JP5579285B2 - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置に関する。
磁気抵抗効果素子（magnetoresistive effect element）は、磁気ヘッド（例えば、ＭＲヘッド：magnetoresistive head）に用いられている。ＭＲヘッドは、磁気記録再生装置に搭載され、ハードディスクドライブ等の磁気記録媒体からの情報を読み取る。ハードディスクの性能（記録密度）を高めるために、高分解の再生ヘッドとしてスピン蓄積効果を利用した技術が望まれている。スピン蓄積効果を利用した技術では、出力電圧の不足およびスピン注入効率について改善の余地がある。
特開２０１０−１９２６８７号公報
本発明の実施形態は、高い出力電圧あるいは高いスピン注入効率の磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置を提供する。
実施形態によれば、非磁性層と、積層構造体と、検出層と、を備えた磁気抵抗効果素子が提供される。前記積層構造体は、前記非磁性層の上に設けられる。前記積層構造体は、参照層と、発振層と、中間層と、を含む。前記参照層は、前記非磁性層の上に設けられる。前記参照層の磁化の方向は、固定される。前記発振層は、前記参照層と前記非磁性層との間に設けられる。前記発振層の磁化の方向は、前記参照層の磁化の方向と平行で可変である。前記中間層は、前記参照層と前記発振層との間に設けられる。前記検出層は、前記積層構造体と離間し前記非磁性層の上に設けられる。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す模式図である。 実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式的斜視図である。 実施形態に係る磁気ヘッドを搭載するヘッドスライダを示す模式的斜視図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、実施形態に係る他の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、実施形態に係るさらに他の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。 実施形態に係る磁気記録再生装置を示す模式的斜視図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る磁気記録装置の一部を示す模式的斜視図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図１（ａ）は、模式的斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に表したＡ１−Ａ２線断面図である。図１（ｃ）は、模式的平面図である。
図２は、実施形態に係る磁気ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。
図３は、実施形態に係る磁気ヘッドを搭載するヘッドスライダの構成を例示する模式的斜視図である。
まず、本実施形態に係る磁気ヘッドの構成の概要と動作の概要について、図２及び図３を用いて説明する。
図２に表したように、磁気ヘッド１１０は、再生部７０（再生ヘッド部）を備えている。さらに、磁気ヘッド１１０は、書き込み部６０（書き込みヘッド部）を備えることができる。
書き込み部６０は、例えば、主磁極６１と、リターンパス（シールド）６２と、を含む。なお、磁気ヘッド１１０において、書き込み部６０は、スピントルク発振子１０などの記録過程に対するアシスト機能する部分をさらに含むことができる。すなわち、磁気ヘッド１１０の書き込み部６０は、任意の構成を有することができる。
再生部７０は、磁気抵抗効果素子７１と、第１磁気シールド７２ａと、第２磁気シールド７２ｂとを含む。磁気抵抗効果素子７１は、第１磁気シールド７２ａと第２磁気シールド７２ｂとの間に設けられている。第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂは必要に応じて設けられ、場合によっては省略できる。
上記の再生部７０の各要素、及び上記の書き込み部６０の各要素は、図示しない、例えばアルミナの絶縁体により分離される。
図３に表したように、磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３に搭載される。ヘッドスライダ３には、例えばＡｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどが用いられる。
ヘッドスライダ３は、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。
ヘッドスライダ３は、例えば、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有する。磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３の空気流出側３Ｂの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダ３に搭載された磁気ヘッド１１０は、磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。
図２に表したように、磁気記録媒体８０は、例えば媒体基板８２と、媒体基板８２の上に設けられた磁気記録層８１と、を有する。書き込み部６０から印加される磁界により、磁気記録層８１の磁化８３が制御され、これにより書き込み動作が実施される。このとき、磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５の方向に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。
再生部７０は、磁気記録媒体８０に対向して配置される。磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５の方向に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動し、再生部７０は、磁気記録層８１の磁化８３の方向を検出する。これにより、再生動作が実施される。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、実施形態に係る磁気抵抗効果素子７１の構成を例示している。
この図においては、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂは省略されている。図１（ａ）においては、電流入力端子７８１及び電圧計７８３は省略されている。
磁気抵抗効果素子７１は、磁気記録媒体８０に対向する媒体対向面７０１（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）を有する。媒体対向面７０１は、後述する第１非磁性層７５０の端面であって磁気記録媒体８０に対向する端面である。磁気抵抗効果素子７１は、磁気記録媒体８０に記録された磁化８３の方向を検出する。
磁気抵抗効果素子７１は、積層構造体（スピン注入端子）７１１と、第１非磁性層７５０と、検出層（第３強磁性層）７６０と、第１電極層７９１と、第２電極層７９２と、を含む。積層構造体７１１は、参照層（第１強磁性層）７１０と、発振層（第２強磁性層）７２０と、中間層（第２非磁性層）７３０と、反強磁性層７４０と、を含む。反強磁性層７４０は、媒体対向面７０１に対して平行な第１方向に沿って第１非磁性層７５０の上に設けられる。発振層７２０は、反強磁性層７４０と第１非磁性層７５０との間に設けられる。中間層７３０は、反強磁性層７４０と発振層７２０との間に設けられる。参照層７１０は、反強磁性層７４０と中間層７３０との間に設けられる。検出層７６０は、媒体対向面７０１に対して垂直な第２方向に沿って積層構造体７１１と離間して設けられる。検出層７６０は、積層構造体７１１から媒体対向面７０１へ向かう方向において積層構造体７１１と離間して設けられる。図１に表した磁気抵抗効果素子７１では、検出層７６０は、第１方向に沿って第１非磁性層７５０の上に設けられる。
ここで、発振層７２０から参照層７１０に向かう方向をＸ軸方向とする。媒体対向面７０１に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直でＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
実施形態では、Ｘ軸方向は、媒体対向面７０１に対して平行である。このとき、「平行」は、Ｘ軸方向と媒体対向面７０１とが厳密に平行である場合の他に、Ｘ軸方向が媒体対向面７０１と小さい角度で傾斜していている場合も含む。例えば、Ｘ軸方向は、媒体対向面７０１に対してプラスマイナス１０度以下で傾斜していてもよい。
なお、Ｘ軸方向は第１方向に一致する。
なお、Ｘ軸方向は、例えばダウントラック方向（媒体移動方向８５）に沿う。Ｙ軸方向は、例えばクロストラック方向（トラック幅方向）に沿う。なお、書き込み部６０は、再生部７０と、例えばＸ軸方向に沿って並ぶ。例えば、媒体移動方向８５は、再生を行う磁気記録媒体８０の相対位置によって、Ｘ軸方向に対してプラスマイナス２０度以下で傾いている場合がある。従って、このときの「沿う」は、Ｘ軸方向（発振層７２０から参照層７１０に向かう方向）が、媒体移動方向８５に対して厳密に平行である場合の他に、例えばプラスマイナス２０度以下で傾いている場合を含む。
本願明細書において「上に設けられ」は、下側の層に接して上側の層が設けられる場合の他に、下側の層に、別の層を介して、上側の層が設けられる場合も含む。
本願明細書において「積層」とは、複数の層が互いに接して重ねられる状態の他に、間に別の層が挿入されて重ねられる場合も含む。
参照層７１０の磁化（第１磁化７１０ａ）の方向は、反強磁性層７４０により固定されている。
発振層７２０の磁化（第２磁化７２０ａ）の方向は、第１磁化７１０ａと同じ方向である。つまり、第２磁化７２０ａの方向は、第１磁化７１０ａの方向と平行である。発振層７２０の磁化の方向は、可変である。このとき、「平行」は、第１磁化７１０ａの方向が、第２磁化７２０ａの方向と厳密に平行である場合の他、第１磁化７１０ａの方向と第２磁化７２０ａの方向との角度が、プラスマイナス５０度以下(参考文献：APPLIED PHYSICS LETTERS 94, 152509 (2009))であることを含む。
図１（ａ）〜図１（ｃ）に表した磁気抵抗効果素子７１では、第１磁化７１０ａの方向は、Ｙ軸方向に対して反平行である。第２磁化７２０ａの方向は、Ｙ軸方向に対して反平行である。例えば、第１磁化７１０ａの方向とＹ軸方向との角度は、プラスマイナス２０度以下でもいい。例えば、第２磁化７２０ａの方向とＹ軸方向との角度は、プラスマイナス２０度以下でもよい。
ただし、実施形態はこれに限らず、例えば、第１磁化７１０ａの方向は、Ｙ軸方向に対して平行、Ｚ軸方向に対して平行もしくは反平行またはＸ軸方向に対して平行もしくは反平行であってもよい。例えば、第２磁化７２０ａの方向は、Ｙ軸方向に対して平行、Ｚ軸方向に対して平行もしくは反平行またはＸ軸方向に対して平行もしくは反平行であってもよい。
発振層７２０は、自由に磁化歳差運動可能である。つまり、第２磁化７２０ａは、歳差運動可能であり、発振可能である。第２磁化７２０ａは、電流が発振層７２０を流れると歳差運動する。言い換えれば、第２磁化７２０ａは、電流が発振層７２０を流れていないときには歳差運動しない。
検出層７６０の磁化の方向は、可変である。検出層７６０の磁化の容易軸（磁化容易軸７６０ａ）は、第１磁化７１０ａの方向に対して平行である。検出層７６０の磁化の容易軸（磁化容易軸７６０ａ）は、第２磁化７２０ａの方向に対して平行である。このとき、「平行」は、磁化容易軸７６０ａが、第１磁化７１０ａの方向と厳密に平行である場合の他、磁化容易軸７６０ａと第１磁化７１０ａの方向との角度が、プラスマイナス２０度以下であることを含む。このとき、「平行」は、磁化容易軸７６０ａが、第２磁化７２０ａの方向と厳密に平行である場合の他、磁化容易軸７６０ａと第２磁化７２０ａの方向との角度が、プラスマイナス２０度以下であることを含む。
図１（ａ）および図１（ｃ）に表したように、磁気抵抗効果素子７１は、第１ハードバイアス７７０ａと第２ハードバイアス７７０ｂとを含む。第１ハードバイアス７７０ａは、Ｙ軸方向において第２ハードバイアス７７０ｂと離間している。積層構造体７１１は、第１ハードバイアス７７０ａと第２ハードバイアス７７０ｂとの間に設けられる。第１非磁性層７５０は、第１ハードバイアス７７０ａと第２ハードバイアス７７０ｂとの間に設けられる。第１ハードバイアス７７０ａおよび第２ハードバイアス７７０ｂは、第２磁化７２０ａの方向を第１磁化７１０ａと同じ方向にすることができる。
図１（ａ）および図１（ｃ）に表したように、磁気抵抗効果素子７１は、第３ハードバイアス７７０ｃと第４ハードバイアス７７０ｄとを含む。第３ハードバイアス７７０ｃは、Ｙ軸方向において第４ハードバイアス７７０ｄと離間している。検出層７６０は、第３ハードバイアス７７０ｃと第４ハードバイアス７７０ｄとの間に設けられる。第１非磁性層７５０は、第３ハードバイアス７７０ｃと第４ハードバイアス７７０ｄとの間に設けられる。第３ハードバイアス７７０ｃおよび第４ハードバイアス７７０ｄは、検出層７６０の磁化容易軸７６０ａの方向を媒体対向面７０１に対して平行な方向にすることができる。
参照層７１０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ合金及びＦｅＮｉ合金や、ＣｏがＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅに添加された強磁性合金や、参照層７１０の平均組成がＣｏ２ＡＢ（Ａ：ＦｅやＭｎ又はＦｅとＭｎとの両方が含まれる。Ｂ：Ａｌ、ＳｉやＧｅが含まれる。）となる強磁性ホイスラー合金などが用いられる。参照層７１０の平均組成Ｃｏ２ＡＢの各原子組成は、Ｃｏ：Ａ：Ｂ＝５０：２５：２５［ａｔ％］になる化学量論組成である場合の他に、各Ｃｏ、Ａ、Ｂが化学量論組成からそれぞれプラスマイナス５ａｔ％ずれている場合も含む。例えば、参照層７１０の平均組成Ｃｏ２ＡＢの各原子組成は、Ｃｏ：Ａ：Ｂ＝４５：２５：３０［ａｔ％］になる化学量論組成などであってもよい。また、参照層７１０は、平均組成が前述の範囲にある限りにおいて、積層構造を有しても合金の単層構造を有していてもよい。発振層７２０及び検出層７６０の材料は、参照層７１０の材料と同様である。
反強磁性層７４０には、例えば、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料が用いられる。
中間層７３０には、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ又はこれらの合金が用いられる。 第１非磁性層７５０には、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ又はこれらの合金が用いられる。
参照層７１０の厚さｔ１（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば２ナノメートル（ｎｍ）以上２０ｎｍ以下である。発振層７２０の厚さｔ２（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。検出層７６０の厚さｔ６（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
反強磁性層７４０の厚さｔ４（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。中間層７３０の厚さｔ３（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば２ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１非磁性層７５０の厚さｔ５（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば２ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
図１（ｂ）および図１（ｃ）に表したように、磁気抵抗効果素子７１は、電流入力端子７８１と電圧計７８３とを含む。電流入力端子７８１の一端は、積層構造体７１１の反強磁性層７４０の上に設けられた第１電極層７９１に接続される。電流入力端子７８１の他端は、第１非磁性層７５０に接続される。電圧計７８３の一端は、検出層７６０の上に設けられた第２電極層７９２に接続される。電圧計７８３の他端は、第１非磁性層７５０に接続される。第１電極層７９１及び第２電極層７９２には、例えばＣｕ、Ｔａ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗや、これらの積層構造又はこれらのいずれかを含む合金が用いられる。
例えば、図１（ｂ）に表した矢印５２の方向に電子が流れるように電流入力端子７８１から電流を流すと、スピン偏極が生じた電子（スピン偏極電子）が参照層７１０から第１非磁性層７５０へ注入される。第１非磁性層７５０へ注入されたスピン偏極電子は、図１（ｂ）に表した矢印５４のように、スピン蓄積効果により第１非磁性層７５０内を積層構造体７１１から検出層７６０へ向かって拡散する。
このとき、「スピン蓄積効果」とは、一方の強磁性層から非磁性層に向けて入力された電流とともにスピン偏極した電子が非磁性層内に注入され、偏極したスピンが非磁性層のスピン拡散長（スピンの情報が消失する距離）内で蓄積される現象である。強磁性体は、フェルミ準位近傍でスピン偏極している。そのため、他方の強磁性層と非磁性層との間の電位差を検出すると、一方の強磁性層の磁化方向と、他方の強磁性層の磁化方向と、の違いに応じて電圧差が生じる。この電圧差が、スピン蓄積による出力電圧となる。
図１（ａ）〜図１（ｃ）に表した磁気抵抗効果素子７１では、参照層７１０から第１非磁性層７５０に向けて入力された電流とともにスピン偏極電子が第１非磁性層７５０内に注入される。偏極したスピンは、第１非磁性層７５０のスピン拡散長内で蓄積される。参照層７１０は、フェルミ準位近傍でスピン偏極している。そのため、検出層７６０と、第１非磁性層７５０と、の間の電位差を電圧計７８３により検出すると、参照層７１０の磁化（第１磁化７１０ａ）の方向と、検出層７６０の磁化の方向と、の違いに応じて電圧差が生じる。この電圧差が、スピン蓄積による出力電圧となる。
ここで、参考例について説明する。
磁気記録再生装置の記録密度は、近い将来Ｔｂｉｔ／ｉｎ２（テラビット／平方インチ）を超えてさらに増大すると予想されている。これに対応するため、十分な分解能や再生出力を確保できる磁気再生ヘッドが要求される。しかしながら、例えば、参考例の垂直通電型磁気ヘッドとしてのＴＭＲ(Tunneling Magneto Resistance)ヘッドやＣＰＰ−ＧＭＲ(Current Perpendicular to Plane Giant Magneto Resistance)ヘッドでは、記録密度がＴｂｉｔ級の場合、シールド間のギャップ長が２０ｎｍ（ナノメートル）程度以下となる。このギャップ長では、十分な再生出力と分解能を得ることが困難な場合がある。
そこで、高分解の再生ヘッドとして前述したスピン蓄積効果を利用したものが提案されている。一般的に、スピン蓄積型の磁気抵抗素子では、スピン注入端子として磁化固着層が使用され、検出層として磁化自由層が用いられる。出力電圧を大きくする１つの手段として、スピン偏極率の大きな強磁性層を用いて偏極したスピンの注入量を増大させることが挙げられる。他の１つの手段として、強磁性層と非磁性層との界面に界面抵抗調整のための非磁性高抵抗層を挿入することが挙げられる。さらに他の１つの手段として、スピン拡散長の長い材料を非磁性層として用いることが挙げられる。さらに他の１つの手段として、２つの強磁性層間の距離を短くすることで、注入されたスピンの緩和を抑えることが挙げられる。
しかし、参考例に係るスピン蓄積型の磁気抵抗素子の課題の１つとして、出力電圧の不足が挙げられる。参考例に係るスピン蓄積型の磁気抵抗素子の他の課題の１つとして、高抵抗な界面層が磁化固着層と非磁性層との界面に挿入された場合には、電流由来のスピン注入では強磁性層や非磁性層との抵抗ミスマッチに起因するスピン注入効率が低下することが挙げられる。
これに対して、実施形態に係る磁気抵抗効果素子７１では、発振層７２０が参照層７１０と第１非磁性層７５０との間に設けられる。例えば、図１（ｂ）に表した矢印５２の方向に電子が流れるように電流入力端子７８１から電流を流すと、発振層７２０の磁化（第２磁化７２０ａ）の歳差運動に基づくスピンポンピング効果により、発振層７２０から第１非磁性層７５０へのスピン注入が行われる。スピンポンピングによるスピン注入方式は、磁化の歳差運動に基づく電子のスピン角運動量の授受であり、電流を伴う方式とは異なる。このため、例えば図４に示したような高抵抗な第１界面層７８０ａが発振層７２０と第１非磁性層７５０との間に挿入されて発振層７２０の抵抗と第１界面層７８０ａの抵抗とのミスマッチが大きくなる場合でも、発振層７２０から第１非磁性層７５０へのスピンポンピングによるスピン注入は効率良く行われる。
すなわち、発振層７２０を通過した電子において、参照層７１０の磁化（第１磁化７１０ａ）の方向と同じ方向のスピンをもった電子は、参照層７１０を通過する。一方で、第１磁化７１０ａの方向と逆方向のスピンをもった電子は、中間層７３０と参照層７１０との界面で反射される。これにより、第１磁化７１０ａの方向と逆方向のスピン電子が発振層７２０に流入する。その電子のスピン角運動量が発振層７２０の磁化に受け渡されることにより、スピントルクが発振層７２０の磁化に働く。スピントルクの方向は、参照層７１０の磁化の方向と逆方向である。その結果、発振層７２０の磁化が歳差運動し、発振する。
これによれば、例えば、図１（ｂ）に表した矢印５２の方向に電子が流れるように電流入力端子７８１から電流を流すと、電流（電子の流れ）によるスピン注入（電流由来のスピン注入）と、発振層７２０のスピンポンピングによるスピン注入と、が実質的に同時に行われる。そのため、発振層７２０が設けられていない場合と比較して、積層構造体７１１から第１非磁性層７５０へのスピン注入量を増大させ、出力電圧を大きくすることができる。
電流由来のスピン注入量と、発振層７２０のスピンポンピングによるスピン注入量と、の合計がより大きくあるいは最大となることがより好ましい。実施形態では、参照層７１０の飽和磁化をＭｓ１と表記し、発振層７２０の飽和磁化をＭｓ２と表記した場合において、積Ｍｓ１×ｔ１は、積Ｍｓ２×ｔ２よりも大きい。これによれば、参照層７１０と発振層７２０との間で生ずる静磁結合の強弱を調整することができる。発振層７２０は、参照層７１０と比較して、より大きい角度で磁化歳差運動をより容易に行うことができる。
なお、第１ハードバイアス７７０ａの飽和磁化と厚さ（Ｚ軸方向に沿った長さ）とをそれぞれＭｓ７ａとｔ７ａと表記し、第２ハードバイアス７７０ｂの飽和磁化と厚さ（Ｚ軸方向に沿った長さ）とをそれぞれＭｓ７ｂとｔ７ｂと表記した場合において、積Ｍｓ７ａ×ｔ７ａと、積Ｍｓ７ｂ×ｔ７ｂと、を適宜調整してもよい。これによれば、発振層７２０は、参照層７１０と比較して、より大きい角度で磁化歳差運動をより容易に行うことができる。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、実施形態に係る他の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図４（ａ）は、模式的斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に表したＢ１−Ｂ２線断面図である。図４（ｃ）は、模式的平面図である。
この図においては、第１磁気シールド７２ａ及び第２磁気シールド７２ｂは省略されている。図１（ａ）においては、電流入力端子７８１及び電圧計７８３は省略されている。
図４（ａ）〜図４（ｃ）に表した磁気抵抗効果素子７１ａは、図１（ａ）〜図１（ｃ）に表した磁気抵抗効果素子７１に対して、第１界面層７８０ａと、第２界面層７８０ｂと、をさらに含む。第１界面層７８０ａは、発振層７２０と第１非磁性層７５０との間に設けられる。第２界面層７８０ｂは、検出層７６０と第１非磁性層７５０との間に設けられる。
第１界面層７８０ａには、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇａの酸化物が用いられる。
第２界面層７８０ｂには、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇａの酸化物が用いられる。
第１界面層７８０ａの厚さｔ８ａ（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
第２界面層７８０ｂの厚さｔ８ｂ（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、例えば０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
磁気抵抗効果素子７１ａの他の構成は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に関して前述した磁気抵抗効果素子７１の構成と同様である。
第１界面層７８０ａは、第１界面層７８０ａが設けられていない場合と比較すると、発振層７２０と第１非磁性層７５０との間の界面抵抗をより高い抵抗に設定する。つまり、第１界面層７８０ａは、発振層７２０と第１非磁性層７５０との間の界面抵抗よりも高い抵抗を有する。第２界面層７８０ｂは、第２界面層７８０ｂが設けられていない場合と比較すると、検出層７６０と第１非磁性層７５０との間の界面抵抗をより高い抵抗に設定する。つまり、第２界面層７８０ｂは、検出層７６０と第１非磁性層７５０との間の界面抵抗よりも高い抵抗を有する。
これによれば、第１界面層７８０ａおよび第２界面層７８０ｂが設けられていない場合（例えば図１（ａ）〜図１（ｃ）に表した磁気抵抗効果素子７１）と比較すると、参照層７１０の磁化（第１磁化７１０ａ）の方向と、検出層７６０の磁化の方向と、の違いに応じた電圧差をより大きくすることができる。つまり、スピン蓄積による出力電圧をより大きくすることができる。
一方で、第１界面層７８０ａおよび第２界面層７８０ｂが設けられていない場合と比較すると、界面抵抗が増加する。そのため、電流由来のスピン注入では強磁性層（この例では参照層７１０）や非磁性層（この例では第１非磁性層７５０）との抵抗ミスマッチに起因するスピン注入効率が低下することがある。
これに対して、実施形態に係る磁気抵抗効果素子７１ａでは、発振層７２０が参照層７１０と第１非磁性層７５０との間に設けられる。例えば、図４（ｂ）に表した矢印５２の方向に電子が流れるように電流入力端子７８１から電流を流すと、発振層７２０の磁化（第２磁化７２０ａ）の歳差運動に基づくスピンポンピング効果により、発振層７２０から第１非磁性層７５０へのスピン注入が行われる。
電流由来のスピン注入量と、発振層７２０のスピンポンピングによるスピン注入量と、の合計がより大きくあるいは最大となることがより好ましい。この例では、第１界面層７８０ａおよび第２界面層７８０ｂが設けられる。そのため、スピン注入量の合計をより大きくあるいは最大とするために、発振層７２０のスピンポンピングによるスピン流の発生効率を向上させることがより好ましい。これは、前述したように、発振層７２０のスピンポンピングによるスピン注入の効率が電流由来のスピン注入の効率よりも高いためである。
実施形態では、積Ｍｓ１×ｔ１は、積Ｍｓ２×ｔ２よりも大きい。これによれば、発振層７２０の磁化歳差運動の投影面積がより大きくあるいは最大となる。言い換えれば、発振層７２０の磁化歳差運動の角度がより大きくあるいは最大となる。これにより、発振層７２０のスピンポンピングによるスピン注入量をより大きくあるいは最大とすることができる。
なお、積Ｍｓ７ａ×ｔ７ａと、積Ｍｓ７ｂ×ｔ７ｂと、を適宜調整してもよい。これによれば、発振層７２０のスピンポンピングによるスピン注入量をより大きくあるいは最大とすることができる。
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、実施形態に係るさらに他の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図５（ａ）は、模式的斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に表したＣ１−Ｃ２線断面図である。図５（ｃ）は、模式的平面図である。
第２磁化７２０ａの方向は、第１磁化７１０ａと同じ方向である。つまり、第２磁化７２０ａの方向は、第１磁化７１０ａの方向と平行である。このとき、「平行」は、第１磁化７１０ａの方向が、第２磁化７２０ａの方向と厳密に平行である場合の他、第１磁化７１０ａの方向と第２磁化７２０ａの方向との角度が、プラスマイナス５０度以下であることを含む。
図５（ａ）〜図５（ｃ）に表した磁気抵抗効果素子７１ｂでは、第１磁化７１０ａの方向は、Ｘ軸方向に対して平行である。第２磁化７２０ａの方向は、Ｘ軸方向に対して平行である。例えば、第１磁化７１０ａの方向とＸ軸方向との角度は、プラスマイナス２０度以下でもいい。例えば、第２磁化７２０ａの方向とＹ軸方向との角度は、プラスマイナス２０度以下でもよい。
ただし、実施形態はこれに限らず、例えば、第１磁化７１０ａの方向は、Ｘ軸方向に対して反平行であってもよい。例えば、第２磁化７２０ａの方向は、Ｘ軸方向に対して反平行であってもよい。
検出層７６０の磁化容易軸７６０ａは、Ｘ軸方向に対して平行である。すなわち、検出層７６０の磁化容易軸７６０ａは、第１磁化７１０ａの方向に対して平行である。検出層７６０の磁化容易軸７６０ａは、第２磁化７２０ａの方向に対して平行である。このとき、「平行」は、磁化容易軸７６０ａが、第１磁化７１０ａの方向と厳密に平行である場合の他、磁化容易軸７６０ａと第１磁化７１０ａの方向との角度が、プラスマイナス２０度以下であることを含む。このとき、「平行」は、磁化容易軸７６０ａが、第２磁化７２０ａの方向と厳密に平行である場合の他、磁化容易軸７６０ａと第２磁化７２０ａの方向との角度が、プラスマイナス２０度以下であることを含む。
磁気抵抗効果素子７１ｂの他の構成は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に関して前述した磁気抵抗効果素子７１ａの構成と同様である。
これによれば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に関して前述した磁気抵抗効果素子７１の効果あるいは図４（ａ）〜図４（ｃ）に関して前述した磁気抵抗効果素子７１ａの効果と同様の効果が得られる。
図１（ａ）〜図１（ｃ）に関して前述した磁気抵抗効果素子７１、図４（ａ）〜図４（ｃ）に関して前述した磁気抵抗効果素子７１ａおよび図５（ａ）〜図５（ｃ）に関して前述した磁気抵抗効果素子７１ｂでは、検出層７６０は、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って第１非磁性層７５０の上に設けられる。ただし、検出層７６０は、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って第１非磁性層７５０の下に設けられてもよい。この場合には、第２界面層７８０ｂは、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って第１非磁性層７５０の下に設けられる。すなわち、第２界面層７８０ｂは、第１非磁性層７５０と検出層７６０との間に設けられる。
図６は、実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図６に表したように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ４に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えてもよい。
記録用媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ３は、既に説明したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ３の先端付近に、例えば、既に説明した実施形態に係る磁気抵抗効果素子（例えば磁気抵抗効果素子７１、７１ａ、７１ｂ）のいずれかを含む磁気ヘッド１１０が搭載される。
記録用媒体ディスク１８０が回転すると、サスペンション１５４による押し付け圧力とヘッドスライダ３の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダ３の媒体対向面は、記録用媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ３が記録用媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」としてもよい。
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とを含むことができる。
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。その結果、磁気ヘッドを記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動可能となる。
図７（ａ）は、磁気記録再生装置の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。
また、図７（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となる磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ：ＨＧＡ）１５８を例示する斜視図である。
図７（ａ）に表したように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、この軸受部１５７から延出したヘッドジンバルアセンブリ１５８と、軸受部１５７からＨＧＡと反対方向に延出していると共にボイスコイルモータのコイル１６２を支持した支持フレーム１６１と、を有している。
また、図７（ｂ）に示したように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延出したアクチュエータアーム１５５と、アクチュエータアーム１５５から延出したサスペンション１５４と、を有している。
サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ３が取り付けられている。そして、ヘッドスライダ３には、実施形態に係る磁気抵抗効果素子のいずれかを含む磁気ヘッドが搭載される。
すなわち、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８は、実施形態に係る磁気ヘッドと、磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダ３と、ヘッドスライダ３を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。
サスペンション１５４は、信号の書き込み及び読み取り用、浮上量調整のためのヒーター用、及び、例えばスピントルク発振子用などのためのリード線（図示しない）を有する。これらのリード線と、ヘッドスライダ３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極と、が電気的に接続される。
また、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０が設けられる。信号処理部１９０は、例えば、図６に例示した磁気記録再生装置１５０の図面中の背面側に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８の電極パッドに接続され、磁気ヘッドと電気的に結合される。
このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドと、磁気記録媒体と磁気ヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で相対的に移動可能とした可動部と、磁気ヘッドを磁気記録媒体の所定記録位置に位置合わせする位置制御部と、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
すなわち、上記の磁気記録媒体として、記録用媒体ディスク１８０が用いられる。
上記の可動部は、ヘッドスライダ３を含むことができる。
また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ１５８を含むことができる。
このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリと、磁気ヘッドアセンブリに搭載された磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０によれば、上記の実施形態に係る磁気ヘッドを用いることで、高出力で低抵抗の再生が可能になる。さらに、スピントルクノイズが抑制され、熱磁気ノイズによるＳＮ比の低下が抑制され、空間分解能が向上できる。
実施形態によれば、高い出力電圧あるいは高いスピン注入効率の磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置が提供される。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であればよい。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気ヘッドに含まれる再生部、磁気抵抗効果素子、参照層、発振層、非磁性層、反強磁性層、検出層、界面層及び書き込み部など、並びに、磁気ヘッドアセンブリに含まれるヘッドスライダ、サスペンション及びアクチュエータアーム、並びに、磁気記録再生装置に含まれる磁気記録媒体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。例えば、上記実施形態の中で説明した材料、組成、膜厚なども一例であり、種々の選択が可能である。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
３ ヘッドスライダ、 ３Ａ 空気流入側、 ３Ｂ 空気流出側、 ４ スピンドルモータ、 １０ スピントルク発振子、 ５２、５４ 矢印、 ６０ 書き込み部、 ６１ 主磁極、 ６２ リターンパス、 ７０ 再生部、 ７１ 磁気抵抗効果素子、 ７１ａ、７１ｂ 磁気抵抗効果素子、 ７２ａ 第１磁気シールド、 ７２ｂ 第２磁気シールド、 ８０ 磁気記録媒体、 ８１ 磁気記録層、 ８２ 媒体基板、 ８３ 磁化、 ８５ 媒体移動方向、 １１０ 磁気ヘッド、 １５０ 磁気記録再生装置、 １５４ サスペンション、 １５５ アクチュエータアーム、 １５６ ボイスコイルモータ、 １５７ 軸受部、 １５８ ヘッドジンバルアセンブリ、 １６０ ヘッドスタックアセンブリ、 １６１ 支持フレーム、 １６２ コイル、 １８０ 記録用媒体ディスク、 １９０ 信号処理部、 ７０１ 媒体対向面、 ７１０ 参照層、 ７１０ａ 第１磁化、 ７１１ 積層構造体、 ７２０ 発振層、 ７２０ａ 第２磁化、 ７３０ 中間層、 ７４０ 反強磁性層、 ７５０ 第１非磁性層、 ７６０ 検出層、 ７６０ａ 磁化容易軸、 ７７０ａ 第１ハードバイアス、 ７７０ｂ 第２ハードバイアス、 ７７０ｃ 第３ハードバイアス、 ７７０ｄ 第４ハードバイアス、 ７８０ａ 第１界面層、 ７８０ｂ 第２界面層、 ７８１ 電流入力端子、 ７８３ 電圧計、 ７９１ 第１電極層、 ７９２ 第２電極層

Claims (8)

  1. 非磁性層と、
    前記非磁性層の上に設けられた積層構造体であって、
    前記非磁性層の上に設けられ磁化の方向が固定された参照層と、
    前記参照層と前記非磁性層との間に設けられ磁化の方向が前記参照層の磁化の方向と平行で可変の発振層と、
    前記参照層と前記発振層との間に設けられた中間層と、
    を含む積層構造体と、
    前記積層構造体と離間し前記非磁性層の上に設けられた検出層と、
    を備えた磁気抵抗効果素子。
  2. 前記発振層は、磁化歳差運動可能である請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 第１ハードバイアスと、
    前記第１ハードバイアスと離間して設けられた第２ハードバイアスと、
    をさらに備え、
    前記積層構造体は、前記第１ハードバイアスと前記第２ハードバイアスとの間に設けられた請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 前記参照層の飽和磁化をＭｓ１とし、前記発振層から前記参照層へ向かう方向に沿った前記参照層の厚さをｔ１とし、前記発振層の飽和磁化をＭｓ２とし、前記発振層から前記参照層へ向かう方向に沿った前記発振層の厚さをｔ２としたとき、
    積Ｍｓ１×ｔ１は、積Ｍｓ２×ｔ２よりも大きい請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 前記発振層と前記非磁性層との間に設けられ前記発振層と前記非磁性層との間の界面抵抗よりも高い抵抗を有する第１界面層と、
    前記検出層と前記非磁性層との間に設けられ前記検出層と前記非磁性層との間の界面抵抗よりも高い抵抗を有する第２界面層と、
    をさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド。
  7. 請求項６記載の磁気ヘッドと、
    前記磁気ヘッドを一端に搭載するサスペンションと、
    前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
    を備えた磁気ヘッドアセンブリ。
  8. 請求項７記載の磁気ヘッドアセンブリと、
    前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された磁気ヘッドを用いて情報が再生される磁気記録媒体と、
    を備えた磁気記録再生装置。
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