JP4244312B2 - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置 - Google Patents
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Description
J. Phys. Condens. Matter., vol.11, p5717 (1999) J. Appl. Phys. 89, p6943 (2001) IEEE Trans. Magn. 38, 2277 (2002)
図1は、本発明の第1の実施例にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
また、フリー層Fは、その磁化が外部磁界に応じて変化しうる強磁性体膜を含む層である。一方、スペーサ層Sは、第2のピン層P2とフリー層Fとの間の磁気的な結合を遮断する役割を有する層である。本実施例の場合、スペーサ層Sは金属層M1、抵抗増大層RI、金属層M2をこの順に積層した構造を有する。金属層M1、M2は、非磁性金属からなる。一方、抵抗増大層RIは、絶縁部RIaと、その一部を厚み方向に略貫通する導電部RIbとを有する。すなわち、抵抗増大層RIは、磁気抵抗効果素子の電気抵抗を増大させ、且つその導電部RIbを介して、膜面に対して垂直な方向のセンス電流の通電が確保されている。
なお、CIP型のGMR素子のスピンバルブにスピンフィルタ層を設けた構造は既に開示されている。ただし、その主な目的は本発明とは異なり、センス電流によるフリー層へのバイアス磁場の制御にある。
また、伝導以外の効果として、フリー層Fの磁気特性の改善も挙げられる。フリー層Fの結晶配向性が劣化すると、デバイス特性として不可欠な軟磁気特性や磁歪の特性が悪くなる。これらは、信号磁場への感度という観点で重要な特性である。したがって、スピンフィルタ層SFによりフリー層Fの磁気特性を改善することは、重要な効果である。
次に、本発明の第2の実施例として、フリー層に抵抗増大層を設けたスピンバルブ膜に、厚みのあるスピンフィルタ層SFを挿入したCPP型のGMR素子について説明する。
次に、本発明の第3の実施例として、ピン層に抵抗増大層を設けたスピンバルブ膜に、厚みのあるスピンフィルタ層SFを挿入したCPP型のGMR素子について説明する。
図2を見ると、スピンフィルタ層SFがない場合(膜厚ゼロnm)にはMRが3.6%であるのに対し、厚み1nmのCu層を設けた場合にはMRが3.8%に上がることが分かった。このMR向上の理由も、第1及び第2実施例に関して前述したように、スピンフィルタ層SFを挿入したことによる、界面効果によると考えられる。つまり、フリー層/保護層界面よりもフリー層/スピンフィルタ層界面において、スピン依存界面散乱が大きくなるために、MRが増加することが推測される。
次に、本発明の第4の実施例として、スピンフィルタ層SFを積層構造とした磁気抵抗効果素子について説明する。
図15は、スピンフィルタ層SFを積層構造とした磁気抵抗効果素子の断面構造を例示する模式図である。
すなわち、本具体例は第1実施例と類似した構造を有し、ただしスピンフィルタ層SFが、第1のスピンフィルタ層SF1と第2のスピンフィルタ層SF2ととの積層構造とされている。これら第1及び第2のスピンフィルタ層SF1、SF2は、非磁性金属により形成できる。
サンプル番号1から4は、スピンフィルタ層SFを単層とした場合の結果である。サンプル番号3において用いたRu(ルテニウム)からなるスピンフィルタ層は、結晶配向性を向上させる効果はあるものの、フリー層F(Ni80Fe20)との界面が負のスピン依存散乱因子を持つためMRが向上しにくい。そこで、フリー層Fと接する側のスピンフィルタ層SF1として、スピン依存界面散乱因子が正で大きなCuからなる層を配し、スピンフィルタ層SF2にRuを用いる構造(サンプル番号5)とすると、MRが改善する。
次に、本発明の第5の実施例として、複数の抵抗増大層RIを設けた磁気抵抗効果素子について説明する。
次に、本発明の第6の実施例として、ピン層とフリー層の積層順序が反転された磁気抵抗効果素子について説明する。すなわち、第1乃至第5実施例に関して前述した効果は、スピンバルブ膜の積層順序を、図18に例示した如く反転させた場合にも得られる。
次に、本発明の第7の実施例として、CPP型の磁気抵抗効果素子の具体例を挙げて説明する。
次に、本発明の第8の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気再生装置について説明する。すなわち、図1乃至図20に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
サスペンション154の先端には、図1乃至図20に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ153が取り付けられている。サスペンション154は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線164を有し、このリード線164とヘッドスライダ153に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中165は磁気ヘッドアッセンブリ160の電極パッドである。
次に、本発明の第9の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリについて説明する。すなわち、図1乃至図20に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子を用いて、例えば、メモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ(magnetic random access memory)などの磁気メモリを実現できる。
16 ハード膜
18 パッシベーション膜
150 磁気記録再生装置
152 スピンドル
153 ヘッドスライダ
154 サスペンション
155 アクチュエータアーム
156 ボイスコイルモータ
157 スピンドル
160 磁気ヘッドアッセンブリ
164 リード線
200 媒体ディスク
200 記録用媒体ディスク
311 記憶素子部分
312 アドレス選択用トランジスタ部分
312 選択用トランジスタ部分
321 磁気抵抗効果素子
322 ビット線
322 配線
323 ワード線
323 配線
324 下部電極
326 ビア
328 配線
330 スイッチングトランジスタ
330 トランジスタ
332 ゲート
332 ワード線
334 ビット線
334 ワード線
334 配線
350 列デコーダ
351 行デコーダ
352 センスアンプ
360 デコーダ
AC 反平行結合層
AF 反強磁性層
BF 下地層
LE 下電極
UE 上電極
PL 保護層
D ダイオード
F、F1、F2 フリー層(磁化自由層)
P、P1、P2 ピン層(磁化固着層)
S スペーサ層(非磁性金属中間層)
SF スピンフィルタ層
Claims (3)
- 磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、
磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、
前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、
前記磁化固着層、前記磁化自由層及び前記非磁性金属中間層の少なくともいずれかに設けられ、絶縁部を含む抵抗増大層と、
前記非磁性金属中間層とは反対側において前記磁化自由層に隣接して設けられた厚みが2nm以上のスピンフィルタ層と、
前記磁化自由層とは反対側において前記スピンフィルタ層に隣接して設けられた保護層と、
前記磁化固着層、前記磁化自由層、前記非磁性金属中間層、前記抵抗増大層及び前記スピンフィルタ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記保護層がTa、Ti及びRuよりなる群から選ばれた少なくとも1種の材料よりなり、
前記スピンフィルタ層が、前記磁化自由層と接する側から、Cu、(Ni 1−x Fe x ) 1−y Cr y 合金(15<x<25, 20<y<45)が積層された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1記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
- 請求項2記載の磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気再生装置。
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