JP4692805B2 - 磁気検出素子およびその形成方法 - Google Patents
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Description
ハードディスク装置において、GMR素子を搭載した薄膜磁気ヘッドにより記録媒体の磁
気情報を読み出す様子を表したものである。図22(A)に示したように、記録媒体の記
録面110の近傍にGMR素子120が配置される。この際、固着層121の磁化方向J
121が記録媒体の記録面110と直交する方向(Y軸方向)に沿って+Y方向となるよ
うにすると共に、自由層123の磁化方向J123が記録媒体のトラック幅の方向(X軸
方向)に沿って+X方向となるようにする。なお、この時点では、記録媒体からの信号磁
界の影響がないものとする。ハードディスク装置が駆動し、図22(B)に示したように
、記録媒体から例えば−Y方向の信号磁界方向J110が発生すると、磁化方向J123
は−Y方向となり、磁化方向J121とは反対向きとなる。したがって読出電流の抵抗値
は増加してしまう。一方、図22(C)に示したように、記録媒体からの信号磁界方向J110が例えば+Y方向である場合、磁化方向J123は+Y方向となり、磁化方向J121と同じ向きとなる。したがって読出電流の抵抗値は減少する。この抵抗変化を利用して、例えば図22(B)の状態を「0」、図22(C)の状態を「1」と対応づけることにより、信号磁界を2値情報として検出することができる。図22(A)〜図22(C)から明らかなように、磁化方向J123の振幅の中心は、図22(A)の状態(H=0)である。図23に、GMR素子120における外部磁界(信号磁界)Hと電気抵抗Rとの関係を示す。図23では、図22における−Y方向の外部磁界をH>0とし、+Y方向の外部磁界をH<0とする。図23に示したように、−Y方向の信号磁界強度が増加するに従い電気抵抗Rは増加し、やがて飽和する。+Y方向の信号磁界強度が増加するに従い電気抵抗Rは低下し、やがて飽和する。このように、外部磁界Hが零の状態を中心として、電気抵抗Rが変化する。したがって、零磁界において自由層の磁化方向と固定層の磁化方向とが互いに直交したスピンバルブ構造を有するGMR素子は、バイアス印加手段を特別に設ける必要がないので、ハードディスクやフレキシブルディスク、あるいは磁気テープなどに記録された磁気情報の読出に一般的に適用される。なお、磁化方向の直交化は、主に固着層の磁化方向を決定する規則化熱処理工程と、これに続く、自由層の磁化方向を決定する直交化熱処理工程とを経ることによって行われる。
まず、図1〜図7を参照して、本発明の第1の実施の形態としての磁気検出素子の構成について説明する。
次に、主に図11を参照して、本発明の第2の実施の形態としての磁気検出素子10について説明する。
Claims (20)
- 自らの膜面と平行な一軸方向の検出対象磁界中に配置され、その検出対象磁界を検出する磁気検出素子であって、
前記膜面と平行な面内において前記検出対象磁界と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層と、
前記膜面と平行な面内において前記検出対象磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、前記検出対象磁界が零のときに前記磁化方向が前記固着層の磁化方向と平行となる自由層と、
前記固着層と前記自由層との間に挟まれた中間層と
を含む積層体と、
前記積層体に対し、前記固着層の磁化方向と平行な方向に読出電流を供給する導線と、
前記積層体に対し、前記固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段と
を備え、
前記中間層は、前記固着層と前記自由層との相互間に生じる前記固着層の磁化方向における交換バイアス磁界が正となる厚みを有するように構成されている
ことを特徴とする磁気検出素子。 - 前記中間層は、2.1nm以上2.5nm以下の厚みを有するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気検出素子。
- 自らの膜面と平行な一軸方向の検出対象磁界中に配置され、その検出対象磁界を検出する磁気検出素子であって、
前記膜面と平行な面内において前記検出対象磁界と直交する方向に固着された磁化方向を有する固着層と、
前記膜面と平行な面内において前記検出対象磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、前記検出対象磁界が零のときに前記磁化方向が前記固着層の磁化方向と反平行となる自由層と、
前記固着層と前記自由層との間に挟まれた中間層と
を含む積層体と、
前記積層体に対し、前記固着層の磁化方向と平行な方向に読出電流を供給する導線と、
前記積層体に対し、前記固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段と
を備え、
前記中間層は、前記固着層と前記自由層との相互間に生じる前記固着層の磁化方向における交換バイアス磁界が負となる厚みを有するように構成されている
ことを特徴とする磁気検出素子。 - 前記中間層は、1.9nm以上2.0nm以下の厚みを有するように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の磁気検出素子。
- 前記中間層は銅により構成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の磁気検出素子。
- 前記自由層は、前記固着層の磁化方向と平行な磁化容易軸を有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁気検出素子。
- 前記バイアス印加手段は、永久磁石または前記固着層の磁化方向に延びるバイアス電流ラインのうちのいずれか一方である
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気検出素子。 - 自らの膜面と平行な一軸方向の検出対象磁界中に配置され、その検出対象磁界を検出する磁気検出素子の形成方法であって、
前記検出対象磁界に応じて磁化方向が変化する第1の強磁性層と、中間層と、前記第1の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第2の強磁性層とを順に形成することにより積層体を形成する積層工程と、
前記第1および第2の強磁性層の磁化方向がいずれも前記膜面と平行な面内において前記検出対象磁界と直交し、かつ、互いに平行となるように規則化を行う規則化工程と、
前記積層体に対し、前記第2の強磁性層の磁化方向と平行な方向に読出電流を供給する導線を形成する工程と、
前記積層体に対し、前記膜面と平行な面内において前記第2の強磁性層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段を形成する工程と
を含み、
前記第1および第2の強磁性層の相互間に生じる前記第2の強磁性層の磁化方向における交換バイアス磁界が正を示すこととなる厚みを有するように前記中間層を形成し、
前記規則化工程によって、前記検出対象磁界が零である初期状態における前記第1および第2の強磁性層の磁化方向の設定を完了する
ことを特徴とする磁気検出素子の形成方法。 - 2.1nm以上2.5nm以下の厚みを有するように前記中間層を形成することを特徴とする請求項8に記載の磁気検出素子の形成方法。
- 磁化容易軸を有するように前記第1の強磁性層を形成すると共に、前記第1および第2の強磁性層の磁化方向が前記磁化容易軸と平行となるように規則化を行う
ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 一定方向の磁界を印加しながら前記第1の強磁性層を形成することにより、前記磁化容易軸の方向を設定する
ことを特徴とする請求項10に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 前記磁化容易軸の方向と同一方向に磁界を印加しつつアニール処理を施すことにより規則化を行う
ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 1.6kA/m以上160kA/m以下の磁界を印加しつつ、250℃以上400℃以下の温度でアニール処理を施す
ことを特徴とする請求項12に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 自らの膜面と平行な一軸方向の検出対象磁界中に配置され、その検出対象磁界を検出する磁気検出素子の形成方法であって、
前記検出対象磁界に応じて磁化方向が変化する第1の強磁性層と、中間層と、前記第1の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第2の強磁性層とを順に形成することにより積層体を形成する積層工程と、
前記第1および第2の強磁性層の磁化方向がいずれも前記膜面と平行な面内において前記検出対象磁界と直交し、かつ、互いに反平行となるように規則化を行う規則化工程と、
前記積層体に対し、前記第2の強磁性層の磁化方向と平行な方向に読出電流を供給する導線を形成する工程と、
前記積層体に対し、前記膜面と平行な面内において前記第2の強磁性層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段を形成する工程と
を含み、
前記第1および第2の強磁性層の相互間に生じる前記第2の強磁性層の磁化方向における交換バイアス磁界が負を示すこととなる厚みを有するように前記中間層を形成し、
前記規則化工程によって、前記検出対象磁界が零である初期状態における前記第1および第2の強磁性層の磁化方向の設定を完了する
ことを特徴とする磁気検出素子の形成方法。 - 1.9nm以上2.0nm以下の厚みを有するように前記中間層を形成することを特徴とする請求項14に記載の磁気検出素子の形成方法。
- 磁化容易軸を有するように前記第1の強磁性層を形成すると共に、
前記第2の強磁性層の磁化方向が前記磁化容易軸と平行となり、前記第1の強磁性層の磁化方向が前記磁化容易軸と反平行となるように規則化を行う
ことを特徴とする請求項14または請求項15に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 一定方向の磁界を印加しながら前記第1の強磁性層を形成することにより、前記磁化容易軸の方向を設定する
ことを特徴とする請求項16に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 前記規則化工程において、
前記磁化容易軸の方向と同一方向に磁界を印加しつつアニール処理を施す第1工程と、
前記磁化容易軸の方向と反対方向に磁界を印加しつつアニール処理を施す第2工程と、
前記磁化容易軸の方向と同一方向に磁界を印加しつつアニール処理を施す第3工程と
を順におこなうことにより規則化をおこなう
ことを特徴とする請求項16または請求項17に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 前記第1から第3工程では、1.6kA/m以上160kA/m以下の磁界を印加しつつ、250℃以上400℃以下の温度でアニール処理を施す
ことを特徴とする請求項18に記載の磁気検出素子の形成方法。 - 銅を用いて前記中間層を形成することを特徴とする請求項8から請求項19のいずれか1項に記載の磁気検出素子の形成方法。
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