JP4343940B2 - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置および磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図1を参照して、本発明のCPP構造の巨大磁気抵抗効果素子(CPP−GMR素子)を有する再生ヘッドの構成について、詳細に説明する。
本発明における磁化固定層30は、第1のシールド層3の上に形成された下地層21を介して形成されたピンニング作用を果たす反強磁性層22の上に形成されている。
フリー層50は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、保磁力が小さい強磁性層(軟磁性層)により構成されている。フリー層50の厚さは、例えば2〜10nm程度とされる。単層のみで構成することもできるが、積層された複数の強磁性層を含んだ多層膜としてもよい。また、フリー層50には、ホイスラー合金層を含んでいてもよい。
図1に示される態様において、本発明におけるスペーサー層40は、第1の非磁性金属層41および第2の非磁性金属層43と、これらの第1および第2の非磁性金属層41,43の間に形成された半導体層42を有し構成されている。
本発明におけるスペーサー層40の具体的構成について、以下詳細に説明する。
第1の非磁性金属層41および第2の非磁性金属層43は、それぞれ、Cuから構成される。その厚さは、0.3〜2.0nm、好ましくは、0.5〜1.0nmとされる。この値が、0.3nm未満となると、MR比が低下する。これは第1および第2の非磁性金属層の厚さが小さくなり過ぎると、第1および第2の非磁性金属層が連続的に成長せずに島状になり、その結果、スピン偏極電子の散乱が発生しやすくなるためと考えられる。また、この値が3.0nmを超えて大きくなりすぎても、MR比が低下する。この場合もやはり、第1および第2の非磁性金属層中でのスピン偏極電子の散乱が顕著に発生してしまうためであると考えられる。
半導体層42は、酸化物半導体、すなわち、ZnO、TiO、SnO2、Ga2O3、InOから選択された1種からなるn型半導体として構成される。より好ましいのは、ZnOである。
酸化防止層45は、酸化され難い材料から構成されることが望ましいが、前述したようにショットキーバリアを形成させないようにするために、酸化防止層45を構成する材料の仕事関数(work fanction)の値が、第1の非磁性金属層41を構成する材料の仕事関数の値よりも小さい材料からなるように構成される。
反強磁性層22は、上述したように磁化固定層30との交換結合により、磁化固定層30の磁化の方向を固定するように作用している。
次いで、上述してきた磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドの全体構成について説明する。前述したように図2および図3は本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明するための図面であり、図2は、薄膜磁気ヘッドのABSおよび基板に垂直な断面を示している。図3は、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のABSに平行な断面を示している。
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
以下、本実施の形態に係る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。
下記表1に示されるような積層構造からなる本発明のCPP−GMR素子サンプルを、作製した。
スペーサー層の製造に際して、磁化固定層の上に、第1の非磁性金属層Cuを厚さ0.5nmにスパッタ成膜し、次いで、Ru酸化防止層を厚さ0.5nmにスパッタ成膜し、次いで、半導体層であるZnO層を1.2nm厚さに成膜した。ここで、ZnO層は、Zn単体がスパッタにより形成できないために、ZnOのターゲットを用いてスパッタ成膜した。ZnOのターゲットはできるだけ酸素欠損していないものを用いた。
スペーサー層の製造に際して、磁化固定層の上に、第1の非磁性金属層Cuを厚さ0.5nmにスパッタ成膜し、次いで、Ru酸化防止層を厚さ0.5nmにスパッタ成膜し、次いで、半導体層であるZnO層を1.2nm厚さに成膜した。ここで、ZnO層は、Zn単体がスパッタにより形成できないために、ZnOのターゲットを用いてスパッタ成膜した。ZnOのターゲットはできるだけ酸素欠損していないものを用いた。
具体的条件は、真空度10-6Pa、温度200℃、処理時間20分で行なった。
上述した本発明1の素子サンプル1において、スペーサーを構成する酸化防止層を設けなかった(表1中に記載されている酸化防止層を設けなかった)。さらに、ZnO半導体層形成の後、酸化処理を行なわなかった。それ以外は、本発明1の素子サンプル1と同様にして、比較素子サンプル1を作製した。
上述した本発明1の素子サンプル1において、スペーサーを構成する酸化防止層を設けなかった(表1中に記載されている酸化防止層を設けなかった)。それ以外は、本発明1の素子サンプル1と同様にして、比較素子サンプル1を作製した。
通常の直流4端子法でGMR変化率を測定した。GMR変化率は、抵抗の変化量ΔRを、抵抗値Rで割った値(ΔR/R)を%表示したものである。
なお、サンプル数は100個とした。
素子を直流4端子法で測定し、単位面積あたりの抵抗値を求めた。サンプル数は100個とした。
上述した表1に示されるような積層構造からなる本発明のCPP−GMR素子サンプル(酸化防止層をRuから構成する場合)、および下記表2に示されるような積層構造からなる比較例CPP−GMR素子サンプル(酸化防止層をAuから構成する場合)について、双方のサンプルについてヘッドノイズ(μVrms/Hz)を考察するとともに、実際にヘッドノイズ(μVrms/Hz)を測定した。なお、本実験における素子のサイズは200nmΦとした。
このヘッドノイズは、素子に44mAの電流を通電して、ヘッドに6kOeの磁界を印加した状態で測定した。素子部の電圧(ノイズ)はスペクトラムアナライザーで解析した。
ジョンソンノイズ(Vj)=(4KBTΔfR)1/2 …式(1)
で表され、ここで、KBはボルツマン定数、Tは素子温度、Δfは帯域、Rは抵抗値である。
ショットノイズ(Vs)=(2eIΔf)1/2・R …式(2)
で表され、ここで、eは電子の電荷、Iは電流、Δfは帯域、Rは抵抗値である。
上記表1に示される本発明の素子の構造において、ジョンソンノイズ(Vj)およびショットノイズ(Vs)をそれぞれ、上記各式(1)(2)を用いて、素子の抵抗値および印加電流量から算出して求めた。
上記表2に示される本発明の素子の構造(酸化防止層Au)において、ジョンソンノイズ(Vj)およびショットノイズ(Vs)をそれぞれ、上記各式(1)(2)を用いて、素子の抵抗値から算出して求めた。
2…絶縁層
3…第1のシールド層
4…絶縁膜
5…磁気抵抗効果素子(MR素子)
6…バイアス磁界印加層
7…絶縁層
8…第2のシールド層
9…記録ギャップ層
10…薄膜コイルの第1層部分
12…上部磁極層
15…薄膜コイル第2層部分
17…オーバーコート層
20…媒体対向面(ABS)
21…下地層
22…反強磁性層
30…磁化固定層
31…アウター層
32…非磁性中間層
33…インナー層
40…スペーサー層
41…第1の非磁性金属層
42…半導体層
43…第2の非磁性金属層
45…酸化防止層
50…フリー層
Claims (9)
- スペーサー層と、
前記スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるCPP(Current Perpendicular to Plane)構造の巨大磁気抵抗効果素子(CPP−GMR素子)であって、
前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能しており、
前記スペーサー層は、非磁性金属材料から形成された第1の非磁性金属層および第2の非磁性金属層と、これらの第1の非磁性金属層および第2の非磁性金属層の間に形成された半導体層を有し、
前記半導体層は、ZnOからなるn型の酸化物半導体であり、
前記第1の非磁性金属層および第2の非磁性金属層が、それぞれ、Cuであり、
前記第1の非磁性金属層は、成膜順序として、前記第2の非磁性金属層よりも先に成膜される膜であり、当該第1の非磁性金属層と前記半導体層との間に、酸化防止層が形成されており、
前記酸化防止層は、前記半導体層との接合において、ショットキーバリア(Schottoky barrier)を生成しない材料から形成されており、
前記酸化防止層が、Ru、およびIn、並びにRuを主成分とする合金、およびInを主成分とする合金のグループから選択された少なくとも1種であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記酸化防止層は、その層を構成する材料の仕事関数(work fanction)の値が、前記第1の非磁性金属層を構成する材料の仕事関数の値よりも小さい材料から構成されてなる請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記酸化防止層の膜厚は、0.5nm〜1.5nmである請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 磁気抵抗効果素子の面積抵抗が、0.1〜0.3Ω・μm2である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
該方法は、
前記スペーサー層を形成するに際し、Cuからなる第1の非磁性金属層、酸化防止層、ZnOからなる半導体層、を順次スパッタ成膜して3層積層体を形成した後、ZnO半導体層の表面の酸化処理を行ない、しかる後、Cuからなる第2の非磁性金属層をスパッタ成膜してなることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記半導体層の表面の酸化処理を行なった後、真空中での熱処理を行い、しかる後、第2の非磁性金属層をスパッタ成膜してなる請求項5に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 記録媒体に対向する媒体対向面と、
前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項1ないし請求項4のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すための一対の電極と、
を有してなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 - 請求項7に記載された薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
を備えてなることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。 - 請求項7に記載された薄膜磁気ヘッドを含み、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、
を備えてなることを特徴とするハードディスク装置。
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