JP4324162B2

JP4324162B2 - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッドおよびハードディスク装置

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Publication number: JP4324162B2
Application number: JP2005369916A
Authority: JP
Inventors: 友人水野; 芳弘土屋; 幸司島沢; 大助宮内
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2007173572A

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子を利用した薄膜磁気ヘッド、および薄膜磁気ヘッドを用いたハードディスク装置に関する。

ハードディスク装置には、磁気信号読み出し用の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有する薄膜磁気ヘッドが用いられている。近年、ハードディスク装置の高記録密度化が進んできており、それに伴い、薄膜磁気ヘッドにおいても特に磁気抵抗効果素子に対する高感度化および高出力化の要求が高まっている。

このような要求に対応して、磁化方向が固定されたピンド層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とを、非磁性のスペーサ層で挟んだ構造を有するスピンバルブ膜（ＳＶ膜）を用いた磁気抵抗効果素子が開発されている。ピンド層およびフリー層は強磁性層として形成され、ピンド層は、反強磁性層上に設けられることによって磁化方向が固定される。強磁性層には、ＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金などが用いられる。また最近では、ピンド層を強磁性体の単層構造から、強磁性層／非磁性金属層／強磁性層の３層構造とすることで、２つの強磁性層間に強い交換結合を与えて、反強磁性層からの交換結合力を実効的に増大させるというシンセティック型のＳＶ膜も開発されている。

また、出力向上という観点から、膜面に対して垂直にセンス電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の磁気抵抗効果素子も提案されている。ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では、強磁性層の分極率が大きいことが望まれている。分極率が大きいと、磁気抵抗効果素子の感度を表す指標である磁気抵抗変化率（ＭＲ比ともいう）が大きくなる。

ＭＲ比を向上させるため、特許文献１および特許文献２には、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方に、組成式がＸ₂ＹＺで表されるホイスラー合金層を有する磁気抵抗効果素子が開示されている。

特許文献１では、ホイスラー合金層の例として、上記組成式を表すＸが周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素であり、ＹがＭｎであり、ＺがＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂのうちから選択された１種または２種以上の元素であるものが挙げられている。

特許文献２では、ホイスラー合金層の例として、ＸがＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうちの１種または２種以上の元素であり、ＹがＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種または２種以上の元素であり、ＺがＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうちの１種または２種以上の元素であるものが挙げられている。さらに、特許文献２では、ホイスラー合金層は、ＳＶ膜の膜面と平行な方向に｛２２０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している体心立方構造を有し、ＳＶ膜の膜面と平行な方向に［１１０］面として表される等価な結晶面が優先配向している体心立方構造層の上に形成されている。
特開２００３−２１８４２８号公報特開２００５−１１６７０１号公報

上述のように、ピンド層およびフリー層をＣｏＦｅ合金等で構成した場合、高いＭＲ比を得ようとすると、ピンド層およびフリー層の膜厚が厚くなる。このことにより、外部磁界に対してシンセティックピンド層の強磁性層の交換結合が弱くなり、磁気的に不安定になる場合がある。また、界面散乱を増すためにピンド層およびフリー層をＣｕとの多層構造とすることもあり、これによってエレクトロマイグレーションが生じ易くなってしまう。

ピンド層およびフリー層の少なくとも一方がホイスラー合金層を有する構成とした場合は、ピンド層およびフリー層をＣｏＦｅ等で構成した場合と比較して、高いＭＲ比を得ることができ、また膜厚も薄くすることができる。しかし、磁気抵抗効果素子の性能向上に対する要求はさらに高くなってきており、したがって、磁気抵抗効果素子には更なる高ＭＲ比化が望まれている。

そこで本発明は、より高いＭＲ比を薄い膜厚で実現できる磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とする。

磁気抵抗効果素子のＭＲ比を向上することは、ホイスラー合金層を利用することである程度は達成できる。しかしながら、本発明者等は、ＭＲ比の更なる改善のためにはホイスラー合金層の組成や材料を最適化することが重要であると考え、本発明を完成するに至った。

本発明の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定されたピンド層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層と、ピンド層と前記フリー層との間に設けられた非磁性のスペーサ層と、を有している。さらに本発明の磁気抵抗効果素子は、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方は、スペーサ層に隣接して設けられたホイスラー合金層を含でいる。そして、このホイスラー合金層は、組成式がＣｏ₂ＹＡｌ（ただし、Ｙは、６０〜７９原子％のＭｎおよび残部のＣｒ、または７０〜８０原子％のＭｎおよび残部のＶからなる。）で表されるホイスラー合金からなっている。

本発明の磁気抵抗光学素子では、ホイスラー合金の組成を上記のように規定することで、ホイスラー合金のバンドにＣｒまたはＶのバンドが加わり、分極率が増加する。その結果、ＹサイトをＭｎのみで構成した場合と比較してＭＲ比が向上する。また、膜厚についても、ホイスラー合金を用いない場合と比較してＭＲ比を向上しつつ薄くすることができる。

本発明の磁気抵抗効果素子において、ホイスラー合金はＬ２１構造またはＢ２構造をとっていることが好ましい。この場合、ホイスラー合金は、組成式がＣｏ₂ＹＡｌ（ただし、ＹサイトはＭｎである。）で表されるホイスラー合金において、ＹサイトのＭｎをＣｒまたはＶに部分置換したものであってもよい。

さらに、ピンド層は、非磁性中間層を２つの強磁性体層で挟んだシンセティックピンド層であり、これら強磁性体層のうちスペーサに接して設けられた層がホイスラー合金層を有する構成とすることができる。この場合、飽和磁化と膜厚との積で表される磁気膜厚が、各強磁性体層で等しくなるようにホイスラー合金層の膜厚が設定されていることが好ましい。

本発明は、さらに、上記本発明の磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供する。

本発明は、さらに、上記本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持するとともに記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、を有するハードディスク装置を提供する。

本発明によれば、ピンド層およびフリー層の少なくとも一方に設けられるホイスラー合金層を特定の組成とすることで、薄い膜厚を維持しつつ、より高いＭＲ比を達成することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図を概念的に示す。

本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、基板１１と、基板１１に形成された、記録媒体（不図示）に対する読み出しのための再生部２および書き込みのための記録部３とを有する。

基板１１は、耐摩耗性に優れたＡｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ（アルティック）からなる。基板１１の上面にはアルミナからなる下地層１２が形成され、この上に、再生部２および記録部３が積層される。

下地層１２の上には、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）といった磁性材料からなる下部シールド層１３が形成されている。下部シールド層１３の上の、媒体対向面Ｓ側の端部には、ＭＲ素子４が、その一端を媒体対向面Ｓに露出させて形成されている。ＭＲ素子４の上には、例えばパーマロイといった磁性材料からなる第１上部シールド層１５が形成されている。これら下部シールド層１３、ＭＲ素子４、および第１上部シールド層１５で、再生部２を構成する。下部シールド層１３と第１上部シールド層１５との間のＭＲ素子４が存在しない部分には、絶縁層１６ａが形成されている。

第１上部シールド層１５の上には、絶縁層１６ｂを介して、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料からなる第２上部シールド層１７が形成されている。第２上部シールド層１７は、ＭＲ素子４の上部シールド層としての機能の他に、記録部３の下部磁極層としての機能も兼ねている。

第２上部シールド層１７の上には、Ｒｕやアルミナなどの非磁性金属材料からなる絶縁のための記録ギャップ層１８を介して、上部磁極層１９が形成されている。記録ギャップ層１８は、媒体対向面Ｓ側の端部に、媒体対向面Ｓに一端を露出させて形成される。上部磁極層１９の材料としては、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料が用いられる。第２上部シールド層（下部磁極層）１７と上部磁極層１９とは、接続部２１によって磁気的に接続され、全体で一つの磁気回路を形成する。

第２上部シールド層１７と上部磁極層１９との間において、媒体対向面Ｓと接続部２１との間には、銅などの導電性材料からなるコイル２０ａ，２０ｂが２層に形成されている。各コイル２０ａ，２０ｂは、第２上部シールド層１７と上部磁極層１９とに磁束を供給するものであり、それぞれ平面螺旋状となるように接続部２１の周囲を周回する形状に形成されている。コイル２０ａ，２０ｂは、絶縁層によって周囲と絶縁されている。本実施形態では２層のコイル２０ａ，２０ｂを示したが、これに限られるものではなく、１層であってもよいし３層以上であってもよい。

オーバーコート層２２は、上部磁極層１９を覆って設けられ、上述した構造を保護する。オーバーコート層２２の材料としては、例えばアルミナなどの絶縁材料が用いられる。

次に、ＭＲ素子４について、図１に示すＭＲ素子４を媒体対向面Ｓ側から見た図である図２を参照して詳細に説明する。

ＭＲ素子４は、前述したように下部シールド層１３と上部シールド層１５との間に挟まれて形成されており、バッファー層４１、反強磁性層４２、ピンド層４３、スペーサ層４４、フリー層４５、およびキャップ層４６が、下部シールド層１３側からこの順番で積層された構成を有している。ここではピンド層４３として、非磁性中間層４３ｂをそれぞれ強磁性体からなるアウター層４３ａとインナー層４３ｃとで挟んだ構成とした例を示している。このようなピンド層４３は、シンセティックピンド層と呼ばれる。アウター層４３ａは反強磁性層４２に接して設けられ、インナー層４３ｃはスペーサ層４４に接して設けられている。

下部シールド層１３および上部シールド層１５は、それぞれ電極を兼用している。下部シールド層１３および上部シールド層１５の具体的な材料としてはＮｉＦｅが挙げられ、また、その場合の膜厚としては、２μｍ以下が適当である。ＭＲ素子４へは、これら下部シールド層１３および上部シールド層１５を通じて、膜面に直交する方向にセンス電流が流される。

バッファー層４１は、その材料として、反強磁性層４２とピンド層４３のアウター層４３ａとの交換結合が良好になる組み合わせが選ばれ、例えばＴａ／ＮｉＣｒまたはＴａ／Ｒｕの積層膜から構成される。反強磁性層４２は、ピンド層４３の磁化方向を固定する役割を果たすものであり、例えば、７ｎｍ程度の膜厚のＩｒＭｎから構成される。

ピンド層４３は、磁性層として形成され、前述したように、アウター層４３ａと、非磁性中間層４３ｂと、インナー層４３ｃとがこの順番に積層された構成を有する。

アウター層４３ａは、反強磁性層４２によって外部磁界に対して磁化方向が固定されており、例えば９０ＣｏＦｅ（０．５）／３０ＣｏＦｅ（０．５）／９０ＣｏＦｅ（０．９）の積層膜から構成される。ここで、９０ＣｏＦｅとは、コバルトを９０原子パーセント含むコバルト鉄合金を意味し、３０ＣｏＦｅとは、コバルトを３０原子パーセント含むコバルト鉄合金を意味する。すなわち、元素の前に記載された数字は、合金全体に対するその元素の原子パーセントを意味する。また、括弧内の値は、ｎｍで表したその合金の膜厚を示す。このことは、以降の合金の表記においても同様である。

非磁性中間層４３ｂは、例えば、０．８ｎｍ程度の膜厚のＲｕから構成される。

インナー層４３ｃは、ホイスラー合金からなる層であるホイスラー合金層を有する。ホイスラー合金層は、インナー層４３ｃすべてを構成してもよいし、インナー層４３ｃの一部を構成してもよい。ホイスラー合金層がインナー層４３ｃの一部を構成する場合、強磁性層として一般に用いられるＣｏＦｅからなる層の上に、ホイスラー合金層を積層した構成とすることができる。いずれの場合でも、ホイスラー合金層は、スペーサ層４４側に設けられる。シンセティックピンド層では、アウター層４３ａとインナー層４３ｃとの磁気モーメントが互いに相殺され、全体としての漏れ磁界が抑制されるとともに、インナー層４３ｃの磁化方向が強固に固定される。

本形態で用いられるホイスラー合金は、組成式がＣｏ₂ＹＺで表されるフルホイスラー合金である。ここで、Ｙサイトは、４８〜８８原子％のＭｎおよび残部のＣｒ（以下、Ｍｎ_0.88-0.48Ｃｒ_0.12-0.52と表記する）、または、５８〜８８％のＭｎおよび残部のＶ（以下、Ｍｎ_0.88-0.58Ｖ_0.12-0.42と表記する）からなる。Ｚサイトは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、およびＧｅから選択された１種または２種以上の元素からなる。

ホイスラー合金は、各元素の配置位置が特定された結晶構造（図３に示すＬ２１構造、または不図示のＢ２構造）をもち、この状態のときに、高い分極率が得られる。ホイスラー合金は、成膜段階ではこれらの結晶構造はとっておらず、その後のアニールといった熱処理によってＬ２１構造またはＢ２構造をとる。

スペーサ層４４は、非磁性材料からなる。スペーサ層４４の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒなどを用いることができ、それらの中でも特に、３ｎｍ程度の膜厚のＣｕが好ましい。

フリー層４５は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する。フリー層４５には、例えばＮｉＦｅといった磁性材料が用いられる。フリー層４５は多層構造であってもよく、その場合は、例えば、スペーサ層４４上にＣｏＦｅおよびＮｉＦｅを順次積層した層構成とすることができる。その具体例としては、９０ＣｏＦｅ（１）／８２ＮｉＦｅ（２）の積層膜が挙げられる。

キャップ層４６は、ＭＲ素子４の劣化防止のために設けられている。キャップ層４６の材料としては、例えば、Ｒｕ、Ｒｕ／Ｔａ、高伝導率のＣｕが挙げられ、その場合の膜厚は１〜５ｎｍ程度である。

ＭＲ素子４のトラック幅方向（媒体対向面Ｓ（図１参照）と平行な平面内での、ＭＲ素子４を構成する各層の積層方向と直交する方向）の両側には、絶縁膜４７を介してハードバイアス膜４８が設けられている。ハードバイアス膜４８は、フリー層４５にトラック幅方向のバイアス磁界を印加することによってフリー層４５を単磁区化する。ハードバイアス膜４８には、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔなどの硬磁性材料が用いられる。絶縁膜４７は、センス電流がハードバイアス膜４８に漏洩するのを防止するためのものであり、例えばＡｌ₂Ｏ₃といった酸化膜で形成することができる。

本形態において最も特徴的な構成は、インナー層４３ｃの少なくともスペーサ層４４と接する領域に、上述した組成を有するホイスラー合金層を設けたことである。この層を構成するホイスラー合金は、その組成式中のＹサイトがＭｎとＣｒ、またはＭｎとＶからなっている。上述したように、ホイスラー合金は、基本的には各サイトの元素が特定の位置に配置されたＬ２１構造またはＢ２構造をもっている。その意味では、本実施形態で用いたホイスラー合金は、組成式がＣｏ₂ＭｎＺで表されるホイスラー合金において、Ｍｎを所定の割合でＣｒまたはＶに部分置換した構成であるこということができる。

このようなホイスラー合金を用いることで、ＹサイトがＭｎだけの場合と比べて高い分極率を得ることができ、結果的に大きなＭＲ比を達成することができる。ただし、より高い分極率を得るためには、ＣｒまたはＶの割合が大きく影響することを本発明者等は見出した。

分極率がより高くなるようなＣｒまたはＶの割合を定めるため、図２に示す構成でＭＲ素子４を作製した。作製したＭＲ素子４に用いた材料および各層の膜厚を表１に示す。

ここで、ＭＲ素子４としては、インナー層に用いたホイスラー合金がＣｏ₂Ｍｎ_xＣｒ_(1-x)Ａｌであるものと、Ｃｏ₂Ｍｎ_xＶ_(1-x)Ａｌであるものの２種類について、Ｙサイト中の元素におけるＭｎの割合ｘを種々変化させて複数のサンプルを作製した。また、ホイスラー合金層の膜厚Ａは、インナー層４３ｃとアウター層４３ａとで、飽和磁化Ｍｓ（Ｗｂ／ｍ²）×膜厚で表される磁気膜厚がほぼ等しくなるように決定した。より詳しくは、ホイスラー合金層は、膜厚が１ｎｍの９０ＣｏＦｅの磁気膜厚と等しくなるように、膜厚を決定した。これは、表１に示したアウター層４３ａの磁気膜厚は、９０ＣｏＦｅでは２ｎｍの膜厚に相当し、その一方で、表１に示したインナー層４３ｃは、膜厚が１ｎｍの９０ＣｏＦｅを含むためである。

表２に、ホイスラー合金のＹサイトを構成する元素をＭｎおよびＣｒとし、両者の割合を変化させたときの、ホイスラー合金層の飽和磁化Ｍｓ、および上記のようにして決定した膜厚を示す。

ホイスラー合金層の膜厚ＡをＹサイト中のＭｎの割合に応じて表２に示すように変化させて形成したＭＲ素子４の、ホイスラー合金層のＹサイト中のＭｎの割合とＭＲ比との関係を図４のグラフに示す。

ホイスラー合金層のＹサイトをＭｎおよびＶで構成した場合についても、ＭｎとＣｒで構成した場合と同様にして、ホイスラー合金層の膜厚を決定した。表３に、ホイスラー合金層のＹサイト中のＭｎとＶとの割合を変化させたときの、ホイスラー合金層の飽和磁化Ｍｓおよび膜厚を示す。

ホイスラー合金層の膜厚ＡをＹサイト中のＭｎの割合に応じて表３に示すように変化させて形成したＭＲ素子４の、ホイスラー合金層のＹサイト中のＭｎの割合とＭＲ比との関係を図５のグラフに示す。

図４および図５を参照すると、Ｙサイト中のＭｎの割合が減少していくにつれて、ＭＲ比は一旦減少するが、その後増加し、再び減少していく。はじめにＭＲ比が減少するのは、ホイスラー合金のＹサイトがＣｒを含む場合およびＶを含む場合のいずれにおいても、ＭｎがＣｒまたはＶに比べて極端に多いと合金相図上で不安定な状態だからである。その後、ＣｒまたはＶの割合が増えるにつれて安定な相に移り、Ｍｎとの置換がはじまる。ＭＲ比が増加するのは分極率が増加しているためと考えられるが、これは、Ｃｏ₂ＭｎＡｌのバンドにＣｒまたはＶのバンドが加わることで、分極率を増加させているためである。

ＣｒまたはＶをさらに増加させるとＭＲ比が再び減少するのは、ＭｎのＣｒまたはＶへの置換量が多くなると、室温で非磁性のホイスラー合金（Ｃｏ₂ＣｒＡｌまたはＣｏ₂ＶＡｌ）に近くなり、磁気抵抗効果が生じにくくなるためである。また、ＹサイトにＶを含有したホイスラー合金のほうがＣｒを含有したものに比べて少ない含有量で磁気抵抗効果が減少するのは、Ｖのｄバンドがフェルミエネルギーにかかる割合がＣｒに比べて小さく、Ｖのｄバンドのピークにかかる前に非磁性状態になるからであると考えられる。

このようなＭＲ比の変化において、ホイスラー合金層のＹサイトがＭｎとＣｒで構成されたＭＲ素子４では、Ｙサイト中のＭｎの割合ｘが４８〜８８原子％の範囲にあるとき、すなわちＹサイトの組成がＭｎ_0.88-0.48Ｃｒ_0.12-0.52であるとき、ＹサイトがＭｎのみで構成された場合と比較してＭＲ比が向上している。特に、Ｍｎの割合ｘが６０〜７９原子％の範囲では、Ｍｎのみで構成した場合の約６％というＭＲ比に対して、７％以上のＭＲ比を達成することができる。また、ホイスラー合金のＹサイトがＭｎとＶで構成されたＭＲ素子では、Ｙサイト中のＭｎの割合ｘが５８〜８８原子％の範囲にあるとき、すなわちＹサイトの組成がＭｎ_0.88-0.58Ｖ_0.12-0.42であるとき、ＹサイトがＭｎのみで構成された場合と比較してＭＲ比が向上している。この場合も特に、Ｍｎの割合ｘが７０〜８０原子％の範囲では、６．５％程度の高いＭＲ比を達成することができる。

したがって、Ｙサイトの組成がＭｎ_0.88-0.48Ｃｒ_0.12-0.52またはＭｎ_0.88-0.58Ｖ_0.12-0.42となるように、インナー層４３ｃ（ホイスラー合金層）の組成を調整することで、Ｙサイトが単一の元素であるＭｎのみで構成される場合と比較してＭＲ比を大きくすることができる。

また、膜厚について着目すると、インナー層４３ｃを通常のＣｏＦｅ合金で構成した場合、典型的な層構成は以下のとおりである。
90CoFe(1)/Cu(0.2)/50CoFe(1.3)/Cu(0.2)/50CoFe(1.3)/Cu(0.2)/50CoFe(1.3)
上記の層構成の表記において、括弧内は膜厚（ｎｍ）を表す。したがって、インナー層全体の膜厚は５．５ｎｍである。このような層構成でインナー層４３ｃを構成したときのＭＲ素子のＭＲ比は約４％である。

これに対して本実施形態は、ホイスラー合金層のＹサイトをＭｎとＣｒで構成した場合、上記の組成範囲内ではインナー層全体の膜厚は約３．５〜５ｎｍであり、インナー層４３ｃにホイスラー合金層を用いない場合と比べてＭＲ比を向上しつつ膜厚を薄くすることができる。ホイスラー合金層のＹサイトをＭｎとＶで構成した場合も、上記の組成範囲内ではインナー層全体の膜厚は約３．５〜４．５ｎｍであり、インナー層４３ｃにホイスラー合金を用いない場合と比べてＭＲ比を向上しつつ膜厚を薄くすることができる。インナー層４３ｃの膜厚を薄くできることによって、ピンド層４３の熱的な安定性が向上するとともに、外部磁界に対する安定性も向上する。

さらに、ホイスラー合金層がＣｒまたはＶを含むことで、耐腐食性が向上する。そのように考えられる理由は、以下のとおりである。腐食は、構成元素が電子を交換する一種のイオン化である。そこで、腐食の目安として、標準電極電位（１気圧の水素電極の電位を標準）を考えることができる。Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖの標準電極電位は表４に示すとおりである。これらの標準電極電位を比較すると、ＣｒやＶはＭｎよりも標準電極電位が小さく、したがって、発生する電位差が小さい。発生する電位差が小さいということは、流れる電流が小さい、すなわち電子の移動が少ないということであり、結果的に、腐食しにくいと言える。よって、単体でＭｎを用いるよりは、ＣｒやＶを含有させると耐腐食性が向上するということが期待できる。

以上説明したＭＲ比および膜厚についての効果は、Ｙサイトが上記のような特定の組成範囲にあれば、ＺサイトはＡｌ以外に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、およびＧｅから選択された１種または２種以上の元素であっても同様である。

本実施形態ではピンド層４３がシンセティックピンド層である例を示したが、強磁性材料のみからなるピンド層であってもよい。この場合は、ピンド層全体をホイスラー合金層で構成してもよいし、ホイスラー合金層がスペーサ層４４と接する側に位置していれば、ホイスラー合金層と他の強磁性層との積層構造であってもよい。

また、本実施形態ではピンド層４３がホイスラー合金層を含む場合を例に挙げて説明したが、ピンド層４３ではなくフリー層４５がホイスラー合金層を有する構成としてもよいし、ピンド層４３およびフリー層４５がホイスラー合金層を有する構成としてもよい。フリー層４５に含まれるホイスラー合金としては、上述したのと同様、Ｙサイトの組成がＭｎ_0.88-0.48Ｃｒ_0.12-0.52またはＭｎ_0.88-0.58Ｖ_0.12-0.42であるものが用いられ、また、ホイスラー合金はＬ２１構造またはＢ２構造をとっていると思われる。

フリー層４５がホイスラー合金層を有する場合も、フリー層４５はその全体がホイスラー合金層として構成されていてもよいし、ホイスラー合金を例えばＮｉＦｅやＣｏＦｅといった他の磁性材料と積層した構成としてもよい。ホイスラー合金を他の磁性材料と積層する場合は、スペーサ層４４と隣接する側をホイスラー合金で構成する。つまり、ホイスラー合金層は、少なくともスペーサ層４４と接して設けられる。

例えば、フリー層４５を、
ホイスラー合金（Ｂ）／Ｃｕ（０．２）／８２ＮｉＦｅ（２）
なる積層膜（括弧は膜厚。単位はｎｍ。）で構成した場合、ホイスラー合金層の膜厚Ｂを、膜厚が１ｎｍの９０ＣｏＦｅの磁気膜厚に相当する磁気膜厚となるように形成した。その結果、インナー層４３ｃに適用したホイスラー合金と同じ組成範囲において、ＹサイトをＭｎとＣｒで構成した場合、およびＭｎとＶで構成した場合のいずれとも、Ｍｎのみで構成した場合と比べてＭＲ比は向上し、最大で６．５％となった。

また、フリー層４５にホイスラー合金を用いることにより、ホイスラー合金を用いない場合と比較して磁気膜厚を薄くすることができる。その結果、ハードバイアス磁界を効果的に与えることができるようになり、出力電圧波形の線形性が改善される。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、１枚のウェハに多数個並べられて形成される。図１に示した薄膜磁気ヘッドを含む構造を多数個形成したウェハの概念的な平面図を図６に示す。

ウェハ１００は複数のヘッド要素集合体１０１に区画される。ヘッド要素集合体１０１は、複数のヘッド要素１０２を含み、薄膜磁気ヘッド１（図１参照）の媒体対向面Ｓを研磨加工する際の作業単位となる。ヘッド要素集合体１０１間およびヘッド要素１０２間には切断のための切り代（図示せず）が設けられている。ヘッド要素１０２は、薄膜磁気ヘッド１の構成を含む構造体であり、媒体対向面Ｓを形成するための研摩加工など、必要な加工がなされて薄膜磁気ヘッド１とされる。この研磨加工は、一般には複数のヘッド要素１０２を１列に切り出した状態で行う。

次に、本発明の薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図７を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。スライダ２１０は、ヘッド要素１０２（図６参照）から得られた薄膜磁気ヘッド１を有し、ハードディスクに対向する媒体対向面Ｓにエアベアリング面２００が形成されて、全体として略六面体形状をなしている。ハードディスクが図７におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、ｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図７におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端面２１１には、再生部２および記録部３（図１参照）への信号入出力用の電極パッドが形成されている。この面は、図１では上端面に相当する。

次に、図８を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、スライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２と、ロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図８は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図９および図１０を参照して、ヘッドスタックアセンブリおよびハードディスク装置の一例について説明する。図９はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１０はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２の反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。

ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録部によって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生部によって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。ハードディスク２６２は、本発明の薄膜磁気ヘッドを搭載している。本発明の薄膜磁気ヘッドは、ＭＲ比が高く、高感度である。したがって、ハードディスク２６２は、高記録密度での記録および再生に適したものとなる。

なお、薄膜磁気ヘッドは、上述した形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上述した形態では、基板側に読み取り用のＭＲ素子を形成し、その上に、書き込み用の誘導型電磁変換素子を積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、上述した実施形態ではＭＲ素子および誘導型電磁変換素子の両方を有する場合を例に挙げたが、ＭＲ素子のみを有していてもよい。

本発明のＭＲ素子は、薄膜磁気ヘッド以外の用途にも用いることができる。薄膜磁気ヘッド以外の用途の例としては、磁気センサや磁気メモリなどが挙げられる。このような用途に本発明のＭＲ素子を用いた場合も、上述したのと同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図である。図１に示すＭＲ素子を媒体対向面側から見た図である。ホイスラー合金がＬ２１構造をとったときの各元素の配置を示す模式図である。ホイスラー合金のＹサイトをＭｎとＣｒで構成した場合の、Ｍｎの割合とＭＲ比との関係を示すグラフである。ホイスラー合金のＹサイトをＭｎとＶで構成した場合の、Ｍｎの割合とＭＲ比との関係を示すグラフである。図１に示す薄膜磁気ヘッドが形成されたウェハの一例の平面図である。図１に示す薄膜磁気ヘッドを含むスライダの一例の斜視図である。図７に示すスライダを含むヘッドジンバルアセンブリの斜視図である。図８に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の要部側面図である。図８に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の平面図である。

符号の説明

１薄膜磁気ヘッド
２再生部
３記録部
４ＭＲ素子
１３下部シールド層
１５上部シールド層
４１バッファー層
４２反強磁性層
４３ピンド層
４３ａアウター層
４３ｂ非磁性中間層
４３ｃインナー層
４４スペーサ層
４５フリー層
４６キャップ層
４７絶縁膜
４８ハードバイアス膜

Claims

磁化方向が固定されたピンド層と、
磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた非磁性のスペーサ層と、
を有し、
前記ピンド層および前記フリー層の少なくとも一方は、前記スペーサ層に隣接して設けられたホイスラー合金層を含み、
前記ホイスラー合金層は、組成式がＣｏ₂ＹＡｌ（ただし、Ｙは、６０〜７９原子％のＭｎおよび残部のＣｒ、または７０〜８０原子％のＭｎおよび残部のＶからなる。）で表されるホイスラー合金からなる磁気抵抗効果素子。
前記ホイスラー合金はＬ２１構造またはＢ２構造をとっている、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
前記ホイスラー合金は、組成式がＣｏ₂ＭｎＡｌで表されるホイスラー合金において、ＭｎをＣｒまたはＶに部分置換したものである、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
前記ピンド層は、非磁性中間層を２つの強磁性体層で挟んだシンセティックピンド層であり、前記強磁性体層のうちスペーサ層に接して設けられた強磁性体層が前記ホイスラー合金層を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
飽和磁化と膜厚との積で表される磁気膜厚が前記各強磁性体層で等しくなるように前記ホイスラー合金層の膜厚が設定されている、請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド。
請求項６に記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを支持するとともに、前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
を有するハードディスク装置。