JPH1196515A - Ｇｍｒ磁気センサ、その製造方法、および磁気ヘッド - Google Patents

Ｇｍｒ磁気センサ、その製造方法、および磁気ヘッド

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JPH1196515A
JPH1196515A JP9253661A JP25366197A JPH1196515A JP H1196515 A JPH1196515 A JP H1196515A JP 9253661 A JP9253661 A JP 9253661A JP 25366197 A JP25366197 A JP 25366197A JP H1196515 A JPH1196515 A JP H1196515A
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layer
conductive
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Makoto Iijima
誠 飯島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微少な磁場に感応し、抵抗変化が大きく、高
感度なＧＭＲ磁気ヘッドを提供する。 【解決手段】 第１の導電性非磁性層中に形成された、
複数の、相互に分離した第１の強磁性領域と、第２の導
電性非磁性層により、第１の導電性非磁性層から隔てら
れた第３の導電性非磁性層中に形成され、前記複数の第
１の強磁性領域のうちの対応する一と交換結合する、複
数の、相互に分離した第２の強磁性領域とよりなり、前
記第１〜第３の非磁性層を横切って流れる電流を検出す
ることにより、外部磁場を検出するＧＭＲ磁気ヘッドに
おいて、第１の導電性非磁性層と第３の導電性非磁性層
との間に、トンネル絶縁膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に磁気ヘッドに
関し、特にいわゆるＧＭＲ効果を利用した高感度磁気ヘ
ッドに関する。磁気ヘッドはビデオレコーダやテープレ
コーダ等の映像・音響機器からコンピュータ等の情報処
理装置にいたるまで広範囲に使われている。特に、情報
処理装置においては、画像データや音声データの処理に
関連して非常に大量の情報信号を記録する必要が生じて
おり、このため記録密度の高い、大容量の高速磁気記憶
装置が必要となっている。かかる高速の大容量磁気記憶
装置は所望の高い記録密度で書込みおよび読出しが可能
な磁気ヘッドを必要とする。
【０００２】磁気ヘッドで読出しできる情報の記録密
度、すなわち分解能は、主に磁気ヘッドのギャップ幅と
記録媒体からの距離で決まる。磁気コアにコイルを巻回
したインダクション型の磁気ヘッドでは、ギャップ幅が
１μｍの場合に約６５Ｍビット／平方インチの記録密度
が達成されているが、将来的には２０Ｇビット／平方イ
ンチを超える非常に高い記録密度での読み書きが可能な
磁気ヘッドが必要になると予測されており、このために
は非常に微弱な磁気信号を検出できる、高感度磁気セン
サが必要になる。このような非常に微小な磁化スポット
を高速で検出するには、従来の電磁変換器の原理にもと
づくインダクション型の磁気ヘッドでは十分な分解能や
感度、あるいは応答特性を与えることができない。
【０００３】かかる非常に微小な記録ドットを検出でき
る高感度磁気ヘッドとして、磁気抵抗センサを備えた磁
気ヘッドが提案されている 例えば、P. Ciureanu and
Gavrila, Studies in Electrical and Electronic Emgi
neering 39, "Magnetic Heads for Digital Recordin
g," Chapter 7, Elsevier Publication, 1990 を参照。
【０００４】
【従来の技術】図７は、磁気抵抗センサのうちでも、特
に微弱な磁気信号を検出するのに適したいわゆるＧＭＲ
（giant magneto-resistance）磁気センサを備えた磁気
ヘッド１０の断面図を、また図８（Ａ），（Ｂ）は、前
記磁気ヘッド１０に使われるＧＭＲ磁気センサの構成を
示す。
【０００５】図７を参照するに、磁気ヘッド１０は、Ａ
ｌ2 Ｏ3 あるいはＴｉＣ等のセラミック基板１１上に形
成され、前記基板１１上に形成された下側磁気シールド
１２と、前記下側磁気シールド上に、非磁性絶縁膜１３
を介して形成された上側磁気シールド１４と、前記上下
の磁気シールド１２，１４により、前記磁気ヘッド１０
の前端部に形成された読み取りギャップ１５中に配設さ
れた、ＧＭＲ磁気センサ１６とを含み、さらに前記上側
磁気シールド１４上には、非磁性絶縁膜１７を介して磁
極１８が形成されている。前記磁気シールド１４と磁極
１８との間には、前記磁気ヘッド１０の前端部において
書込みギャップ１９が形成され、また前記絶縁膜１７中
には書込みコイル２０が形成されている。
【０００６】図８（Ａ），（Ｂ）は、図７のＧＭＲ磁気
センサ１６の構成を、それぞれ外部磁場Ｈが印加されて
いない状態および印加されている状態について示す図で
ある。図８（Ａ），（Ｂ）を参照するに、ＧＭＲ磁気セ
ンサ１６は、ＣｕあるいはＡｇ等の導電性非磁性体より
なる本体１６Ａと、前記本体１６Ａ中に形成された、各
々径が数十ｎｍ、厚さが２〜４ｎｍの偏平な複数の強磁
性領域１６Ｂとよりなり、前記強磁性領域１６Ｂは、交
換相互作用が生じる最適な所定の間隔だけ相互に離間さ
れて、外部磁場が印加されていない場合、図８（Ａ）中
に破線で示す静磁結合を形成する。かかる静磁結合の結
果、上下に隣接する強磁性領域１６Ｂの磁化方向は反平
行になる。
【０００７】このような状態において、前記本体１６Ａ
上に形成された電極Ａから電子流を本体１６Ａ中に注入
すると、電子流中の電子は、図８（Ａ）に示すように、
上向きスピンを持つものが本体１６Ａ中の一方向の磁化
を有する強磁性領域１６Ｂにより散乱され、一方下向き
スピンを持つものが、前記強磁性領域１６Ｂのうち、逆
方向の磁化を有するものにより散乱される。従って、こ
の状態では電極Ｂに到達する電子の数は減少し、磁気セ
ンサ１６は高抵抗状態を示す。
【０００８】一方、図８（Ｂ）に示すＧＭＲ磁気センサ
１６に外部磁界Ｈが印加されている場合、前記強磁性領
域１６Ｂの磁化方向は外部磁界Ｈの方向に揃い、その結
果隣接する強磁性領域１６Ｂ間の静磁結合は解消する。
この場合、前記電極Ａから電子流が本体１６Ａ中に注入
されると、前記電子流中に含まれる一方のスピン方向の
電子は前記強磁性領域１６Ｂとの相互作用により散乱を
受けるが、他の電子は電極Ｂに到達する。すなわち、換
言すると、ＧＭＲ磁気センサ１６は、外部磁場Ｈが印加
された場合に抵抗値を減少させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ＧＭＲ磁気センサ１６では、前記本体１６Ａ上の電極
Ａ，Ｂの間に電圧を印加して電子流を流した場合、一部
の電子は、図８（Ａ）, （Ｂ）に対応する図９に示した
強磁性領域１６Ｂを横切る経路Ｐ1 を通って流れるが、
一方他の電子は、前記導電性非磁性材料よりなる本体１
６Ａの表面を、電極Ａから電極Ｂまで、経路Ｐ2 に沿っ
て直接に流れてしまう。このような経路Ｐ2に沿った電
子流が発生した場合、図８（Ａ），（Ｂ）あるいは図９
に示す、電極Ａ，Ｂ間において測定するＧＭＲ磁気セン
サ１６の抵抗値の変化は、経路Ｐ2 に沿った電子流によ
り覆い隠されてしまい、検出感度が低下してしまう。
【００１０】この問題を解消するために、前記本体１６
Ａの底部に別の電極１６Ｃを形成し、抵抗値の変化を電
極１６Ａと電極１６Ｃとの間で検出することも考えられ
るが、この場合には、本体１６Ａの厚さが高々５０ｎｍ
程度であり、測定される抵抗値はほどんどゼロとなって
しまい、外部磁場の印加による抵抗値の減少の検出は実
質的に不可能である。
【００１１】そこで、本発明は上記の課題を解決した新
規で有用なＧＭＲ磁気ヘッドを提供することを概括的課
題とする。本発明のより具体的な課題は、抵抗値の変化
を明瞭に観測できるＧＭＲ磁気センサを備えた磁気ヘッ
ドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を。請求項１に記載したように、第１の電極と、前記第
１の電極上に形成された第１の導電性非磁性層と、前記
第１の導電性非磁性層中に形成された、複数の、相互に
分離した第１の強磁性領域と、前記第１の導電性非磁性
層上に形成された第２の導電性非磁性層と、前記第２の
導電性非磁性層上に形成された第３の導電性非磁性層
と、前記第３の導電性非磁性層中に形成された、複数
の、相互に分離した第２の強磁性領域と、前記第３の導
電性非磁性層上に形成された第２の電極とよりなり、前
記第１の導電性非磁性層と前記第３の導電性非磁性層と
は、第１の強磁性領域と第２の強磁性領域との間に交換
相互作用が生じるような距離だけ離間されたＧＭＲ磁気
センサにおいて、前記第１の導電性非磁性層と前記第３
の導電性非磁性層との間には、トンネル絶縁膜が形成さ
れていることを特徴とするＧＭＲ磁気センサにより、ま
たは請求項２に記載したように、前記トンネル絶縁膜
は、前記第２の非磁性層と前記第３の非磁性層との間に
形成されることを特徴とする請求項１記載のＧＭＲ磁気
センサにより、または請求項３に記載したように、第２
の非磁性層は非磁性金属よりなり、前記トンネル絶縁膜
は、前記非磁性金属の酸化物よりなることを特徴とする
請求項２記載のＧＭＲ磁気センサにより、または請求項
４に記載したように、前記トンネル絶縁膜は、前記第１
の非磁性層と前記第２の非磁性層との間に形成されるこ
とを特徴とする請求項１記載のＧＭＲ磁気センサによ
り、または請求項５に記載したように、前記第２の非磁
性層は、前記第１の非磁性層の組成とは異なった組成を
有し、前記第３の非磁性層は、前記第２の非磁性層の組
成とは異なった組成を有することを特徴とする請求項１
〜４のうち、いずれか一項記載のＧＭＲ磁気センサによ
り、または請求項６に記載したように、前記第１の強磁
性領域および前記第２の強磁性領域の各々は、厚さが約
２〜４ｎｍ、径が数十ｎｍの偏平な形状を有しているこ
とを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載
のＧＭＲ磁気センサにより、または請求項７に記載した
ように、前記第１の非磁性層および前記第３の非磁性層
は約０．１〜３ｎｍの厚さを有し、前記第２の非磁性層
は約１〜１０ｎｍの厚さを有し、前記トンネル絶縁膜
は、約０．１〜０．５ｎｍの厚さを有することを特徴と
する請求項１〜６のうち、いずれか一項記載のＧＭＲ磁
気センサにより、または請求項８に記載したように、前
記第１の強磁性領域および前記第３の強磁性領域の各々
は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，およびこれらの合金よりなる群
より選択される金属により形成され、前記第１〜第３の
非磁性層の各々は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，およびこれらの
合金よりなる群より選択される金属により形成されるこ
とを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか一項記載
のＧＭＲ磁気センサにより、または請求項９に記載した
ように、前記トンネル絶縁膜は、酸化物，窒化物，硼化
物のいずれか一つよりなることを特徴とする請求項１記
載のＧＭＲ磁気センサにより、または請求項１０に記載
したように、第１の電極と、前記第１の電極上に形成さ
れた第１の導電性非磁性層と、前記第１の導電性非磁性
層中に形成された、複数の、相互に分離した第１の強磁
性領域と、前記第１の導電性非磁性層上に形成された第
２の導電性非磁性層と、前記第２の導電性非磁性層上に
形成された第３の導電性非磁性層と、前記第３の導電性
非磁性層中に形成された、複数の、相互に分離した第２
の強磁性領域と、前記第３の導電性非磁性層上に形成さ
れた第２の電極とよりなり、前記第１の導電性非磁性層
と前記第３の導電性非磁性層とは、前記第１の強磁性領
域と前記第２の強磁性領域との間に交換相互作用が生じ
るような距離だけ離間され、前記第１の導電性非磁性層
と前記第３の導電性非磁性層との間には、トンネル絶縁
膜が形成されたＧＭＲ磁気センサの製造方法において、
前記第１の非磁性層および第１の強磁性領域を、前記第
１の非磁性層を構成する金属元素と前記第１の強磁性領
域を構成する金属元素とを含む第１の金属膜を形成し、
前記第１の金属膜を、前記第１の金属膜中において、前
記第１の強磁性領域と前記第１の非磁性層とが互いに分
離するような温度で熱処理する工程により形成し、前記
第３の非磁性層および第２の強磁性領域を、前記第３の
非磁性層を構成する金属元素と前記第２の強磁性領域を
構成する金属元素とを含む第２の金属膜を形成し、前記
第２の金属膜を、前記第２の金属膜中において、前記第
２の強磁性領域と前記第３の非磁性層とが互いに分離す
るような温度で熱処理する工程により形成し、前記トン
ネル酸化膜を、前記第２の非磁性層を形成し、その表面
を処理することにより形成することを特徴とするＧＭＲ
磁気センサの製造方法により、または請求項１１に記載
したように、前記第１の金属膜を熱処理する工程および
前記第２の金属膜を熱処理する工程は、約２００〜４０
０°Ｃの温度において実行されることを特徴とする請求
項１０記載のＧＭＲ磁気センサの製造方法により、また
は請求項１２に記載したように、前記トンネル絶縁膜を
形成する工程は、前記第２の磁性層の表面を、反応性ガ
ス中において熱処理する工程を含むことを特徴とする請
求項１０または１１記載のＧＭＲ磁気センサの製造方法
により、または請求項１３に記載したように、前記トン
ネル絶縁膜を形成する工程は、前記第２の磁性層の表面
を、反応性ガス中においてプラズマ処理する工程を含む
ことを特徴とする請求項１０または１１記載のＧＭＲ磁
気センサの製造方法により、または請求項１４に記載し
たように、第１の磁気シールドと、前記第１の磁気シー
ルド上に形成され、前記第１の磁気シールドとの間に読
み取りギャップを形成する第２の磁気シールドと、前記
読み取りギャップ中に配設されたＧＭＲ磁気センサとよ
りなる磁気ヘッドにおいて、前記ＧＭＲ磁気センサは、
前記第１の磁気シールド上に配設された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された第１の導電性非磁性層
と、前記第１の導電性非磁性層中に形成された、複数
の、相互に分離した第１の強磁性領域と、前記第１の導
電性非磁性層上に形成された第２の導電性非磁性層と、
前記第２の導電性非磁性層上に形成された第３の導電性
非磁性層と、前記第３の導電性非磁性層中に形成され
た、複数の、相互に分離した第２の強磁性領域と、前記
第３の導電性非磁性層上に形成された第２の電極とより
なり、前記第１の導電性非磁性層と前記第３の導電性非
磁性層とは、前記第１の強磁性領域と前記第２の強磁性
領域との間に交換相互作用が生じるような距離だけ離間
され、前記第１の導電性非磁性層と前記第３の導電性非
磁性層との間には、トンネル絶縁膜が形成されているこ
とを特徴とする磁気ヘッドにより、解決する。 ［作用］図１（Ａ）は、本発明によるＧＭＲ磁気センサ
３０の基本的な構成を、、また図１（Ｂ）は磁気センサ
３０の、外部磁場Ｈが印加された状態を示す。
【００１３】図１（Ａ）を参照するに、ＧＭＲ磁気セン
サ３０は、第１の電極３１上に形成された第１の導電性
非磁性層３２と、前記第１の導電性非磁性層３２中に形
成された、複数の相互に孤立した第１の強磁性領域３２
Ａと、前記第１の導電性非磁性層３２上に形成された第
２の導電性非磁性層３３と、前記第２の導電性非磁性層
３３上に形成された第３の導電性非磁性層３５と、前記
第３の導電性非磁性層３５中に形成された、複数の相互
に孤立した第２の強磁性領域３５Ａと、前記第３の導電
性非磁性層３５上に形成された第２の電極３６とより構
成され、前記第１の非磁性層３２と前記第２の非磁性層
３５との間には、トンネル絶縁膜３４が形成される。
【００１４】本発明によれば、静磁結合した第１の強磁
性領域３２Ａと第２の強磁性領域３５Ａとの間にトンネ
ル絶縁膜３４を配設することにより、電子流を、前記第
１の電極３１と第２の電極３６で前記磁気センサを構成
する層構造に対して垂直に流しても、抵抗値が低すぎて
磁気センサ３０の抵抗変化が検出できない問題は生じな
い。また、電子流を前記層構造に対して垂直に流すた
め、従来のＧＭＲ磁気センサにおいて生じていた、電子
流の一部が導電性非磁性層の表面を流れてしまい磁気セ
ンサの検出感度が低下する問題も回避される。
【００１５】このようなトンネル絶縁膜３４を第１の強
磁性領域３２Ａと第２の強磁性領域３５Ａとの間に形成
した場合、強磁性トンネル効果により、強磁性領域３２
Ａおよび３５Ａにおいて磁化方向が一致した場合に、ト
ンネル電流が顕著に減少する。その際、前記第１の強磁
性領域３２Ａあるいは前記第２の強磁性領域３５Ａを、
それぞれの非磁性層中に、相互に孤立した領域の形で形
成することにより、図１（Ｂ）に示すように、外部磁場
Ｈにより、第１あるいは第２の強磁性領域において、磁
化の反転が容易になる。
【００１６】図１（Ａ）, （Ｂ）の例では、トンネル絶
縁膜３４は、前記第２の非磁性層３３と第３の非磁性層
３５との間に形成されているが、本発明は、かかる特定
の構造に限定されるものではなく、例えば、第１の非磁
性層３２と第２の非磁性層３３との間に別のトンネル絶
縁膜３４をさらに設けてもよい。また、トンネル絶縁膜
３４は、前記非磁性層３３中に形成してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】図２は、本発明の第１実施例によ
るＧＭＲ磁気センサ４０の構成を示す。図２を参照する
に、磁気センサ４０はＳｉ基板４１上に形成され、前記
基板４１上に形成された、典型的には２００ｎｍの厚さ
のＣｕ層よりなる下側電極４２と、前記下側電極４２上
に形成された磁性体積層構造４３と、前記磁性体積層構
造４３上に形成された、厚さが焼く２００ｎｍのＣｕ層
よりなる上側電極４４とより構成され、前記磁性体積層
構造４３の側壁面にはＳｉＯ2 等の絶縁膜４５が形成さ
れている。Ｓｉ基板４１と下側電極４２との間には、図
示を省略したが、厚さが約１μｍのＡｌ2 Ｏ3 膜が形成
される。
【００１８】図３は、図２の前記磁性体積層構造４３の
一部を詳細に示す。図３を参照するに、前記下側電極４
２上には厚さが１．５ｎｍのＡｇよりなる非磁性層４３
Ａが形成され、前記Ａｇ層４３中には、Ｃｏ−Ｆｅ合金
よりなる、典型的には厚さが２〜４ｎｍ、径が数十ｎｍ
の偏平な形状をした強磁性領域４３Ｂが形成される。さ
らに、前記非磁性層４３Ａ上には、厚さが約４ｎｍのＣ
ｕよりなる非磁性層４３Ｃが形成され、前記非磁性層４
３Ｄ上には厚さが約０．５ｎｍのＡｌ2 Ｏ3 層よりなる
トンネル絶縁膜４３Ｄが形成される。
【００１９】さらに、前記Ａｌ2 Ｏ3 トンネル絶縁膜４
３Ｄ上には、先の強磁性領域４３Ｂを含む非磁性層４３
Ａと同じ層が、層４３Ｅとして形成され、層４３Ｅ上に
は、非磁性層４３Ｃ〜４３Ｅと同一の構成が繰り返され
る。層４３Ａあるいは層４３Ｅ中において、前強磁性領
域４３Ｂあるいは４３Ｆの磁化は、外部磁場が印加され
ていない状態では、交換相互作用により、反平行に揃
う。また、層４３Ａ中の強磁性領域４３Ｂと層４３Ｅ中
の対応する強磁性領域４３Ｃでも、非磁性層４３Ｃおよ
びトンネル絶縁膜４３Ｄを介した交換相互作用により、
磁化が反平行に揃う。
【００２０】かかる構成では、外部磁場が磁気センサ４
０に印加された場合、強磁性領域４３Ｂあるいは強磁性
領域４３Ｆの磁化方向が、図１（Ｂ）で説明したように
前記外部磁場に対向する方向に揃い、その結果、強磁性
トンネル効果により、前記トンネル絶縁膜４３Ｄを流れ
る電流が著しく増大する。換言すると、磁気センサ４０
の抵抗値は外部磁場により減少する。
【００２１】図２, ３の磁気センサ４０では、前記トン
ネル絶縁膜４３Ｄが複数形成されているため、外部磁化
が存在しない状態において高い抵抗値が得られ、また図
９で説明したような表面電流も流れないため、非常に高
い検出感度が選られる。図４は、図２の磁気センサ４０
の磁気抵抗変化を示す。図４を参照するに、磁気センサ
４０では、強磁性領域４３Ｂあるいは４３Ｆが、非磁性
層４３Ａあるいは４３Ｅ中に、相互に孤立して形成され
ているため、磁化の反転が容易で、高々５０Ｏｅの外部
磁場が加わっただけで強磁性領域４３Ｂおよび４３Ｆ中
の磁化方向が揃い、抵抗値が減少する。すなわち、抵抗
値は、外部磁場が＋８Ｏｅおよび−９Ｏｅの場合に最大
になり、外部磁場の大きさがそれを超えると抵抗値は急
激に減少する。その際、得られる抵抗変化の大きさは
０．５Ωに達する。
【００２２】次に、図３の構造の形成方法を、図５
（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。図５（Ａ）を
参照するに、（１００）面方位を有するＳｉ基板４１
（図示せず）上に下側電極４２がＣｕのスパッタリング
により、約２００ｎｍの厚さに形成され、さらに前記下
側電極４２上にＣｏ，Ｆｅを含むＣｏ−Ｆｅ−Ａｇ層４
３Ａ’が、前記非磁性層４３Ａに対応してスパッタリン
グにより、約１．５ｎｍの厚さに形成される。さらに、
前記層４３Ａ’上にＣｕよりなる非磁性層４３Ｃがスパ
ッタリングにより、約４ｎｍの厚さに形成され、次いで
図５（Ｂ）の工程において、前記Ａｌ2 Ｏ3 膜４３Ｄ
が、このようにして形成された層４３Ｃ上に、スパッタ
リングにより、約０．５ｎｍの厚さに形成される。
【００２３】スパッタリングは、例えばＡｒガス中にお
いて、２×１０-5Ｐａの圧力下で、ターゲット−基板間
距離を１８０ｍｍ、印加電力を０．７Ｗ／ｃｍ2 に設定
して実行され、これを例えば５回繰り返す。さらに、上
側電極４４が、Ｃｕのスパッタリングにより約２００ｎ
ｍの厚さに形成され、このようにして形成された構造を
真空中、約２８０°Ｃで約１時間熱処理することによ
り、前記Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｇ層４３Ａ’中において、Ｃｏ
−Ｆｅ合金よりなる強磁性領域４３Ｂ, ４３Ｆが、それ
ぞれＡｇ層４３Ａおよび４３Ｅから分離し、図３で説明
した構造が得られる。
【００２４】ただし、図３の構造を形成する工程におい
て、層４３Ａ’, ４３Ｃ, ４３Ｄの堆積はスパッタリン
グに限定されるものではなく、例えばイオンビームスパ
ッタ、分子線エピタキシーあるいは真空蒸着により行う
こともできる。また、前記非磁性層４３ＣをＡｌ等の金
属により形成し、前記トンネル絶縁膜４３Ｄを前記磁性
層４３Ｃを構成する金属の酸化、窒化あるいは硼化によ
り形成してもよい。さらに、前記非磁性層４３Ｃのかか
る酸化、窒化あるいは硼化処理を、プラズマ中において
行ってもよい。
【００２５】図６は、図３の構造の一変形例を示す。た
だし、図６中、先に説明した部分には同一の参照符号を
付し、説明を省略する。図６を参照するに、本実施例で
は非磁性層４３Ａあるいは４３Ｅ中の強磁性領域４３
Ｂ’あるいは４３Ｆ’が、径が１ｎｍから１０ｎｍの粒
状に形成され、その結果、これら粒状の強磁性領域で
は、熱的な擾乱のため、すべての領域の磁化方向を厳密
に揃えようとすると大きな外部磁場が必要になるが、全
体として、磁化方向は、非常にわずかな外部磁場でも変
化する。かかる構成においても、トンネル絶縁膜４３Ｄ
を形成し、トンネル絶縁膜４３Ｄを介した強磁性領域４
３Ｂ’と強磁性領域４３Ｆ’との間の強磁性トンネル効
果を使うことにより、外部磁場が印加されない状態にお
ける抵抗が大きく、またわずかの外部磁場により抵抗値
が急激に減少する、非常に高感度の磁気センサが得られ
る。
【００２６】かかる粒状の強磁性領域は、例えば本発明
の発明者による特開平０９−０５０６１４に記載されて
いる方法により形成できる。また、図２, ３あるいは６
の磁気センサを、図７の磁気ヘッドにおいて、磁気セン
サ１６の代わりに使うことにより、超高密度磁気記録に
適した非常に高感度の磁気ヘッドが得られる。
【００２７】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におい
て、様々な変形・変更が可能である。
【００２８】
【発明の効果】請求項１〜１４記載の本発明の特徴によ
れば、非磁性層を介して交換結合した一対の強磁性領域
を有し、かかる一対の強磁性領域が形成する抵抗値を測
定するＧＭＲ磁気センサ、あるいはかかるＧＭＲ磁気セ
ンサを使った磁気ヘッドにおいて、抵抗値の測定を、前
記一対の強磁性領域の外側に配設した一対の電極により
行い、その際、前記一対の強磁性領域の間にトンネル絶
縁膜を形成することにより、外部磁場が印加されていな
い状態の磁気センサの抵抗値が高くなり、その結果、外
部磁場が印加された場合に強磁性トンネル効果により生
じる抵抗値の減少を、高い感度で検出することが可能に
なる。また、前記一対の強磁性領域は、それぞれ非磁性
層中に、孤立した小さな領域として形成されているた
め、小さな外部磁場でも磁化方向が変化するため、本発
明のＧＭＲ磁気センサあるいは磁気ヘッドは、超高密度
磁気記録におけるような、非常に微弱な磁場を検出する
のに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する図
である。
【図２】本発明の第１実施例によるＧＭＲ磁気センサの
構成を示す図である。
【図３】図２の磁気センサの一部を拡大して示す図であ
る。
【図４】図２のＧＭＲ磁気センサの磁気抵抗特性を示す
図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、図２の磁気センサの製造工
程を示す図である。
【図６】図５のＧＭＲ磁気センサの変形例を示す図であ
る。
【図７】従来のＧＭＲ磁気センサをつかった磁気ヘッド
の構成を示す図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、従来のＧＭＲ磁気センサの
原理を示す図である。
【図９】従来のＧＭＲ磁気センサの問題点を説明する図
である。
【符号の説明】
１０ 磁気ヘッド １１, ４１ 基板 １２ 下側磁気シールド １３, １７ 絶縁層 １４ 上側磁気シールド １５ 読み取りギャップ １６, ３０, ４０ ＧＭＲ磁気センサ １６Ａ, ３２, ３３，３５ 非磁性層 １６Ｂ, ３２Ａ, ３５Ａ 強磁性領域 １８ 磁極 １９ 書き込みギャップ ２０ コイル ３１, ４２ 下側電極 ３４, ３４’ トンネル絶縁膜 ３６, ４４ 上側電極 ４３ 磁性層積層体 ４５ 絶縁膜

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の電極と、 前記第１の電極上に形成された第１の導電性非磁性層
    と、 前記第１の導電性非磁性層中に形成された、複数の、相
    互に分離した第１の強磁性領域と、 前記第１の導電性非磁性層上に形成された第２の導電性
    非磁性層と、 前記第２の導電性非磁性層上に形成された第３の導電性
    非磁性層と、 前記第３の導電性非磁性層中に形成された、複数の、相
    互に分離した第２の強磁性領域と、 前記第３の導電性非磁性層上に形成された第２の電極と
    よりなり、 前記第１の導電性非磁性層と前記第３の導電性非磁性層
    とは、前記第１の強磁性領域と前記第２の強磁性領域と
    の間に交換相互作用が生じるような距離だけ離間された
    ＧＭＲ磁気センサにおいて、 前記第１の導電性非磁性層と前記第３の導電性非磁性層
    との間には、トンネル絶縁膜が形成されていることを特
    徴とするＧＭＲ磁気センサ。
  2. 【請求項２】 前記トンネル絶縁膜は、前記第２の非磁
    性層と前記第３の非磁性層との間に形成されることを特
    徴とする請求項１記載のＧＭＲ磁気センサ。
  3. 【請求項３】 第２の非磁性層は非磁性金属よりなり、
    前記トンネル絶縁膜は、前記非磁性金属の酸化物よりな
    ることを特徴とする請求項２記載のＧＭＲ磁気センサ。
  4. 【請求項４】 前記トンネル絶縁膜は、前記第１の非磁
    性層と前記第２の非磁性層との間に形成されることを特
    徴とする請求項１記載のＧＭＲ磁気センサ。
  5. 【請求項５】 前記第２の非磁性層は、前記第１の非磁
    性層の組成とは異なった組成を有し、前記第３の非磁性
    層は、前記第２の非磁性層の組成とは異なった組成を有
    することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一
    項記載のＧＭＲ磁気センサ。
  6. 【請求項６】 前記第１の非磁性層中の強磁性領域およ
    び前記第３の非磁性層中の強磁性領域の各々は、厚さが
    約２〜４ｎｍ、径が数十ｎｍの偏平な形状を有している
    ことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記
    載のＧＭＲ磁気センサ。
  7. 【請求項７】 前記第１の非磁性層および前記第３の非
    磁性層は約０．１〜３ｎｍの厚さを有し、前記第２の非
    磁性層は約１〜１０ｎｍの厚さを有し、前記トンネル絶
    縁膜は、約０．１〜０．５ｎｍの厚さを有することを特
    徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載のＧＭ
    Ｒ磁気センサ。
  8. 【請求項８】 前記第１の強磁性領域および前記第２の
    強磁性領域の各々は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，およびこれら
    の合金よりなる群より選択される金属により形成され、
    前記第１〜第３の非磁性層の各々は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａ
    ｕ，およびこれらの合金よりなる群より選択される金属
    により形成されることを特徴とする請求項１〜７のう
    ち、いずれか一項記載のＧＭＲ磁気センサ。
  9. 【請求項９】 前記トンネル絶縁膜は、酸化物，窒化
    物，硼化物のいずれか一つよりなることを特徴とする請
    求項１記載のＧＭＲ磁気センサ。
  10. 【請求項１０】 第１の電極と、前記第１の電極上に形
    成された第１の導電性非磁性層と、前記第１の導電性非
    磁性層中に形成された、複数の、相互に分離した第１の
    強磁性領域と、前記第１の導電性非磁性層上に形成され
    た第２の導電性非磁性層と、前記第２の導電性非磁性層
    上に形成された第３の導電性非磁性層と、前記第３の導
    電性非磁性層中に形成された、複数の、相互に分離した
    第２の強磁性領域と、前記第３の導電性非磁性層上に形
    成された第２の電極とよりなり、前記第１の導電性非磁
    性層と前記第３の導電性非磁性層とは、前記第１の強磁
    性領域と前記第２の強磁性領域との間に交換相互作用が
    生じるような距離だけ離間され、前記第１の導電性非磁
    性層と前記第３の導電性非磁性層との間には、トンネル
    絶縁膜が形成されたＧＭＲ磁気センサの製造方法におい
    て、 前記第１の非磁性層および第１の強磁性領域を、 前記第１の非磁性層を構成する金属元素と前記第１の強
    磁性領域を構成する金属元素とを含む第１の金属膜を形
    成し、 前記第１の金属膜を、前記第１の金属膜中において、前
    記第１の強磁性領域と前記第１の非磁性層とが互いに分
    離するような温度で熱処理する工程により形成し、 前記第３の非磁性層および第２の強磁性領域を、 前記第３の非磁性層を構成する金属元素と前記第２の強
    磁性領域を構成する金属元素とを含む第２の金属膜を形
    成し、 前記第２の金属膜を、前記第２の金属膜中において、前
    記第２の強磁性領域と前記第３の非磁性層とが互いに分
    離するような温度で熱処理する工程により形成し、 前記トンネル酸化膜を、前記第２の非磁性層を形成し、
    その表面を処理することにより形成することを特徴とす
    るＧＭＲ磁気センサの製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１の金属膜を熱処理する工程お
    よび前記第２の金属膜を熱処理する工程は、約２００〜
    ４００°Ｃの温度において実行されることを特徴とする
    請求項１０記載のＧＭＲ磁気センサの製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記トンネル絶縁膜を形成する工程
    は、前記第２の磁性層の表面を、反応性ガス中において
    熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項１０また
    は１１記載のＧＭＲ磁気センサの製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記トンネル絶縁膜を形成する工程
    は、前記第２の磁性層の表面を、反応性ガス中において
    プラズマ処理する工程を含むことを特徴とする請求項１
    ０または１１記載のＧＭＲ磁気センサの製造方法。
  14. 【請求項１４】 第１の磁気シールドと、前記第１の磁
    気シールド上に形成され、前記第１の磁気シールドとの
    間に読み取りギャップを形成する第２の磁気シールド
    と、前記読み取りギャップ中に配設されたＧＭＲ磁気セ
    ンサとよりなる磁気ヘッドにおいて、前記ＧＭＲ磁気セ
    ンサは、 前記第１の磁気シールド上に配設された第１の電極と、 前記第１の電極上に形成された第１の導電性非磁性層
    と、 前記第１の導電性非磁性層中に形成された、複数の、相
    互に分離した第１の強磁性領域と、 前記第１の導電性非磁性層上に形成された第２の導電性
    非磁性層と、 前記第２の導電性非磁性層上に形成された第３の導電性
    非磁性層と、 前記第３の導電性非磁性層中に形成された、複数の、相
    互に分離した第２の強磁性領域と、 前記第３の導電性非磁性層上に形成された第２の電極と
    よりなり、 前記第１の導電性非磁性層と前記第３の導電性非磁性層
    とは、前記第１の強磁性領域と前記第２の強磁性領域と
    の間に交換相互作用が生じるような距離だけ離間され、 前記第１の導電性非磁性層と前記第３の導電性非磁性層
    との間には、トンネル絶縁膜が形成されていることを特
    徴とする磁気ヘッド。
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