JP4343941B2 - 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
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 Download PDFInfo
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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の間に介在された半導体層42を有し構成され、さらに、第1の非磁性金属層41と半導体層42との間、および、第2の非磁性金属層43と半導体層42との間に、それぞれ、仕事関数調整層45および仕事関数調整層47が形成された形態となっている。仕事関数調整層45および仕事関数調整層47は、図1に示されるごとく双方設けることが望ましいが、仕事関数調整層45、47のいずれか、一方のみに存在させるようにしてもよい。
(1)第1の非磁性金属層41/仕事関数調整層45/半導体層42/仕事関数調整層47/第2の非磁性金属層43の形態や、
(2)第1の非磁性金属層41/仕事関数調整層45/半導体層42/第2の非磁性金属層43の形態や、
(3)第1の非磁性金属層41/半導体層42/仕事関数調整層47/第2の非磁性金属層43の形態が、例示できる。
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、ZnO、ZnS、ZnSe、GaN、GaP、GaSb、InSn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。
仕事関数調整層45、47は、好ましくは、ZnCu、CrCu、MnCu、TiCuのグループから選択された1種から構成される。以下、場合を分けて説明する。
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CPP−GMR素子サンプルを、それぞれスパッタ法にて成膜して準備した。なお、具体的なサンプルの作製に際しては、表1中のスペーサー層の一部を構成する仕事関数調整層の合金の材質(ZnCu、CrCu、MnCu、TiCu)を種々変えるとともに、仕事関数調整層の合金の組成比(at%)を変えて、表2〜表5に示されるような種々のサンプルを作製した。
通常の直流4端子法でMR比を測定した。MR比は、抵抗の変化量ΔRを、抵抗値Rで割った値であり、ΔR/Rで表される。数値が小さいために%表示に換算した。
なお、MR比は、サンプル数100個の素子での平均値として求めた。
直流4端子法で測定した。
CPP−GMR素子サンプルの面積抵抗から、スペーサー層40の面積抵抗以外の面積抵抗、ならびにスペーサー層のCu/フリー層のCoFe層界面の接触面積抵抗(0.2mΩ・μm2およびスペーサー層のCu/磁化固定層のCoFe層界面の接触面積抵抗(0.2mΩ・μm2を引いて、スペーサー層40の面積抵抗を求め、さらにこの値をスペーサ層40の厚さで除算して、スペーサー層40の抵抗率(Ω・cm)を求めた。スペーサー層の導電率(S/cm)は、スペーサー層40の抵抗率(Ω・cm)の逆数として算出される。
これにより、従来提案の構造と比較して、素子の面積抵抗ARを同程度に保ちながら、半導体層の厚さを厚くすることが可能となる。
これにより、従来提案の構造と比較して、素子の面積抵抗ARを同程度に保ちながら、半導体層の厚さを厚くすることが可能となる。
下記表6に示されるような積層構造からなるCPP−GMR素子サンプルを、それぞれスパッタ法にて成膜して準備した。なお、具体的なサンプルの作製に際しては、表6中のスペーサー層の一部を構成する仕事関数調整層の合金の材質(ZnCu、CrCu、MnCu、TiCu)を種々変えるとともに、仕事関数調整層の合金の組成比(at%)を変えて、表7〜表10に示されるような種々のサンプルを作製した。
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、47…仕事関数調整層
50…フリー層
Claims (7)
- 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介在された半導体層を有し、
前記第1の非磁性金属層と前記半導体層との間および前記第2の非磁性金属層と前記半導体層との間の双方の間にそれぞれ仕事関数調整層が形成されるか、あるいは、前記第1の非磁性金属層と前記半導体層との間および前記第2の非磁性金属層と前記半導体層との間のいずれか一方の間に、仕事関数調整層が形成されており、
前記半導体層は、n型半導体であり、
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、
前記半導体層が、ZnOであり、
前記仕事関数調整層が、ZnCu、CrCu、MnCu、TiCuのグループから選択された1種であり、
前記仕事関数調整層がZnCuの場合、Zn含有率は30〜60at%であり、
前記仕事関数調整層がCrCuである場合、Cr含有率は20〜60at%であり、
前記仕事関数調整層が、MnCuである場合、Mn含有率は20〜60at%であり、
前記仕事関数調整層が、TiCuである場合、Ti含有率は30〜60at%であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記仕事関数調整層の膜厚は、0.3nm〜1.20nmである請求項1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または請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記請求項1において、前記仕事関数調整層がZnCuの場合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、酸素が欠乏したZnOからなる半導体層、Cuからなる第2の非磁性金属層を順次スパッタ成膜して3層積層体を形成し、
しかる後、熱処理によって半導体層中の余剰のZnを、第1の非磁性金属層側、および第2の非磁性金属層側にそれぞれ拡散させるともに、第1の非磁性金属層と半導体層との間、および第2の非磁性金属層と前記半導体層との間に、それぞれ、ZnCu合金からなる仕事関数調整層を形成させてなることを特徴とする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3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5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5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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