Ｍ2 に固定され、一方、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 はピンド層３２，３６の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 とほぼ直交した方向となり、電極間にセンス電流３９（Ｉsens）を流すことによって外部印加磁場を測定することができる。
【００１７】
これは、Ｃｕ中間層３３とＡｇ中間層４２の比抵抗が異なるため、Ｃｕ中間層３３（比抵抗：１．５５×１０-6Ω・ｃｍ）に比べて比抵抗の小さなＡｇ中間層４２（比抵抗：１．４７×１０-6Ω・ｃｍ）の方に多くのセンス電流３９が流がれ、Ａｇ中間層４２側のセンス電流による磁界４０とＣｕ中間層３３側のセンス電流による磁界４１とが非対称になり、相対的に大きな誘導磁界となるセンス電流による磁界４０によって静磁気結合による磁界３８の影響を相殺しているためである。
なお、比抵抗は０℃における比抵抗であり、以下同様である。
【００１８】
なお、上記の出願においては、両方の中間層をＣｕで構成し、ビンド層３６側の中間層の厚さを相対的に厚くすることによって静磁気結合による磁界３８の影響を相殺すること、及び、ビンド層３６側の中間層をＣｕで構成し、ピンド層３２側の中間層をＣｕより比抵抗の大きなＰｔ（比抵抗９．８１×１０-6Ω・ｃｍ）等で構成することにより静磁気結合による磁界３８の影響を相殺することも提案している。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様な改良型デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子においては、中間層としてＣｕ以外の非磁性金属を用いた場合、得られる磁気抵抗効果がＣｕを用いた場合に比べて小さくなってしまうことが知られており、フリー層３４の磁化方向Ｍ5 は制御できるものの、素子として得られる出力が小さくなってしまうという問題がある。
【００２０】
したがって、本発明は、磁気抵抗効果を損なうことなくセンス電流による磁界をアンバランスにして、フリー層の磁化方向を制御することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５によりそれぞれ互いに分離された第１の強磁性体層２、第２の強磁性体層４、及び、第３の強磁性体層６を備え、第２の強磁性体層４が第１の非磁性金属層３と第２の非磁性金属層５との間に配置されるとともに、第１の強磁性体層２及び第３の強磁性体層６の磁化方向が互いに平行に固定され、且つ、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５の比抵抗が互いに異なるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子において、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３を、ＴａまたはＷを、ＣｕまたはＰｄで挟んだサンドイッチ構造で構成することを特徴とする。
【００２２】
この様に、第１の非磁性金属層３側に流れるセンス電流と第２の非磁性金属層５側に流れるセンス電流を非対称にすることによって、センス電流による磁界を非対称にする場合、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３を高比抵抗のＴａ（比抵抗：１２．３×１０ -6 Ω・ｃｍ）またはＷ（比抵抗：４．９×１０ -6 Ω・ｃｍ）をＣｕまたはＰｄで挟んだサンドイッチ構造、例えばＣｕ／Ｔａ／Ｃｕ積層構造で構成することによって磁気抵抗効果の低減を防止することができ、それによって、磁気抵抗効果を損なうことなく第２の強磁性体層４、即ち、フリー層の磁化方向を任意に制御することができる。
この場合、強磁性体層と接する界面にはＣｕ層或いはＰｄ層が存在するため、磁気抵抗効果を損なうことがない。
【００３１】
（２）また、本発明は、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５によりそれぞれ互いに分離された第１の強磁性体層２、第２の強磁性体層４、及び、第３の強磁性体層６を備え、第２の強磁性体層４が第１の非磁性金属層３と第２の非磁性金属層５との間に配置されるとともに、第１の強磁性体層２及び第３の強磁性体層６の磁化方向が互いに平行に固定され、且つ、第１の非磁性金属層３及び第２の非磁性金属層５の比抵抗が互いに異なるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子において、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３を、ＴａまたはＷの少なくとも一方と、ＣｕまたはＰｄの少なくとも一方との合金層で構成することを特徴とする。
【００３２】
この様に、相対的に比抵抗の大きな第１の非磁性金属層３は、高比抵抗のＴａまたはＷの少なくとも一方と、ＣｕまたはＰｄの少なくとも一方との合金層、例えば、Ｔａ−Ｃｕ合金層で構成しても良く、第１の非磁性金属層３にＣｕ或いはＰｄが含有されるため、磁気抵抗効果の劣化が少なくなる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の前提となる参考例の磁気抵抗効果素子を説明する。
図２参照
図２はデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を形成するための積層体の要部断面構造であり、まず、（１００）面を主面とするシリコン基板１１上に３０Ｏｅ（≒２．４ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、スパッタリング法を用いて厚さ５ｎｍのＮｂ層及び厚さ５ｎｍＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層１２を形成する。
【００３４】
引き続いて、同じく３０Ｏｅの磁界を印加しながらスパッタリング法を用いて、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１３、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１４、厚さ２．０〜８．０ｎｍ、例えば、２．５ｎｍのＰｄ中間層１５、厚さ２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10／厚さ４ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19／厚さ２ｎｍＣｏ90Ｆｅ10からなる３層構造のフリー層１６、厚さ２．０〜８．０ｎｍ、例えば、２．５ｎｍのＣｕ中間層１７、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１８、及び、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１９を順次積層させる。
【００３５】
次いで、ピンド層１４，１８の磁化方向を固定するために、成膜時に印加した磁界と直交する２０００Ｏｅ（≒１６０ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、真空中で２３０℃で１時間の熱処理を行うことによって反強磁性体層１３，１９の磁化方向を印加した磁界の方向とすることによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【００３６】
なお、この場合も、２３０℃の熱処理工程において、Ｐｄ中間層１５及びＣｕ中間層１７を構成するＰｄ及びＣｕとＮｉ81Ｆｅ19との間の相互拡散が生じないように、フリー層１６をバリアとなるＣｏ90Ｆｅ10を用いて３層構造としている。
【００３７】
次いで、図示しないものの、素子の長手方向がピンド層１４，１８の固定された磁化方向と垂直になるように、この積層構造体を長さが１００μｍ、幅が１μｍのストライプ状にパターニングしたのち、素子幅が５μｍとなるように、厚さ２００ｎｍのＣｕパターンからなる４端子電極パターンを形成することによって、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子が完成する。
【００３８】
この場合、Ｐｄ中間層１５を構成するＰｄ（比抵抗：１０．０×１０-6Ω・ｃｍ）の比抵抗がＣｕ中間層１７を構成するＣｕ（比抵抗：１．５５×１０-6Ω・ｃｍ）の比抵抗より６倍以上大きいため、同じ厚さの対称構造を形成しても、大きなセンス電流による磁界を発生することができ、それによって、静磁気結合による磁界の影響を任意に相殺してフリー層１６の磁化方向Ｍ5 を、ピンド層１４，１８の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 とほぼ直交した方向とすることができ、電極間にセンス電流Ｉsensを流すことによって外部印加磁場を精度良く測定することができる。
【００３９】
また、シミュレーションにより、ＰｄはＣｕと同程度以上の磁気抵抗効果が得られることが発表されており（例えば、甲斐、椎木，第２１回日本応用磁気学会学術講演会概要集，４ｐｃ−５，１９９７参照）、Ｐｄ中間層１５を用いることにより、磁気抵抗効果を損なうことなく、且つ、層厚の対称性を崩すことなく高抵抗の中間層を構成することができる。
【００４０】
なお、Ｐｄ中間層１５に代えて、Ｃｕ／Ｐｄ或いはＣｕ／Ｐｄ／Ｃｕ等のＰｄと、Ｃｕ，Ａｇ（比抵抗：１．４７×１０-6Ω・ｃｍ），Ａｕ（比抵抗：２．０５×１０-6Ω・ｃｍ），Ｐｔ（比抵抗：９．８１×１０-6Ω・ｃｍ）の内のいずれかの金属との積層構造で中間層を構成しても良く、Ｐｄが存在することによって、磁気抵抗効果を損なうことなく、且つ、層厚の対称性を崩すことなく高抵抗の中間層を構成することができる。
【００４１】
また、Ｐｄ中間層１５に代えて、Ｐｄ−Ｃｕ等のＰｄと、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔの内のいずれかの金属との合金層で中間層を構成しても良く、Ｐｄが存在することによって、磁気抵抗効果の劣化の少ない高抵抗の中間層を構成することができる。
【００４２】
次に、図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明するが、ピンド層１４側の中間層の構成以外は上記の参考例と同様である。
なお、図３（ａ）はデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子を形成するための積層体の要部断面構造であり、また、図３（ｂ）は多層中間層の拡大図である。
図３（ａ）参照
まず、（１００）面を主面とするシリコン基板１１上に３０Ｏｅ（≒２．４ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、スパッタリング法を用いて厚さ５ｎｍのＮｂ層及び厚さ５ｎｍＮｉＦｅ層を順次積層させて下地層１２を形成する。
【００４３】
引き続いて、同じく３０Ｏｅの磁界を印加しながらスパッタリング法を用いて、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１３、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１４、Ｃｕ／Ｔａ／Ｃｕからなる３層構造の多層中間層２０、厚さ２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10／厚さ４ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19／厚さ２ｎｍＣｏ90Ｆｅ10からなる３層構造のフリー層１６、厚さ２．０〜８．０ｎｍ、例えば、２．５ｎｍのＣｕ中間層１７、厚さ１〜４ｎｍ、例えば、２ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10からなるピンド層１８、及び、厚さ１０〜２５ｎｍ、例えば、２５ｎｍのＰｄ32Ｐｔ17Ｍｎ51からなる反強磁性体層１９を順次積層させる。
【００４４】
図３（ｂ）参照
この場合の多層中間層２０は、例えば、厚さ０．７ｎｍのＣｕ層２１、厚さ１．０ｎｍのＴａ層２２、厚さ０．７ｎｍのＣｕ層２３を順次積層させた構造からなる。
【００４５】
次いで、ピンド層１４，１８の磁化方向を固定するために、成膜時に印加した磁界と直交する２０００Ｏｅ（≒１６０ｋＡ／ｍ）の磁界を印加しながら、真空中で２３０℃で１時間の熱処理を行うことによって反強磁性体層１３，１９の磁化方向を印加した磁界の方向とすることによって、磁気抵抗効果素子の基本構造を形成する。
【００４６】
なお、この場合も、２３０℃の熱処理工程において、多層中間層２０及びＣｕ中間層１７を構成するＣｕとＮｉ81Ｆｅ19との間の相互拡散が生じないように、フリー層１６をバリアとなるＣｏ90Ｆｅ10を用いて３層構造としている。
【００４７】
次いで、図示しないものの、素子の長手方向がピンド層１４，１８の固定された磁化方向と垂直になるように、この積層構造体を長さが１００μｍ、幅が１μｍのストライプ状にパターニングしたのち、素子幅が５μｍとなるように、厚さ２００ｎｍのＣｕパターンからなる４端子電極パターンを形成することによって、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子が完成する。
【００４８】
この場合も、ピンド層１４，１８の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 は反強磁性体層１３，１９の磁化方向Ｍ1 ，Ｍ2 に固定され、一方、フリー層１６の磁化方向Ｍ5 はピンド層１４，１８の磁化方向Ｍ3 ，Ｍ4 とほぼ直交した方向となり、電極間にセンス電流Ｉsensを流すことによって、上記の第１の実施の形態と同様に外部印加磁場を測定することができる。
【００４９】
この第１の実施の形態においては、ピンド層１４側の中間層を高抵抗にするために、比抵抗の大きなＴａ（比抵抗：１２．３×１０-6Ω・ｃｍ）層２２を磁気抵抗効果の大きなＣｕ層２１，２３で挟んだサンドイッチ構造としており、強磁性体層、即ち、ピンド層１４とフリー層１６との界面がＣｕ層２１，２３で接することになるので、磁気抵抗効果を損なうことなく中間層の抵抗を高くすることができる。
【００５０】
なお、多層中間層２０を構成する高比抵抗材料はＴａに限られるものではなく、Ｗ（比抵抗：４．９×１０-6Ω・ｃｍ）を用いても良いものであり、また、この様なＴａ，Ｗ等の高比抵抗層を挟み込むＣｕ層２１，２３の代わりに、Ｃｕと同程度の磁気抵抗効果を有するＰｄを用いても良いものである。
【００５１】
また、中間層の比抵抗を制御するための手段は、多層中間層構造に限られるものではなく、Ｔａ，Ｗ等の高比抵抗層とＣｕ，Ｐｄ等の磁気抵抗効果の大きな非磁性金属との合金層を用いても良いものであり、Ｃｕ或いはＰｄを含有させることにより、磁気抵抗効果の劣化の少ない高抵抗の中間層を構成することができる。
【００５２】
また、上記の実施の形態においては、単一の素子構造として説明しているが、この様な積層構造を複数段積層させて大きな出力を得るようにしても良く、その場合には、Ｃｕ等の非磁性層を介して積層させれば良く、或いは、最上層の反強磁性体層１９を次段の最下層の反強磁性体層１３の一部として兼用して、最上層の反強磁性体層１９上に、直接、次段のピンド層１４を積層させても良い。
【００５３】
また、上記の実施の形態の説明においては、基板側の中間層の比抵抗を相対的に高くしているが、逆に、フリー層上の中間層の比抵抗を相対的に高くしても良いものであり、その場合には、センス電流を流す方向を逆にすれば良い。
【００５４】
また、上記の本発明の実施の形態の説明においては、基板としてシリコン基板を用いているが、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板、表面にシリコンＯ2 膜を形成したシリコン基板、或いは、ガラス基板等の基板を用いても良いものであり、また、強磁性体及び反強磁性体としても、実施の形態に記載した以外の通常に用いられている強磁性体及び反強磁性体を用いても良いものである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の少なくとも一方の中間層の比抵抗を、高比抵抗層とＣｕ或いはＰｄとのサンドイッチ構造或いはそれらの合金にすることにより高比抵抗にすることができ、それによって、磁気抵抗効果を損なうことなく静磁気結合による磁界を影響を相殺することができるので、ダイナミックレンジの大きな信頼性の高い磁気抵抗効果素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】 本発明の前提となる参考例の説明図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図４】従来のデュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の説明図である。
【図５】従来の改良型デュアルスピンバルブ磁気抵抗効果素子の説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の反強磁性体層
２ 第１の強磁性体層
３ 第１の非磁性金属層
４ 第２の強磁性体層
５ 第２の非磁性金属層
６ 第３の強磁性体層
７ 第２の反強磁性体層
１１ シリコン基板
１２ 下地層
１３ 反強磁性体層
１４ ピンド層
１５ Ｐｄ中間層
１６ フリー層
１７ Ｃｕ中間層
１８ ピンド層
１９ 反強磁性体層
２０ 多層中間層
２１ Ｃｕ層
２２ Ｔａ層
２３ Ｃｕ層
３１ 反強磁性体層
３２ ピンド層
３３ Ｃｕ中間層
３４ フリー層
３５ Ｃｕ中間層
３６ ピンド層
３７ 反強磁性体層
３８ 静磁気結合による磁界
３９ センス電流
４０ センス電流による磁界
４１ センス電流による磁界
４２ Ａｇ中間層
Claims (2)
- 第１の非磁性金属層及び第２の非磁性金属層によりそれぞれ互いに分離された第１の強磁性体層、第２の強磁性体層、及び、第３の強磁性体層を備え、前記第２の強磁性体層が前記第１の非磁性金属層と前記第２の非磁性金属層との間に配置されるとともに、前記第１の強磁性体層及び第３の強磁性体層の磁化方向が互いに平行に固定され、且つ、前記第１の非磁性金属層及び第２の非磁性金属層の比抵抗が互いに異なるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子において、相対的に比抵抗の大きな前記第１の非磁性金属層を、ＴａまたはＷを、ＣｕまたはＰｄで挟んだサンドイッチ構造で構成することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 第１の非磁性金属層及び第２の非磁性金属層によりそれぞれ互いに分離された第１の強磁性体層、第２の強磁性体層、及び、第３の強磁性体層を備え、前記第２の強磁性体層が前記第１の非磁性金属層と前記第２の非磁性金属層との間に配置されるとともに、前記第１の強磁性体層及び第３の強磁性体層の磁化方向が互いに平行に固定され、且つ、前記第１の非磁性金属層及び第２の非磁性金属層の比抵抗が互いに異なるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子において、相対的に比抵抗の大きな前記第１の非磁性金属層を、ＴａまたはＷの少なくとも一方と、ＣｕまたはＰｄの少なくとも一方との合金層で構成することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
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