JP4449951B2 - 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およびハードディスク装置 - 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およびハードディスク装置 Download PDF

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Description

本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子、その磁気抵抗効果素子を備える薄膜磁気ヘッド、ならびにその薄膜磁気ヘッドを含む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関する。
近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能の向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し専用の磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ（Magneto-resistive）素子と簡略に記すことがある）を有する再生ヘッドと、書き込み専用の誘導型磁気変換素子を有する記録ヘッドと、を積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く使用されている。
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗(Anisotropic Magneto-resistive)効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗(Giant Magneto-resistive)効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗(Tunnel-type Magneto-resistive)効果を用いたＴＭＲ素子等が挙げられる。
再生ヘッドの特性としては、特に、高感度で高出力であることが要求される。このような要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。また、近年では面記録密度のさらなる向上を目指してＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの開発が行なわれている。
スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般に、非磁性層と、この非磁性層の一方の面に形成されたフリー層と、非磁性層の他方の面に形成された磁化固定層と、非磁性層とは反対に位置する側の磁化固定層の上に形成されたピンニング層（一般には反強磁性層）とを有している。フリー層は外部からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化するよう作用する層であり、磁化固定層は、ピンニング層（反強磁性層）からの磁界によって、磁化の方向が固定される層である。なお、磁化固定層は、好ましい態様として、非磁性中間層をインナー層とアウター層とで挟み込んだ合成フェリ磁石(synthetic ferrimagnet)から構成される。合成フェリ磁石は、シンセティックピンド層と呼ばれることもある。
従来のＧＭＲヘッドは、磁気的信号検出用の電流（いわゆる、センス電流）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流す構造、すなわち、ＣＩＰ(Current In Plane)構造が主流となっていた。これに対して、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直方向（積層方向）に流す構造、すなわち、ＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)構造のＧＭＲ素子も次世代の素子として開発が進められている。前述したＴＭＲ素子もＣＰＰ構造の範疇に入るものである。
従来より提案されているＣＰＰ構造のＧＭＲ素子は、フリー層や磁化固定層の材料として、主としてＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金などが用いられていた。このような従来のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子では、実用的な再生ギャップ長を実現できる層の構成において、抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（ＭＲ比）は高々４％程度であり、実用上、十分な大きさであると言うことはできなかった。従来のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子のＭＲ比が小さいのは、フリー層や磁化固定層の材料として用いられているＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金のスピン分極率が小さいことに起因しているものと考えられる。
近年、ＣＰＰ構造のＧＭＲ素子のＭＲ比を大きくするために、フリー層や磁化固定層の材料として、スピン分極率が１に近いハーフメタルの一種であるホイスラー合金を用いたものが提案されている（特許文献１，２）。この場合、非磁性層（スペーサー層）とホイスラー合金との間にＣｏＦｅ合金層を介在させる旨の提案もなされている。
一般に、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＧｅなどのホイスラー合金層をＧＭＲ素子中のフリー層や、インナー層に用いる場合において、インナー層では、非磁性中間層を介した良好な反強磁性結合のため、および非磁性層（スペーサー層）のＣｕの拡散を防止するためにＣｏＦｅ合金との組合せが必要とされ、フリー層では、非磁性層（スペーサー層）のＣｕの拡散を防止するためにＣｏＦｅ合金との組合せが必要とされる。
特開２００５−５１２５１号公報 特開２００５−１１６７０１号公報
しかしながら、ホイスラー合金層とＣｏＦｅ合金層とを直接密着させて形成させた場合、ＣｏＦｅ合金中に含有されるＣｏ原子がホイスラー合金に拡散してしまい、ホイスラー合金のスピン分極率が減少してしまうという不都合が生じる傾向があることが本発明者らの実験によって分かってきた。
本発明はこのような実状のものに創案されたものであって、その目的は、ＣｏＦｅ合金層中に含有されるＣｏ原子がホイスラー合金層に拡散することを防止し、ホイスラー合金層のスピン分極率が減少しにくくし、高いＭＲ比が得られる磁気抵抗効果素子およびその磁気抵抗効果素子を備える薄膜磁気ヘッド、ならびにその薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置を提供することにある。
このような課題を解決するために、本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性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）構造の磁気抵抗効果素子であって、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、前記磁化固定層は、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面側にはそれぞれ前記ホイスラー合金層を挟むようにＦｅ層が形成されてなるように構成される。
また、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記磁化固定層において、前記ホイスラー合金層を挟むように形成されているＦｅ層の前記ホイスラー合金層と接している面とは反対側の面には、Ｃｏを含むＣｏ合金層が形成される。
また、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナー層およびアウター層が積層された形態を有しており、前記インナー層は、前記アウター層よりも前記非磁性スペーサー層に近い位置に配置されており、前記インナー層は、前記ホイスラー合金層、前記Ｆｅ層、および前記Ｃｏ合金層の積層体を有してなるように構成される。
また、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記アウター層は、磁化の方向が固定された強磁性層を含み、前記インナー層における前記ホイスラー合金層、前記Ｆｅ層、および前記Ｃｏ合金層のそれぞれの磁化の方向は、前記アウター層における強磁性層の磁化の方向とは逆の方向（反平行方向）に固定されるように構成される。
また、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記アウター層における強磁性層の磁化方向の固定は、前記アウター層に接して形成されている反強磁性層の作用により行なわれるように構成される。
また、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記非磁性スペーサー層は、導電材料から構成される。
また、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記磁化固定層における、前記Ｆｅ層と前記Ｃｏ合金層の積層体は、熱処理により、Ｆｅ層のホイスラー合金層と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成されるように構成される。
また、本発明のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記熱処理は、３２０℃以上のアニール処理として構成される。
また、本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性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）構造の磁気抵抗効果素子であって、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するとともに、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面のうち、少なくとも非磁性スペーサー層側に近い平面側にはＦｅ層が形成されてなるように構成される。
また、本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性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）構造の磁気抵抗効果素子であって、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するとともに、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面のうち、少なくとも非磁性スペーサー層側に近い平面側にはＦｅ層が形成されており、前記磁化固定層は、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面側にはそれぞれホイスラー合金層を挟むようにＦｅ層が形成されてなるように構成される。
また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、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前記ＣＰＰ構造の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、を有して構成される。
また、本発明のヘッドジンバルアセンブリは、前記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、を備えてなるように構成される。
また、本発明のハードディスク装置は、前記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、を備えてなるように構成される。
本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性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）構造の磁気抵抗効果素子であって、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するとともに、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面のうち、少なくとも非磁性スペーサー層側に近い平面側にはＦｅ層が形成されており、前記磁化固定層は、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面側にはそれぞれホイスラー合金層を挟むようにＦｅ層が形成されているので、ＣｏＦｅ合金層中に含有されるＣｏ原子がホイスラー合金層に拡散することが防止でき、ホイスラー合金層のスピン分極率の減少を抑えることができ、高いＭＲ比を得ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドのＡＢＳ（Air Bearing Surface）であって、特に本発明の要部であるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子のＡＢＳを模式的に示した図面である。ＡＢＳとは、再生ヘッドが記録媒体と対向する面（以下、媒体対向面ともいう）に相当するのであるが、本発明でいうＡＢＳは素子の積層構造が明瞭に観察できる位置での断面までを含む趣旨であり、例えば、厳密な意味での媒体対向面に位置しているＤＬＣ等の保護層（素子を覆う保護層）は必要に応じて省略して考えることができる。
図２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を説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示した図面である。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を説明するための図面であり、特に、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示した図面である。図４は、図１の変形例であり、本発明の要部である磁気抵抗効果素子の変形態様をＡＢＳから見た図面である。図５は、図１の変形例であり、本発明の要部である磁気抵抗効果素子の変形態様をＡＢＳから見た図面である。図６は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。図７は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。図８は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。図９は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。
〔第１の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子〕
図１を参照して、本発明の第１の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果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。
図１は、上述したように、再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面に相当する断面図である。
本実施の形態における再生ヘッドは、図１に示されるように所定の間隔を開けて対向配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、これら第１のシールド層と第２のシールド層８との間に配置された磁気抵抗効果素子５（以下、単に「ＭＲ素子５」と称す）と、ＭＲ素子５の２つの側部およびこの側部に沿って第１のシールド層３の上面の一部を覆う絶縁膜４と、絶縁膜４を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接する２つのバイアス磁界印加層６とを有している。第１のシールド層３と第２のシールド層８は、いわゆる磁気シールドの役目と、一対の電極として役目を兼ね備えている。つまり、磁気シールド機能に加え、センス電流をＭＲ素子に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えば、ＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向（積層方向）に流すための一対の電極としての機能をも有している。
なお、第１のシールド層３と第２のシールド層８とは別に、新たに、ＭＲ素子の上下に一対の電極を形成するようにしてもよい。
本発明における再生ヘッドは、本発明の要部であるＣＰＰ構造のＭＲ素子５を有している。
本発明におけるＣＰＰ構造のＭＲ素子５は、その構造を大きな概念でわかやすく区分して説明すると、非磁性スペーサー層２４と、この非磁性スペーサー層２４を挟むようにして積層形成される磁化固定層３０およびフリー層５０を有している。そして、ＭＲ素子５の積層方向にセンス電流が印加されて、その素子機能を発揮するようになっている。つまり、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のＭＲ素子５である。
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、磁化固定層３０は、反強磁性層２２の作用によって磁化の方向が固定された層である。
（磁化固定層３０の説明）
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。磁化固定層３０は、反強磁性層２２側から、アウター層３１、非磁性中間層３２、およびインナー層３３が順次積層された構成、すなわち、いわゆるシンセティックピンド層を構成している。
そして、本発明の磁化固定層３０におけるインナー層３３は、図１に示されるようにホイスラー合金層３３３を含む積層体から構成され、ホイスラー合金層３３３の積層方向の両平面側にはホイスラー合金層３３３を挟むようにＦｅ層３３２、３３４がそれぞれ形成されているところに特徴がある。すなわち、本発明の磁化固定層３０におけるインナー層３３は、非磁性中間層３２側から、下地磁性層３３１、Ｆｅ層３３２、ホイスラー合金層３３３、Ｆｅ層３３４、および中間磁性層３３５からなる積層体を有し構成されている。
以下、上述してきた各層について詳細に説明する。
アウター層３１
アウター層３１は、Ｃｏを含む強磁性材料からなる強磁性層を有して構成される。アウター層３１とインナー層３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が逆方向となるように固定されている。
アウター層３１は、例えば、Ｃｏ70Ｆｅ30（原子％）の合金層とすることが好ましい。その厚さは、３〜７ｎｍ程度とすることが好ましい。
非磁性中間層３２
非磁性中間層３２は、例えば、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｃｕのグループから選ばれた少なくとも１種を含む非磁性材料から構成される。非磁性中間層３２の厚さは、例えば０．３５〜１．０ｎｍ程度とされる。非磁性中間層３２はインナー層３３の磁化と、アウター層３１の磁化とを互いに逆方向に固定するために設けられている。「磁化が互いに逆方向」というのは、これらの２つの磁化が互いに１８０°異なる場合のみに狭く限定解釈されることなく、１８０°±２０°異なる場合をも含む広い概念である。
インナー層３３
（ｉ）下地磁性層３３１
下地磁性層３３１は、Ｃｏを含むＣｏ合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる体心立方構造の磁性合金層とすることが好ましい。Ｆｅの含有割合は、３０原子％以上とすることが好ましい。好適例としてＣｏ70Ｆｅ30（原子％）の合金層が挙げられる。その厚さは、１〜２ｎｍ程度とされる。
（ii）Ｆｅ層３３２、３３４
ホイスラー合金層３３３をサンドイッチ状に挟み込むＦｅ層３３２、３３４は、実質的な純鉄から構成される。「実質的な純鉄」とは、本発明の作用効果を阻害しない範囲での不純物を含み得ることを意味する。なお、Ｆｅ層３３２、３３４を設ける主たる目的は、隣接するＣｏ含有層からＣｏ原子がホイスラー合金層５３の中に拡散していくのを防止する、いわゆるＣｏブロッキング層として機能させるためである。Ｃｏ原子がホイスラー合金層５３の中に拡散していくとスピン分極率の減少するという不都合が生じてしまう。なお、ホイスラー合金層５３中へのＦｅ原子の拡散は、スピン分極率を減少させるおそれがほとんど無いことが実験的に確認されている。これについては、後述する実験例を参照されたい。
(iii)ホイスラー合金層３３３
以下のホイスラー合金を使用することができる。
（１）組成式がＸ2ＹＺで表されるホイスラー合金
ただしＸは、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、
ＹはＭｎ、
Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂ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。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＬ２構造もしくはＢ２構造である。
（２）組成式がＸＹＺで表されるホイスラー合金
ただしＸは、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、
ＹはＭｎ、
Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂ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。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＣ１ｂ構造である。
本発明においては、上記ホイスラー合金の中で、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｎ、Ｃｏ2ＭｎＳｂ、Ｃｏ2Ｍｎ（ＳｉＧｅ）を用いるのが好ましく、中でも特に、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅのＬ２構造もしくはＢ２構造を用いるのがよい。
このようなホイスラー合金層の厚さは、１〜７ｎｍ程度とされる。
(iV)中間磁性層３３５
中間磁性層３３５は、Ｃｏを含むＣｏ合金層とすることが好ましい。Ｃｏの含有割合は、３０〜５０原子％とすることが好ましい。この範囲のＣｏ含有量で比較的に高い分極率が得られるからである。好適例としてＦｅＣｏ30-50の合金層が挙げられる。その厚さは、０．５〜２ｎｍ程度とされる。
（反強磁性層２２の説明）
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。
反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｉｒ，ＣｒおよびＦｅのグループの中から選ばれた少なくとも１種からなる元素Ｍ´と、Ｍｎとを含む反強磁性材料から構成される。Ｍｎの含有量は３５〜９５原子％とすることが好ましい。反強磁性材料の中には、（１）熱処理しなくても反強磁性を示して強磁性材料との間で交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、（２）熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。本発明においては（１）、（２）のいずれのタイプを用いても良い。非熱処理系反強磁性材料としては、ＲｕＲｈＭｎ，ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等が例示できる。熱処理系反強磁性材料としては、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＰｔＲｈＭｎ等が例示できる。
反強磁性層２２の厚さは、５〜３０ｎｍ程度とされる。
（非磁性スペーサー層２４の説明）
非磁性スペーサー層２４は、磁化固定層３０とフリー層５０との間に介在される層である。非磁性スペーサー層２４は、例えば、Ｃｕ，ＡｕおよびＡｇからなる群のうち少なくとも１種を８０重量％以上含む非磁性の導電性材料から構成される。その厚さは、例えば１〜４ｎｍ程度とされる。
（フリー層５０の説明）
本発明におけるフリー層５０は、図１に示されるように非磁性スペーサー層２４の上に順次積層された、下地磁性層５１、Ｆｅ層５２、ホイスラー合金層５３、Ｆｅ層５４からなる積層体を有している。
下地磁性層５１
下地磁性層５１は、Ｃｏを含む合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる体心立方構造の磁性合金層とすることが好ましい。Ｃｏの含有割合は、５０〜７０原子％とすることが好ましい。この含有範囲で分極率が高く、しかもフリー層に要求される小さい保磁力特性が得られるからである。好適例としてＣｏ50-70Ｆｅ（原子％）の合金層が挙げられる。その厚さは、０．５〜２ｎｍ程度とされる。
Ｆｅ層５２、５４
ホイスラー合金層５３をサンドイッチ状に挟み込むＦｅ層５２、５４は、実質的な純鉄から構成される。「実質的な純鉄」とは、本発明の作用効果を阻害しない範囲での不純物を含み得ることを意味する。なお、Ｆｅ層５２、５４を設ける主たる目的は、隣接するＣｏ含有層からＣｏ原子がホイスラー合金層５３の中に拡散していくのを防止する、いわゆるＣｏブロッキング層として機能させるためである。そのため、Ｃｏ拡散のおそれが少ない図面の上側に位置するＦｅ層５４の形成は省略することができる。換言すれば、ホイスラー合金層５３の積層方向の両平面のうち、少なくとも非磁性スペーサー層２４側に近い平面側にＦｅ層が形成されていればよいことになる。
ホイスラー合金層５３
以下のホイスラー合金を使用することができる。
（１）組成式がＸ2ＹＺで表されるホイスラー合金
ただしＸは、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、
ＹはＭｎ、
Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂ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。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＬ２構造もしくはＢ２構造である。
（２）組成式がＸＹＺで表されるホイスラー合金
ただしＸは、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、
ＹはＭｎ、
Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂ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。
上記ホイスラー合金の結晶構造はＣ１ｂ構造である。
本発明においては、上記ホイスラー合金の中で、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｎ、Ｃｏ2ＭｎＳｂ、Ｃｏ2Ｍｎ（ＳｉＧｅ）を用いるのが好ましく、中でも特に、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＧｅのＬ２構造もしくはＢ２構造を用いるのがよい。
このようなホイスラー合金層の厚さは、１〜６ｎｍ程度とされる。
フリー層５０の上には、例えばＲｕ層からなる保護層２６が形成される。その厚さは、０．５〜１０ｎｍ程度とされる。
また、反磁性層の下に形成されている下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるための層であり、特に、反強磁性層２２と磁化固定層３０との交換結合を良好にするために設けられる。このような下地層２１としては、例えばＴａ層とＮｉＣｒ層との積層体が用いられる。下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍ程度とされる。
絶縁層４を構成する材料としては、例えばアルミナが用いられる。バイアス磁界印加層６としては、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体が用いられ、具体的には、ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔを例示することができる。
〔第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子〕
次いで、図４を参照しつつ、第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子について説明する。図４に示される第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子が上述してきた第１の実施形態のそれと異なるのは、フリー層５０のみに、ホイスラー合金層５３が用いられている点である。もちろん、ホイスラー合金層５３は、Ｆｅ層５２、５４によりサンドイッチ状に挟み込まれている。
すなわち、図４に示される第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、下地層２１側から、反強磁性層２２、アウター層３１、非磁性中間層３２、インナー層３３、非磁性スペーサー層２４、フリー層５０（下地磁性層５１、Ｆｅ層５２、ホイスラー合金層５３、Ｆｅ層５４からなる積層体）が順次積層された形態となっている。
図４に示される第２の実施形態におけるインナー層３３は単層からなっており、このインナー層３３は、Ｃｏを含むＣｏ合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる磁性合金層とすることが好ましい。Ｆｅの含有割合は、３０〜１００原子％とすることが好ましい。第２の実施形態におけるインナー層３３の厚さは、１〜６ｎｍ程度とされる。
この第２の実施形態におけるインナー層３３以外の他の層の材質や構造は、上述した第１の実施形態の材質や構造に従えばよい。
〔第３の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子〕
次いで、図５を参照しつつ、第３の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子について説明する。図５に示される第３の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子が上述してきた第１の実施形態のそれと異なるのは、磁化固定層３０のみに、ホイスラー合金層３３３が用いられている点である。もちろん、ホイスラー合金層３３３は、Ｆｅ層３３２、３３４によりサンドイッチ状に挟み込まれている。
すなわち、図５に示される第２の実施形態のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、下地層２１側から、反強磁性層２２、アウター層３１、非磁性中間層３２、インナー層３３（下地磁性層３３１、Ｆｅ層３３２、ホイスラー合金層３３３、Ｆｅ層３３４、中間磁性層３３５からなる積層体）、非磁性スペーサー層２４、フリー層５０が順次積層された形態となっている。
図５に示される第３の実施形態におけるフリー層５０は単層からなっており、このフリー５０は、Ｃｏを含むＣｏ合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる磁性合金層とすることが好ましい。Ｃｏの含有割合は、５０〜７０原子％とすることが好ましい。第３の実施形態におけるインナー層５０の厚さは、１〜６ｎｍ程度とされる。
この第３の実施形態におけるフリー層５０以外の他の層の材質や構造は、上述した第１の実施形態の材質や構造に従えばよい。
上述してきた本発明の第１〜３の実施形態におけるＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子は、スパッタ法等の真空成膜法を用いて形成することができる。また、必要に応じて、成膜後の熱処理が施される。
このような熱処理の温度条件次第（例えば、アニール温度３２０℃以上）では、前記第１の実施形態および第３の実施形態の磁化固定層３０における、前記Ｆｅ層と前記Ｃｏ合金層の積層体は、熱処理による拡散現象により、Ｆｅ層のホイスラー合金層３３３と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成されることがある。すなわち、下地磁性層３３１とＦｅ層３３２との積層体や、中間磁性層３３５とＦｅ層３３４の積層体において、Ｆｅ層３３２、３３４のホイスラー合金層３３３と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成されることがある。ただし、このような濃度勾配が形成される場合であっても、ホイスラー合金層３３３と接するＦｅ層３３２、３３４の接合界面近傍には、純鉄部分が残存しており、本発明の作用効果を発揮する。このようにＦｅ層３３２、３３４中にＦｅ濃度勾配が形成される場合も、本願発明の態様に含まれる。本発明の作用効果を発揮するからである。
同様に、前記第１の実施形態および第２の実施形態のフリー層５０における、前記Ｆｅ層と前記Ｃｏ合金層の積層体は、熱処理による拡散現象により、Ｆｅ層のホイスラー合金層５３と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成されることがある。すなわち、下地磁性層５１とＦｅ層５２との積層体において、Ｆｅ層５２のホイスラー合金層５３と接する側が最もＦｅリッチのＦｅ濃度勾配が形成されることがある。ただし、このような濃度勾配が形成される場合であっても、ホイスラー合金層５３と接するＦｅ層５２の接合界面近傍には、純鉄部分が残存しており、本発明の作用効果を発揮する。このようにＦｅ層５２中にＦｅ濃度勾配が形成される場合も、本願発明の態様に含まれる。本発明の作用効果を発揮するからである。
（薄膜磁気ヘッドの全体構成の説明）
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。
薄膜磁気ヘッドの全体構造は、その製造工程に沿って説明することによりその構造が容易に理解できると思われる。そのため、以下、製造工程を踏まえて薄膜磁気ヘッドの全体構造を説明する。
まず、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）等の絶縁材料からなる絶縁層２を形成する。厚さは、例えば０．５〜２０μｍ程度とする。
次に、この絶縁層２の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の下部シールド層３を形成する。厚さは、例えば０．１〜５μｍ程度とする。このような下部シールド層３に用いられる磁性材料としては、例えば、ＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等が挙げられる。下部シールド層３は、スパッタ法またはめっき法等によって形成される。
次に、下部シールド層３の上に、再生用のＭＲ素子５を形成する。
次に、図面では示していないが、ＭＲ素子の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆うように絶縁膜を形成する。絶縁膜はアルミナ等の絶縁材料より形成される。
次に、絶縁膜を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように、２つのバイアス磁界印加層６を形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されるように絶縁膜７を形成する。絶縁膜７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。
次に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えば、めっき法やスパッタ法により形成される。
次に、上部シールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の絶縁材料からなる分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えば、めっき法やスパッタ法により、磁性材料からなる記録ヘッド用の下部磁極層１９を形成する。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いられる磁性材料としては、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，ＦｅＮ等の軟磁性材料があげられる。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の積層体の代わりに、下部電極層を兼ねた第２のシールド層を設けても良い。
次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料からなる記録ギャップ層９が形成される。厚さは、５０〜３００ｎｍ程度とされる。
次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図２において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を示している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。
次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
次に、絶縁層１１のうちの後述する媒体対向面２０側の斜面部分から媒体対向面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１の媒体対向面２０側の斜面部分の上に形成されヨーク部分層１２ｃに接続される接続部と、を有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時にコンタクトホール９ａの上に磁性材料からなる連結部分層１２ｂを形成するとともに、接続部１０ａの上に磁性材料からなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。
次に、磁極トリミングを行なう。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図３に示されるごとく、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料からなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍ厚さに形成する。
次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研摩によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂ、接続層１３の表面に至るまで研摩して平坦化する。
次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図２において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を示している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。
次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４、１６および連結部分層１２ｂの上にパーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁性層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃの媒体対向面２０側の端部は、媒体対向面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層１９に接続されている。
次に、全体を覆うように、例えばアルミナからなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行い、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜ヘッドの媒体対向面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面２０と、前述した再生ヘッドと、記録ヘッド（誘導型磁気変換素子）とを備えている。
記録ヘッドは、媒体対向面２０側において互いに対向する磁極部分を含むとともに、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配置された薄膜コイル１０、１５と、を有している。
このような薄膜磁気ヘッドでは、図２に示されるように、媒体対向面２０から、絶縁層１１の媒体対向面側の端部までの長さが、スロートハイト（図面上、符号ＴＨで示される）となる。なお、スロートハイトとは、媒体対向面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。
（薄膜磁気ヘッドの作用の説明）
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。
再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、フリー層５０の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。磁化固定層３０の磁化の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向に固定されている。
ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層５０の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層５０の磁化の方向と磁化固定層３０の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子の抵抗値が変化する。ＭＲ素子の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によって、ＭＲ素子にセンス電流を流したときの２つの電極層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、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ことができる。
（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の説明）
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。
まず、図６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。このスライダ２１０は、主に図２における基板１およびオーバーコート１７からなる基体２１１を備えている。
基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面２０が形成されている。
ハードディスクが図６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、図６における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６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の空気流出側の端部（図６における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
次に、図７を参照して、本実施の形態に係る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、このスライダ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、このロードビーム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、このアーム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７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８および図９を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係るハードディスク装置について説明する。
図８はハードディスク装置の要部を示す説明図、図９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とは反対側には、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。各ハードディスク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、本発明における位置決め装置に対応しスライダ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。
本実施の形態に係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、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
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は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。
また、実施の形態では、基本側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッド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、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
また、本発明の要部は磁気ヘッドに限らず、いわゆる磁界を検知するための薄膜磁界センサーとして応用することができる。
上述してきたＭＲ素子の発明を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に説明する。
〔実験例Ｉ〕
下記表１〜表４に示されるような本発明のＭＲ素子サンプルおよび比較例のＭＲ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。
表１に示されるＭＲ−１のサンプルは、本発明のＭＲ素子サンプルであり、フリー層およびインナー層にそれぞれホイスラー合金層を備え、かつ、各ホイスラー合金層の両平面にＦｅ層を挟んだ構成を有するサンプルである。詳細は表１を参照されたい。
表２に示されるＭＲ−２のサンプルは、本発明のＭＲ素子サンプルであり、フリー層のみにホイスラー合金層を備え、かつ、このホイスラー合金層の両平面にＦｅ層を挟んだ構成を有するサンプルである。詳細は表２を参照されたい。
表３に示されるＭＲ−３のサンプルは、本発明のＭＲ素子サンプルであり、インナー層のみにホイスラー合金層を備え、かつ、ホイスラー合金層の両平面にＦｅ層を挟んだ構成を有するサンプルである。詳細は表３を参照されたい。
表４に示されるＭＲ−４のサンプルは、比較例のＭＲ素子サンプルであり、フリー層およびインナー層にそれぞれホイスラー合金層を備えてはいるものの、各ホイスラー合金層の両平面にはＦｅ層が形成されていないサンプルである。詳細は表４を参照されたい。
Figure 0004449951
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Figure 0004449951
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上記表中に示される各サンプルはホイスラー合金の規則化のために比較的高い温度のアニール処理を必要とする。
実施例１サンプルとして、表１に示されるＭＲ−１のサンプル（本発明）のものを、３２０℃の温度でアニール処理して作製した。
実施例２サンプルとして、表２に示されるＭＲ−２のサンプル（本発明）のものを、３２０℃の温度でアニール処理して作製した。
実施例３サンプルとして、表３に示されるＭＲ−３のサンプル（本発明）のものを、３２０℃の温度でアニール処理して作製した。
比較例１サンプルとして、表４に示されるＭＲ−４のサンプル（比較例）のものを、３２０℃の温度でアニール処理して作製した。
アニール処理後の各サンプル（実施例１〜３サンプル、および比較例１サンプル）について、通常の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。求めたＭＲ比のレベルが視認し易いように各サンプル（実施例１〜３サンプル、および比較例１サンプル）におけるＭＲ比を図１０の棒グラフで示した。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。
比較例１サンプルにおけるＭＲ比は、約１０％であった。これに対して、実施例１サンプルのＭＲ比は、約１５％であった。また、実施例２サンプルのＭＲ比は、約１３％、実施例３サンプルのＭＲ比は、約１２％であった。
直接的に比較すべきサンプル対象は、フリー層およびインナー層の中に共にホイスラー合金層が形成された構造を有する比較例１サンプルと、実施例１サンプルであり、これらについて、以下、さらに考察する。
比較例１サンプルでは、ホイスラー合金層界面に、直接ＦｅＣｏ合金層が形成されており、ホイスラー合金層中へのＣｏ原子の拡散があるの対して、実施例１サンプルおよび実施例２サンプルでは、Ｆｅ層がホイスラー合金の界面に挿入されているために、ホイスラー合金層中へのＣｏ原子の拡散が無く、ホイスラー合金の分極率が減少しにくい膜構成になっているためであると考えられる。
図１１は、Ｃｏ2ＭｎＳｉホイスラー合金にＣｏ不純物が拡散してＭｎサイトに侵入した場合における、エネルギー（ｅＶ）と電子状態密度（状態（state）／ｅＶ）との関係を示すグラフである。図１１に示されるグラフにおいて、上方に位置している線がアップスピン（上向きスピン）であり、下側に位置している線がダウンスピン（下向きスピン）である。Ｃｏ不純物の拡散がない場合、ダウンスピンのフェルミエネルギー（０ｅＶ）付近の電子状態密度はゼロとなるべきところであるが、図１１におけるダウンスピンのフェルミエネルギー（０ｅＶ）付近の電子状態密度はゼロとなっておらず、Ｃｏ不純物による電子状態が発生し、スピン分極率を著しく減少させていることがわかる。
図１２はこのことを確認するために、図１１のデータから、Ｍｎの電子状態密度と、Ｍｎサイトに混入したＣｏの電子状態密度とをそれぞれ抜き出し、エネルギー（ｅＶ）と電子状態密度（状態（state）／ｅＶ）との関係を示したグラフである。これによると、もともとのＭｎはフェルミエネルギー（０ｅＶ）付近に状態がなく、もともとのホイスラー合金のハーフメタル性を保っていることがわかる。しかしながら、Ｍｎサイトに不純物Ｃｏが混入すると、Ｍｎサイトの不純物Ｃｏの電子状態が鋭くフェルミエネルギー（０ｅＶ）位置に存在するようになり、これがスピン分極率の減少の主原因になっているものと考えられる。
図１３は、Ｃｏ2ＭｎＳｉホイスラー合金そのもの（図１３のＬ２１で示されるライン）と、Ｃｏ2ＭｎＳｉホイスラー合金にＦｅを１０％まぜたもの（図１３のＬ２１＋Ｆｅで示されるライン）との、エネルギー（ｅＶ）と電子状態密度（状態（state）／ｅＶ）との関係を示すグラフである。Ｆｅを１０％混ぜた時の電子状態密度は、もちろんＭｎサイトにＦｅが混ざっているものと考えられ、この場合のスピン分極率は７０％であり、もともとの８０％からたかだか１０％の減少にとどまっている。つまり、ＦｅはＣｏと比較してホイスラー合金のスピン分極率を実害のあるレベルまで減少させるものではないと言うことができる。
なお、上述してきたホイスラー合金は、Ｃｏ2ＭｎＳｉを対象として実験を行なってきたものであるが、その他、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｎ、Ｃｏ2ＭｎＳｂ、Ｃｏ2Ｍｎ（ＳｉＧｅ）等についてもＣｏ2ＭｎＳｉを用いた場合と同様な傾向が見られることが確認できた。
磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子を備えるハードディスク装置の産業に利用できる。
図１は、本発明の実施の形態における主として再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 図２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、薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 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、薄膜磁気ヘッドの磁極部分の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態における主として再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図であり、図１の変形例に相当する。 図５は、本発明の実施の形態における主として再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図であり、図１の変形例に相当する。 図６は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 図７は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 図８は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。 図９は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。 図１０は、実施例１〜３サンプル、および比較例１サンプルにおけるＭＲ比を棒グラフで示した図面である。 図１１は、Ｃｏ2ＭｎＳｉホイスラー合金にＣｏ不純物が拡散してＭｎサイトに侵入した場合における、エネルギー（ｅＶ）と電子状態密度（状態（state）／ｅＶ）との関係を示すグラフである。 図１２は、Ｍｎの電子状態密度と、Ｍｎサイトに混入したＣｏの電子状態密度とをそれぞれ抽出して、エネルギー（ｅＶ）と電子状態密度（状態（state）／ｅＶ）との関係を示したグラフである。 図１３は、Ｃｏ2ＭｎＳｉホイスラー合金そのものと、Ｃｏ2ＭｎＳｉホイスラー合金にＦｅを１０％混ぜたものとの、エネルギー（ｅＶ）と電子状態密度（状態（state）／ｅＶ）との関係を示すグラフである。
符号の説明
１…基板
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
２４…非磁性スペーサー層
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
３３１…下地磁性層
３３２…Ｆｅ層
３３３…ホイスラー合金層
３３４…Ｆｅ層
３３５…中間磁性層
５０…フリー層
５１…下地磁性層
５２…Ｆｅ層
５３…ホイスラー合金層
５４…Ｆｅ層

Claims (21)

  1. 非磁性スペーサー層と、
    前記非磁性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）構造の磁気抵抗効果素子であって、
    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、
    前記磁化固定層は、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面側にはそれぞれ前記ホイスラー合金層を挟むようにＦｅ層が形成されており、
    前記磁化固定層において、前記ホイスラー合金層を挟むように形成されているＦｅ層の前記ホイスラー合金層と接している面とは反対側の面には、Ｃｏを含むＣｏ合金層が形成されてなることを特徴とするＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  2. 前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナー層およびアウター層が積層された形態を有しており、
    前記インナー層は、前記アウター層よりも前記非磁性スペーサー層に近い位置に配置されており、
    前記インナー層は、前記ホイスラー合金層、前記Ｆｅ層、および前記Ｃｏ合金層の積層体を有してなる請求項１に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  3. 前記アウター層は、磁化の方向が固定された強磁性層を含み、
    前記インナー層における前記ホイスラー合金層、前記Ｆｅ層、および前記Ｃｏ合金層のそれぞれの磁化の方向は、前記アウター層における強磁性層の磁化の方向とは逆の方向（反平行方向）に固定されている請求項２に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  4. 前記アウター層における強磁性層の磁化方向の固定は、前記アウター層に接して形成されている反強磁性層の作用により行なわれる請求項３に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  5. 前記非磁性スペーサー層は、導電材料よりなる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  6. 前記磁化固定層における、前記Ｆｅ層と前記Ｃｏ合金層の積層体は、熱処理により、Ｆｅ層のホイスラー合金層と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成されている請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  7. 前記熱処理は、３２０℃以上のアニール処理である請求項６に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  8. 非磁性スペーサー層と、
    前記非磁性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）構造の磁気抵抗効果素子であって、
    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するとともに、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面にはそれぞれＦｅ層が形成されており、
    当該Ｆｅ層が前記ホイスラー合金層と接している面とは反対側の面に、Ｃｏを含むＣｏ合金層が形成されてなることを特徴とするＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  9. 前記非磁性スペーサー層は、導電材料よりなる請求項８に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  10. 前記フリー層における、前記Ｆｅ層と前記Ｃｏ合金層の積層体は、熱処理により、Ｆｅ層のホイスラー合金層と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成されている請求項８または請求項９に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  11. 前記熱処理は、３２０℃以上のアニール処理である請求項１０に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  12. 非磁性スペーサー層と、
    前記非磁性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）構造の磁気抵抗効果素子であって、
    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するとともに、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面のうち、少なくとも非磁性スペーサー層側に近い平面側にはＦｅ層が形成されており、
    前記磁化固定層は、ホイスラー合金層を含む積層体から構成され、前記ホイスラー合金層の積層方向の両平面側にはそれぞれホイスラー合金層を挟むようにＦｅ層が形成されており、
    前記磁化固定層において、前記ホイスラー合金層を挟むように形成されているＦｅ層の前記ホイスラー合金層と接している面とは反対側の面には、Ｃｏを含むＣｏ合金層が形成され、
    前記フリー層において、前記非磁性スペーサー層に近い側のＦｅ層であって、当該Ｆｅ層が前記ホイスラー合金層と接している面とは反対側の面に、Ｃｏを含むＣｏ合金層が形成されてなることを特徴とするＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  13. 前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナー層およびアウター層が積層された形態を有しており、
    前記インナー層は、前記アウター層よりも前記非磁性スペーサー層に近い位置に配置されており、
    前記インナー層は、前記ホイスラー合金層、前記Ｆｅ層、および前記Ｃｏ合金層の積層体を有してなる請求項１２に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  14. 前記アウター層は、磁化の方向が固定された強磁性層を含み、
    前記インナー層における前記ホイスラー合金層、前記Ｆｅ層、および前記Ｃｏ合金層のそれぞれの磁化の方向は、前記アウター層における強磁性層の磁化の方向とは逆の方向（反平行方向）に固定されている請求項１３に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  15. 前記アウター層における強磁性層の磁化方向の固定は、前記アウター層に接して形成されている反強磁性層の作用により行なわれる請求項１４に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  16. 前記非磁性スペーサー層は、導電材料よりなる請求項１２ないし請求項１５のいずれかに記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  17. 前記磁化固定層における、前記Ｆｅ層と前記Ｃｏ合金層の積層体は、熱処理により、Ｆｅ層のホイスラー合金層と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成され、
    前記フリー層における、前記Ｆｅ層と前記Ｃｏ合金層の積層体は、熱処理により、Ｆｅ層のホイスラー合金層と接する側が最もＦｅリッチとなるＦｅ濃度勾配が形成される請求項１２ないし請求項１６のいずれかに記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  18. 前記熱処理は、３２０℃以上のアニール処理である請求項１７に記載のＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子。
  19. 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１８のいずれかに記載されたＣＰＰ構造の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。
  20. 請求項１９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。
  21. 請求項１９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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