WO2002050924A1 - Dispositif magnetoresistant, tete magnetique et lecteur de disque magnetique - Google Patents

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magnetic
layer
tmr
free
head
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Yiqun Zhang
Hideyuki Kikuchi
Masashige Sato
Kazuo Kobayashi
Hitoshi Kanai
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Fujitsu Limited
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    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3295—Spin-exchange coupled multilayers wherein the magnetic pinned or free layers are laminated without anti-parallel coupling within the pinned and free layers

Definitions

  • Magneto-resistive element Magneto-resistive element, magnetic head, and sickle field using the same
  • TMR element tunnel-type magnetoresistive element
  • SVMR element spin pulp-type magnetic element
  • the density of magnetic recordings has become particularly high in recent years.
  • the surface density of hard disk drives has been increasing by a factor of two every year, and the commonly used spin-valve type magnetic head is a near future. Since then, ⁇ the ability to follow the ability S is expected. Therefore, it is necessary to devise a magnetic element that can form a magnetic head with higher sensitivity.
  • the tunnel type storage head (TMR head) can have a high MR ratio (40% or more), and the output is an existing spin valve type. It can be several times higher than magnetic heads (SVMR heads).
  • the TMR head is one of the indispensable elemental technologies in realizing higher recording densities of 100 Gbit (inch) 2 or more, and is a powerful next-generation lead head. It is believed that.
  • the fabricated TMR element has a junction ratio of, for example, 20 to 40 ⁇ ⁇ 111 2 1 ⁇ , and an MR ratio of 7 to 20 o / 0 @g. He is a well-developed and satisfied magnetic reticulate element, and he is still a young brother. Furthermore, the higher the surface density of the magnetic stylus, the smaller the difficulty of joining the TMR element incorporated in the storage head. Otherwise, the electrical resistance in the head will increase rapidly. As a result, problems such as deterioration and addition of S / N become conspicuous, and accurate operation as a magnetic head becomes difficult. Disclosure of the invention
  • FIG. 1A to FIG. 1C show the junction resistance of the tunnel insulator formed by oxidizing the A 1 layer by changing the acid cow.
  • Each figure also the area S ( ⁇ ⁇ ) the horizontal axis shows the hide of the junction resistance R and the vertical axis as a junction resistance R (Omega).
  • Fig. 1-A shows the thickness of A1 layer as 1. Onm, Fig. 1-B shows the thickness of A1 layer as 0.9 nm, and Fig. 1-C shows the thickness of A1 layer as 0.8 nm. It is a ⁇ formed by performing an acid treatment under the conditions shown in each figure to form a tunnel fe ⁇ .
  • the TMR element test ⁇ the following orchid body, C r (10) / An (30) / N i Fe (4) / C o Fe (3) / A l Ox / CoFe ( 2.5) ZI rMn (15) / Au (20) was used.
  • the value in the parentheses is the layer thickness nm of each layer.
  • the age resistance R of the TMR element increases as the tunnel becomes thinner and the O 2 pressure (P a) decreases, the oxidation time decreases, and the oxidation decreases.
  • the power S can be reduced.
  • the A1 enzyme is 0.8 nm in Fig. 11C
  • the resistance of the TMR element obtained by natural oxidation at 3000 Pa for 30 minutes is about 1 ⁇ m2 and the resistance of the BMR element is about 4 ⁇ . Can be lowered.
  • FIGS. 2A to 2C show the magnetic change (MR) of the TMR element having the tunnel / color shown in FIGS. 11A to 1C.
  • MR magnetic change
  • FIGS. 11A to 1C show the vertical axis showing the relationship between the area S and the MR ratio as MR ratio (%).
  • Figure 2 Looking at the above, the MR ratio is about 9%, so the resistance change is 0.36.
  • the TMR element uses the tunnel color, It is necessary to increase the age resistance accordingly. However, simply lowering the tone of the color tone to lower the bonding ratio: If the acidity is weakened, the MR ratio will also decrease. In order to achieve the next-generation lead head crane IJ, it is necessary to form the joint fiber of the TMR element at the same time as i iT so that the desired resistance change can be obtained.
  • TMR elements have ⁇ dependence, and the MR ratio tends to decrease sharply with an increase in applied.
  • the MR ratio is reduced to half a hemisphere as compared with the case where the bias is 0 bias. Therefore, in order to increase the sensitivity of the magnetic field from a magnetic disk medium such as a hard disk, the HE to be applied should be at a certain level, more preferably, but using a TMR element, and at a young age this should be kept low. Must do! / ,.
  • the height of the flux guide exceeds 0.2 m, the output power will be reduced to half acres, so the height of the flux guide must be 0.1 ⁇ to obtain the required output. The following must be done. However, it is difficult to control the height of the flux guide with an accuracy of 0.1 l / m in the lapping process.
  • the main object of the invention is to provide a highly sensitive magnetic effect element using a TMR element.
  • TMR-SVMR element composite magnetic W effect element in which a TMR element and an SVMR element are formed so as to hoof the free magnetic field and a composite transflector is formed as a bowl.
  • the above-mentioned object includes the first antiferromagnetic field, the first fixed magnetic field 14 °, the tunneling, the free magnetic field ⁇ 4 ⁇ , the metal layer formed, the second fixed magnetic field [4 and the second antiferromagnetic field], Magnetic Damn! This is done by the element.
  • the disgusting composite magnetic reluctance element has a TMR element due to the first antiferromagnetic, the first fixed magnet '14, the tunnel leakage and the free magnetism.
  • the layer, the second fixed magnetism '14' and the second anti-magnetism 14 also provide an S VMR element.
  • the TMR-TMR-S VMR element has the advantage that the free magnetic I "raw layer is provided with a flux guide. The S VMR element part is formed even when the flux guide is used for the free magnet. Therefore, it is possible to compensate for a decrease in output, which is a problem in the conventional TMR element, and to achieve high sensitivity as an effect element.
  • the 14th layer, the second fixed magnetism, and the second antiferromagnetic magnetism which are the SVMR element IIlJ, so as to correspond to the shape of the flux guide of the free magnetic field 14.
  • the short circuit between the free magnetic ft and the second fixed foundation does not matter, so that the free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer can be polished by a rubbing process.
  • the height of the flux guide (projection 4) can be detected with high accuracy even if the flux guide is noisy. Therefore, in the lapping process, a high-precision control for making the height of the flux guide lower than 0: L jum is not required.
  • At least the first fixed magnetic field is divided in the in-plane direction of the free magnetic field with the position of the return flattus guide in between. Can be adopted.
  • the first TMR element and the second TMR and the force S are formed on both sides of the free magnetic layer with the position of the flux guide of the free magnetic 14 interposed therebetween, and the free magnetic!
  • S VMR starting force S formed 3M It becomes an effect element (TMR-S VMR-TMR element).
  • This TMR_SMVM—TMR element has higher sensitivity because it detects an external environment by three (3) effect elements.
  • This TMR-SVMR-TMR element also allows the tunneling of the TMR element to be thin.
  • the sense ⁇ 3 ⁇ 4 applied to detect the external world flows in the direction of the drum with respect to the view of the first TMR element “?” ⁇ , and then the in-plane direction at 3 ⁇ 1 ⁇ 1 element ( ⁇ Horizontal direction) and then perpendicular to the surface of the second TMR. Therefore, the applied voltage is divided into about three, and the MR! £ -dependent I ⁇ raw of TMR is reduced to wisteria.
  • the TMR-SMVM-TMR element also has an SVMR-based catalytic layer, a second pinned magnetic layer, and a second antiferromagnetic layer so as to correspond to the shape of the flux guide of the free magnetic layer. Forming the sphere ⁇ T power S preferred.
  • the S VMR element which can be difficult to undergo in a multiple state as described above, the S VMR element can be made to be infinite by forming the in-plane direction of the oxygen for exciting free magnetic electrons.
  • Type (mirror surface) mirror surface
  • the above-described TMR-S VMR element of the present invention is configured as a magnetic head, and the magnetic field including the magnetic field is adopted as a magnetic head. Since it can be used, it will be a sophisticated device that can handle high-density fibers.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams showing the tone of Tonzo formed by oxidizing the A1 layer by changing the acid and cattle.
  • FIGS. 2A to 2C show the TMR elements having the tunnels shown in FIGS. 1A to 1C, respectively.
  • FIG. 3A to FIG. 3D are diagrams showing a first example of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing in more detail the layer configuration of only the 3t composite magnetic resistance element portion of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the partial pressure applied to the resistance element of the first example.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in which the free magnetic layer is divided and formed.
  • FIG. 7 is a diagram showing a TMR-S VMR element according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a TMR-SVMR element of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a main part of the magnetic field arrangement. Best mode for carrying out the invention
  • FIGS. 3A to 3D are views showing a first example of the present invention.
  • FIGS. 3A to 3D show a magnetic head 100 including a 3Slt integrated storage element in which a TMR-SVMR-TMR element is serially coupled.
  • Figure 3—A is a plan view of the view 100 from above
  • Figure 3—B is a sectional view of A—A in FIG. 3—A
  • FIG. 3—C is a sectional view of B—B in FIG.
  • Fig. 3-D is a cross-sectional view taken along C-C of Fig. 3-A.
  • the magnetic head 100 has a 3 fit composite magnetic element 10 S arranged on the upper surface of the seed layer 21, and a hard magnetic field for dividing the magnetization direction of the free magnetic layer 4 at both ends. 19, 19 are formed.
  • the 33 ⁇ 4 ⁇ -type magnetic element 10 is superposed with a 11 ⁇ 1 ⁇ 1 body 11 ⁇ 14 having a tunnel / element structure and a 14 ⁇ ; 17 body which forms a spin pulp element structure. It has a multilayer structure.
  • a tunnel structure including the first antiferromagnetic field 11, the first fixed magnetic field 12 and the tunnel / leakage 13 was formed on the upper
  • a spin-valve Nada which includes the 15 of the 1515, the second fixed magnet 1616, and the second anti-magnetism ⁇ 17.
  • the free magnetic layer 14 of the combined magnetic resistance element 10 has a flux guide (flux guide) 20.
  • the flux guide 20 has a height (projection *) H th and iliMW th.
  • t h is ⁇ ! It is desirable to have the power to form the track width of the professional media.
  • the upper side corresponding to the TMR element is formed on the left and right with the position where the flux guide 20 force S is formed therebetween.
  • the first antiferromagnetic component (411 1 and the first fixed magnetic component 12) that composes the TMR element structure is divided into two on the tunnel color part 13 On the upper surface of the first antiferromagnetic sphere 11 1, each H 2 2 force S for applying a sense 23 is formed.
  • the 3M composite magnetic reticulated element 10 shown in the first difficult example has a configuration in which the TMR elements S VMR ⁇ -TMR elements ⁇ power duck are arranged side by side.
  • the flow flows perpendicular to the sense ® £ f £ 23 force plane, and in the S ⁇ 1 ⁇ 11 element, the sense ⁇ 23 force acts in the in-plane direction, so as shown in Fig. 3 ⁇ ⁇ 1
  • the sense 3 ⁇ 43 ⁇ 4 ⁇ 23 supplied from ⁇ 3 ⁇ 422 of the TMR element (TMR-1) flows perpendicularly to the stacking plane of the second TMR element (TMR-2) on the right side through the SVMR section. It returns to the electrode 22 on the second TMR element (TMR-2).
  • FIG. 4 is a fiber diagram showing the layer structure of only the 3S composite magnetic resistance element 10 in detail. According to FIG. 4, it is clear that the structure is arranged in the order of TMR T — S VMR element TMR element S order. In the structure of the above-described three-element type pseudo-fiber element 10, since the TMR element S VM ⁇ 3 ⁇ 4- TMR element S is a serious side-by-side, the magnetic resistance is calculated using the total magnetic resistance change of each element. Word 5: Since the signal magnetic field H sig from the medium is detected, a large magnetic change can be obtained.
  • the tunnel zest orchid 13 was lightly oxidized and weakly oxidized to form a ⁇ ] ⁇ 1 element with the same resistance as the S VMR element. Even if it is lowered, it becomes possible to detect the outer sig as high as the whole of the Sanada-type magnetic capacitor 10. Further, for example, assuming that the resistances of the TMR element S VMR element TMR3 ⁇ 4 are substantially equal, as shown in FIG. 5, the ⁇ ⁇ applied to the three-male type magnetic resistance element 10 is the first TMR element.
  • _ S VMR element Voltage can be divided sharply into the three magnetoresistive elements of the second TMR T. For this purpose, HE value becomes smaller, and the dependence of each TMR element can be greatly reduced.
  • the flux guide portion of the three-entry type flexible fiber element 10 of the present example includes the SVMR, the S] ⁇ 1 element efficiently receives the ⁇ from the magnetic language medium. Therefore, the sensitivity is higher and the output is higher than in the conventional configuration in which the free magnetosphere is simply a flux guide.
  • the above-mentioned three-integrated magnetic element 10 and the storage head 100 can be manufactured using a conventional thin film forming leak.
  • a conventional thin film forming leak For example, while Exiled ⁇ 1 castle 3 ⁇ 4 body layers sequentially ⁇ II to by a sputtering method, an etching hand stage such as ion milling Yore, the flux Guy m ⁇ 2 two TMR forms ⁇ is Rukoto Te Monkey
  • the state where the tunnel insulating layer 13 is formed on the entire surface of the free magnetic layers 14 to 14 is illustrated, but the first TMR element (TMR-1) and the second TMR element (TMR-2)
  • an antiferromagnetic material such as IrMn, PtMn, or PdPtMn can be used.
  • a single-layer magnetic material such as CoFe or a ferrimagnetic material such as CoFe / RuZCoFe may be used.
  • Cu may be used for the metal layer 15.
  • the magnetic recording medium 14 may be a single-layer magnetic material 14 such as CoFe or NiFe / CoFe. It is also possible to use a multilayered raw material.
  • A1 Ox, A1 Nx, A1 OxNy, etc. it is possible to use A1OX and A1NX.
  • a male that oxidizes or nitrides the A1 layer after forming the A1 layer by sputtering, use natural oxidation, nitridation, or radical oxidation or nitridation.
  • the hard magnetic devices 19, 19 for dividing the above-mentioned three sacrifice type effect element 10 are arranged at both ends of the effect element 10.
  • free magnetic 14 and 1st fixed magnetic! In order to prevent a short circuit of ⁇ 112, it is desirable to form a dignified filter made of alumina or the like between the hard magnetic field fflH 19, 19 and the first fixed magnetic field 12.
  • Fig. 6 shows an example in which the above-mentioned free magnetism! 4114 is formed by dividing the free magnetism 141-1 into the SVMR rule and 14-3 in the TMR rule by using an acid 14-2 such as FeOx or NiO. Is shown. Free magnets like this
  • the SVMR element can be of a square-law type, a magnetic reluctance element with even higher sensitivity can be used.
  • FIG. 7 is a diagram showing a TMR-SVMR element according to a second embodiment of the present invention.
  • the second example has a leaky structure with the free magnetic field 4-14 as the co-drawing and the TMR section on the upper side and the SVMR section on the lower side. Note that, in the second difficult example, the same symbols in the first example of the editing are denoted by the same reference numerals.
  • the sense fg23 flows perpendicular to the ⁇ 1 plane in the TMR element ": 3 ⁇ 4O « SVMR element.
  • the SVMR element having the flux structure compensates for the shortage of the TMR element, so that the fiber element is a high-quality fiber element.
  • FIG. 8 is a diagram showing a third difficult example of the TMR-SVMR element of the present invention.
  • the free magnetic 14 was also used as the co-leakage, with the TMR part on the upper side and the S VMR on the lower side. 3 ⁇ 4 ⁇ structure where the parts are arranged.
  • the third example is also the same as that of the first example, and
  • FIG. 9 is a diagram showing a main part of the magnetic identification device 70. Magnetic The o is equipped with a hard disk as a woman, and is rotated ⁇ . The operation is performed by the SVMR element 10 with a predetermined flying height facing the surface of the hard disk 71.
  • the magnetic head 100 is fixed in front of the slider 73 at the tip of the arm 72.
  • the magnetic head 100 can be positioned using a two-stage actuator that combines a normal actuator and an actuator. Magnetic head 1 0 0 It is, of course, possible to use the default.
  • the magnetic field of the hard disk 71 can be made highly sensitive.

Description

磁気抵 果素子、磁気ヘッド及びこれを用いる ¾¾置 鎌分野
本努明は高レ、感度を有する磁気抵 果素子に関し、 より詳細にはトンネルタ イブの磁気 果素子 （TMR素子） とスピンパルプタイプの^ 果素 子 （S VMR素子） とを組^:て用いる 抵繊果素子に関する。 背景鎌
磁気記'獻某体の高言藤密度化は近年、 特に著しい。 例えば、 ハードディスク装 置の面 f藤密度は、 毎年 2倍禾 l の高密度化が進んでいる状況であり、 も 一般的に使用されているスピンバルブタイプの磁気 颗へッドは、 近い将 来、 胜能力の隨に針ること力 S予想される。 そのため、 より感度の高レ、磁気 へッドを形成できる磁気 果素子を案出すること力必要となってレヽる。 このような状況にぉレ、て、 トンネルタイプの藏 へッド （TMRへ ッド） は高 MR比 （4 0 %以上） とすることが可能であり、 ½出力が既存のス ピンバルブタイプの磁気 ヘッド （S VMRヘッド） 等と比較して数倍 高くすることができる。 1 0 0 Gビット （インチ） 2以上の高記録密度化を実 現する上で TMRへッドは不可欠の要素技術の一つであり、 次世代リ一ドへッド の有力な ί爵甫と考えられている。
上記 TMRへッドについては複数社から試作報告があるが、 これらの報告にお いては磁気へッドの面曾職密度〖妹だ満足の行く面言藤密度にまで していない。 従 作された TMR素子は、例えば 2 0〜4 0 Ω · 1112禾1^の接合«と 7〜 2 0 o/0@gの MR比を有するものであり、想定した TMR素子の機能を十分に発 揮し、満足の行く禾號の磁気抵繊果素子は未だ醫されて ヽなレヽ 兄である。 さらに、 磁気譜 置の面言 密度が高くなる程、藏ヘッドに組み込む TMR素子の接合難は小さくなるので、 TMR素子の接合抵抗が難と変わら なければ^;へッド内での電気抵抗は急激に大きくなる。 これにより S/Nの悪 化、 加などの問題が顕著化して、磁気ヘッドとして正確な動作が困難とな る。 発明の開示
極突明 ¾ ^は TMR素子の接合抵抗を下げるためには、 トンネ 色籠を薄 くすること、 及び弱く酸化 をすることが^)であることを TMR素子を試作 した試験により «している。 図 1—Aから図 1— Cは、 酸イ^ ί牛を変えて A 1 層を酸化処理して形成したトンネル絶 ¾ の接合抵抗について示している。 各図 とも横軸を面積 S (μχηζ) 、 縦軸を接合抵抗 R (Ω) として と接合抵抗 Rとの隱を示している。 図 1— Aは A 1層の厚さを 1. Onm、 図 1—Bは A 1層の厚さを 0. 9 nm、 図 1— Cは A 1層の厚さを 0. 8 nmとし、 各図に示 す条件で酸ィ匕処理を行ってトンネノ fe^ を形成した^である。
なお、 上記 TMR素子の試^^では次のような蘭体、 C r (10) /An (30) /N i F e (4) /C o F e (3) /A l Ox/CoFe (2. 5) Z I rMn (1 5) /Au (20) を用いた。 括弧内は各層の層厚 nmである。 図 1一 A〜図 1—じから、 トンネ を薄腐匕させる程、 また 02圧 （P a) を下げ、 酸化時間を短くして酸化纏を弱くするほど、 TMR素子の齢抵 抗 R力 S低くなること力 S廳できる。 例えば、 図 1一 Cで A1酵 0. 8 nmの場 合、 3000 P a、 30分間の自然酸化により條した TMR素子の抵抗は、 面 翁約 1 μ m 2で約 4 Ωまで、 B¾抵抗を下げることができる。
しかし、 トンネル絶編を薄腐匕し、 弱く酸化することに伴い、 MR比も低下 してしまう。 図 2— Aから図 2—Cは、 図 1一 Aから図 1—Cのトンネ / 色 を有する TMR素子の磁気キ職変化 （MR) について示している。 各図とも觀 を謹 S m2) 、 縦軸を MR比 （％) として面積 Sと MR比との関係を示し ている。 図 1—Cで説明した面積抵抗 4ΩΖμΐη2の素子の場合を、 図 2—。で 見ると MR比は約 9 %であるので、抵抗変化は 0. 36 し力 られてなレ、。
以上のように、 TMR素子ではトンネ 色 を用いるので高 1^密度化に対 応して齡抵抗を赚させる必要がある。 しかし、 接合»：を下げるために単に トンネノ ^色編を薄膨匕し、 弱く酸ィ ると MR比も低下してしまう。 次世代リ 一ドへッドの鶴 IJを果たすためには、 TMR素子の接合纖を i»Tると同時に より所望の抵抗変化が得られるように形 j ^ることカ泌要がある。
また、 TMR素子は βΒΕ依存性を有し、 印加された の増加に伴い MR比が 急激に減少するという傾向がある。 例えば、 TMR素子に 4 0 O mVの を印 カロすると MR比が 0バイアスの時と比較して半分禾 まで減少してしまぅ が ある。 よって、 ハードディスク等の磁気言藤媒体からの 磁界を高感度に するには印加する HEが、 ある髓高レ、方が好ましレ、が TMR素子を用レ、た齢 にはこれを低く抑制しなければならな!/、。
さらに、 TMR素子を用レ、て磁気へッドを実際に製^ 1~るときのラッビング （ Mechanical Lapping) プロセスにより電気ショート （«·) カ起こ易いとの指摘 がある。 そのために TMR素子を構成する自由磁性層の一部を »言 ^媒体側に 突出させた赚導 (以下、 フラックスガイド） を用いる験がある。 このフ ラックスガイド構造を採用するとラッビングプロセスでの研磨により自由磁圏 と固定磁! 4)1との »の問題は抑制できる。 し力し、 フラックスガイド構造を用 いると、磁気ヘッドの胜出力が る。 例えばフラックスガイドの高さ （突 出 4) が 0. 2 mを超えると胜出力が半分禾禁まで減少してしまうので、 再 生出力を糸 するにはフラックスガイドの高さを 0. 1 μι 以下としなければな らなレ、。 しかし、 ラッピングプロセスでフラックスガイドの高さを 0. l //mの 精度で加工制御することは困難である。
従って ffi発明は、 TMR素子を用いた高感度な磁気«¾果素子を る ことを主な目的とする。
上記目的は、 TMR素子と S VMR素子とを自由磁隱を蹄するように形成 した複合翻体を鉢とした複合型磁気 W¾果素子 （TMR— SVMR素子） により自 される。
すなわち上記目的は、 第 1反強磁隨、 第 1固定磁 14ϋ、 トンネノ^;漏、 自 由磁 Ι4ϋ、讓生金属層、 第 2固定磁 [4 及び第 2反強磁 の ¾ϋを含む、 磁 気 ！]果素子により される。
嫌己複合型磁気抵磁力果素子は、 第 1反強磁 、 第 1固定磁' 14 、 トンネル 絶漏及び自由磁 により TMR素 分を備え、 さらに嫌己自由磁 、 ·非 磁 I·生^ 層、 第 2固定磁' 14ϋ及び第 2反強磁 14 により S VMR素 分も備え る。
よって、従来の TMR素子が有していた問題が S ¥^11素 分により補償さ れるので、 より高感度な^ =氐漏果素子を撒できる。 すなわち、 この TMR 一 S VMR素子では、 TMR素子のトンネノ^;椽層の薄膨匕可能であり、 外部磁 界を検出するために印加される 力分圧され TMRの «ΘΕ依存性が緩和される。 また、 tiff己 TMR— S VMR素子は、 自由磁 I"生層がフラックスガイドを備える こと力 S好ましレ、。 自由磁 にフラックスガイド 造を採用しても S VMR素子 部分が合わせて形成されているので、 従来の TMR素子で問題となった 出力 の低下を補償して^ 果素子として高感度化を図ることができる。
また、 l己自由磁 14 のフラックスガイドの形状と対応するように S VMR素 ¾IIlJとなる藤 職 14麵層、 第 2固定磁 ¾ 及び第 2反強磁 ¾ を形^ る こと力 S好ましい。
S VMR素 では TMR素子のように、 自由磁 ft と第 2固定礎 との短 絡は問題とならないので、 ラッビングプロセスで自由磁 !·生層から第 2反強磁性層 まで研磨できる。 また、 フラックスガイド部に S VMR素子力 S被するので、 フ ラックスガイドの高さ （突出 4) 力 Sぁる駄きくなつても高精度に外き薩を検 出できる。 よって、 ラッピングプロセスにおいてフラックスガイドの高さを 0. ： L ju mより低くするための高精度な制御は必要なくなる。
さらに、 本発明の TMR— S VMR素子に関して、少なくとも謝己第 1固定磁 ' は、 歸己フラッタスガイドの位置を間にして嫌己自由磁隨の面内方向で分 割されて ヽる形態を採用することができる。
この形態では、'自由磁 14 のフラックスガイドがある位置を挟んで、 自由磁性 層の両側に第 1の TMR素 ¾と第 2の TMR と力 S形成され、 自由磁！ 4 のフラックスガイドの位置には S VMR素■¾力 S形成された 3 M 効果素子 （TMR— S VMR— TMR素子） となる。
この TMR_ S VMR— TMR素子は、 3つの ¾氐^)果素子により外 ¾ 界を検出するのでより高感度化される。 この TMR— S VMR— TMR素子につ いても、 TMR素子のトンネノ の薄腐匕可能である。 さらに、外 «界を 検出するために印加されるセンス βί¾は、先1 の TMR素"？" ¾の觀面に対 し垂鼓向に流れ、続いて 3 ¥1^1素 では面内方向 （^平方向） に»、 さ らに第 2の TMR¾ の麵面に対し垂直に »る。 よって、 印加される豪 が略 3つに分圧され、 TMRの ¾!£依存 I·生がより藤に緩和される。
また、 この TMR— S VMR— TMR素子についても、 前記自由磁性層のフラ ックスガイドの形状と対応するように S VMR素 則となる觸 職性^層、 第 2固定磁醜及び第 2反強磁圏を形^ Tること力 S好ましレ、。
さらに、 以上説明したような複歸態で難できる TMR― S VMR素子につ V、ては、 自由磁 の電子を励させる酸ィ頃を面内方向に形 ると S VMR 素子をスぺキユラ型 （鏡面
Figure imgf000006_0001
果素子とすることができる。
以上ような本発明の TMR— S VMR素子を磁気へッドとして構成し、 さらに これを含む磁気言 5«^¾置に採用すれは 気言 e ^媒体からの信号磁界 mm 界） を高感度に胜できるので、 醉の高言纖度化に対応した廳な装置とな る。 図面の簡単な説明
図 1—Aから図 1— Cは、 酸ィ ^牛を変えて A 1層を酸化処理して形成したト ンネゾ の^ こつレ、て示す図である。
図 2— Aから図 2— Cは、 図 1— Aから図 1— Cのトンネ を有する T MR素子の戯キ氐抗変ィ匕 （MR) につレ、て示す図である。
図 3— Aから図 3— Dは、 本発明の第 1織例について示す図である。
図 4は、 図 3の 3®t合型磁気抵^ ¾果素子部分のみの層構成をより詳細に示 した斜視図である。 図 5は、 第 1 例の観抵抗素子に印加される «Εの分圧について説明する 図である。
図 6は、 自由磁性層を分割して形成する例にっレヽて示す図である。
図 7は、本発明に第 2実施例の TMR— S VMR素子ついて示す図である。 図 8は、本発明に第 3¾SS例の TMR— SVMR素子ついて示す図である。 図 9は磁気曾 Ξβ^¾置の要部を示す図である。 発明の,をするための最良の开態
図 3— Αから図 3— Dは、 本発明の第 1 例について示す図である。 図 3_ Aから図 3— Dでは、 TMR— SVMR— TMR素子をシリアル結合した 3Slt 合型藏抵 果素子を含む磁気ヘッド 100を示している。 図 3— Aは觀へ ッド 100を上から見た平面図、 図 3— Bは図 3— Aの A— A断面図、 図 3— C は図 3— Aの B— B断面図、 図 3— Dは図 3— Aの C一 C断面図である。
図 3の各図を参照して、磁気へッド 100の概^ ϋ成を説明する。磁気へッド 100はシード層 21の上面に 3 fit合型磁気 ί^ϊ¾Ι果素子 10力 S配置され、 そ の両端には自由磁 l 4の磁化方向を職区化するためのハード磁幽莫 19、 19カ形成されている。
3¾^合型磁気氐 カ果素子10は、 トンネ / 子構造を开^ 1~る¾1体 11 〜14と、 スピンパルプ素子構造を形^ Tる觀体 14〜； 17と力 S重ね合わされ た多層構造を有する。 本^ ¾例の齢には自由磁闘 14を共環として、 上側 に第 1反強磁 11、 第 1固定磁' 12及ぴトンネ / 漏 13の漏を含 むトンネル 構造を形成し、 下側には 生媚15、 第 2固定磁隨16及 び第 2反強磁隱 17の鷀を含むスピンバルブ翻灘を有している。
また、 合型磁気抵^ J果素子 10の自由磁性層 14は、 フラックスガイ ド （F l ux Gu i de) 20を有してレヽる。 このフラックスガイド 20は高 さ （突出 *) H t hと iliMW t hを有してレヽる。 t hは^！職媒体のトラッ ク幅と しくなるように形^ Tること力 S望ましい。
自由磁 Ι4ϋ14下の »性 ^fl 5、 第 2固定磁 14 16及び第 2反強磁 |4ϋ 1 7もフラックスガイド 2 0と同じ形状に形成されている。 よって、 S VMR素 刚は突出した形状を有する。
一方、 TMR素子に相当する上部側は、 フラックスガイド 2 0力 S形成された位 置を間にして左右に形成されている。 図 3— Bに良く示されるように、 TMR素 子構造を構針る第 1反強磁 (411 1と第 1固定磁 1 2とはトンネ 色編 1 3上で に 2つに分割されている。 上記第 1反強磁圏 1 1の上面にはセン ス 2 3を印加するための ®H 2 2力 S各々形成される。
よって、 本第 1難例に示される 3 M¾合型磁気抵繊果素子 1 0は、 TMR 素 一 S VMR^ — TMR素 ^力鴨こ並んだ構成を有する。 TMR素子 部ではセンス ®¾f£ 2 3力 面に対して垂直に流れ、 S ¥1^11素 では面内方 向にセンス 巟 2 3力 るので、 図 3 _ Βに示すように左側の第 1 TMR素子 部 （TMR— 1 ) の β¾2 2から供給されたセンス ¾¾ίΕ 2 3は、 S VMR部を介 して右側の第 2 TMR素子部 (TMR- 2) 積層面に対して垂直に流れ、 第 2の TMR素子部 (TMR- 2) 上の電極 2 2に戻ることになる。
図 4は、 上記 3S 合型磁気抵^ δ果素子 1 0部分のみの層構成をより詳細に 示した纖図である。 図 4によると、 TMR¾ — S VMR素 TMR素 力 S順に並んだ構成であること力はり明瞭に麵できる。 上記のような 3識 合型麟抵擬果素子 1 0の構造では、 TMR素 S VM ^¾- TMR 素 力 S並んだシリアス となるので、 各素 の磁気抵抗変化の総ロを用い て磁気言 5^媒体からの信号磁界 H s i gを検出することになるので、 大きな磁気 変化が得られることになる。 先に問題として指摘したようにトンネル絶蘭 1 3を薄腐匕し、 弱く酸ィ 理して形成したものを用いて丁]^1素 の^^抵 抗を S VMR素 と同^ ^こまで低下させても、 3灘合型磁気抵 カ果素 子 1 0全体としては、 高 に外 s i gを検出できるようになる。 また、 例えば TMR素 S VMR素 TMR¾ における抵抗が略 同等であるとすると図 5〖 すように、 上記の 3雄合型磁気抵^ ¾果素子 1 0 に印加された ¾Εは、 第 1 TMR素 | _ S VMR素 一第 2 TMR¾ の 3つの磁気抵抗素子に瞎しく分圧できる。 そのために、各々の素 へ印加さ れる HE値が小さくなり、各 TMR素子の 依存性が大幅に緩和できる。
さらに、本雄例の 3識合型戯抵繊果素子 10のフラックスガイド部は S VMR を含んだ構成であるので、 S ]^1素 が効率良く磁気言酶媒 体から赚を受ける。 よって、 従来の単に自由磁圏をフラックスガイド驚造と した形態と比較して感度が高くなり、 出力が高感度ィはる。
上記 3識合型磁気 果素子 10 む藏へッド 100は、従来の薄膜 形成漏を用いて製造することができる。 例えば、 スパッタリング法により各層 を順^ IIして ¾ 体を逐^1城しながら、 イオンミリング法等のエッチング手 段を用レ、て上記フラックスガイ m ^ 2つの TMR を形^ ることがで さる。
なお、 図 4に示した 3重複合型磁気抵枋劾果素子 10では、 トンネル絶縁層 1 3が自由磁 14ϋ 14上の全面に形成された状態を例示しているが、第 1 TMR素 ¾ (TMR-1) 及び第 2TMR素 (TMR-2) 以外の部分ではトンネ
13は必須の層ではなレヽ。 第 1反強磁 |4ϋ 11及び第 1固定磁 |4ϋ 12 まで藤し、 イオンミリング ¾ ^により周部を除去して TMR—1と TMR— 2 を形^ Τる には、トンネノ^色鶴 13力 S露出した時点で処理を止めることで、 自由磁 14を含む下の S VMR素^ |5を形成できる。
上記第 1反強磁 及び第 2反強磁 |4ϋには、 例えば I rMn、 P tMn或レヽ は PdP tMn等の反強磁 [·生材料を用いることができる。 また、 上記第 1固定磁 性層 12及び第 2固定磁 I"生層 16には、 CoFe等の単層磁性材料或レ、は C o F e/RuZCoFe等の觀フェリ磁性材料を用いることができる。 また、 » 性金属層 15には、 例えば Cuを用いることができる。 また、 磁気言職媒体 14 には、 例えば C o F e等の単層磁 14材料或いは N i Fe/CoF e等の多層ィ匕し た磁' I·生材料を用いることもできる。
また、 上記トンネル絶^! 13は A 1 Ox、 A 1 Nx、 A 1 OxNy等の絶椽 性のアルミユウム化 或 ヽは A 1 O Xと A 1 N Xの麵艦を用いることがで きる。 A 1層を酸化或レ、は窒化する雄としては、 A 1層をスパッタリングによ り形成した後、 自然酸化、 窒化法或いはラジカル酸化、 窒化法による麵を用い ることができる。
バルタバルクハウゼンノイズの原因を取り除くために、 上記 3鎌合型 抵 脑果素子 10のを職区化するハード磁隨 19, 19が; 果素子 10 の両端に配置されている。 ただし、 自由磁 14と第 1固定磁！ ±112との短 絡を防止するために、 ハード磁 fflH 19、 19と第 1固定磁 12との間には アルミナ等からなる絶禄分 ϋを形财ることが望まし 、。
図 6は上記自由磁! 4114を FeOx、 N i O等の酸ィ頃 14_ 2により、 S VMR素 則に自由磁 ¾ϋ 14一 1と TMR素 則の 14— 3に分割して形成し た例を示している。 このように自由磁 |4ϋ 14を？ ϋると S VMR素 則をス ぺキユラ型とすることができるので、 さらに高感度は磁気抵羅果素子とするこ とができる。
また、 第 1難例で示した 3 ¾ 合型戯抵^ ¾果素子 10の変形例として、 自由磁性層 14のみがフラックス構造を有する形態や、 フラックス を用いな V、形態としても TMR素子の有するΡ§題を «した S VMR素 で補償した高 感度な磁気抵磁カ果素子とすることができる。
図 7は、 本発明に第 2実施例の TMR— SVMR素子ついて示す図である。 本 第 2雞例では自由磁 Ι4ϋ 14を共画として、 上側に TMR部、 下側に S VM R部を配置した漏構造である。 なお、 本第 2難例おいては、 編己第 1¾½例 の同一の^ ί立には同一符号を付してレ、る。
本第 2 例の:^、 SVMR素子部がフラックス構造を有する点で第 1難 例と同様であるが、 センス ®fg23が TMR素" ¾:¾O«SVMR素子で^ 1面に 垂直に流れる。 本第 2難例のような構成によっても、 フラックス構造を有する SVMR素子が TMR素子の不足点を補 Τるので、 高獻な纖抵鶴果素子 となる。
また、 本第 2«例の変形例として、 自由磁 14 14にのみをフラックス構造 とする开態も採用できる。
図 8は、 本発明に第 3難例の TMR— SVMR素子ついて示す図である。 本 第 3難例も自由磁隨 14を共漏として、 上側に TMR部、 下側に S VMR 部を配置した ¾ϋ構造である。 本第 3 ¾ϋ例も ttft己第 1 ^例の同一の咅 |3(立には 同一符号を付している。
本第 3難例は TMR素子と S VMR素子とを単純に複合化した構造であるが、 TMR素子のみで構成した磁気キ雕素子と比^ Tると S VMR素子が付加されて いるのでより高感度化した ¾¾¾果素子となるのは同様である。 本難例で もセンス電流 2 3は、 TMR素子部及び S VMR素子で積層面に垂直に流れる。 さらに、 一例として ΙίίΙΒΕ気ヘッド 1 0 0を搭載した^; ¾¾置 7 0に っレヽて簡単に説明する。 図 9は磁気識¾¾置 7 0の要部を示す図である。 磁
Figure imgf000011_0001
oには 言 女某体としてのハードディスクァ ι力 s搭載され、 回転 βされるようになっている。 このハードディスク 7 1の表面に対向して所 定の浮上量で、 S VMR素子 1 0により 作が行われる。 なお、 磁気へ ッド 1 0 0はアーム 7 2の先端にあるスライダ 7 3の前 に固定されている。 磁気へッド 1 0 0の ί立置決めは、 通常のァクチユエータと ァクチ ユエータを組^:た 2段式ァクチユエータを採用できる。 磁気へッド 1 0 0に記 録へッ
Figure imgf000011_0002
ドとすることも勿餘可能であ る。
rn &w Ί Οは、 TMR - s VMR素子を複合した織抵據果 素子用いるのでハードディスク 7 1力らの磁界を高感度に できる。
以上本発明の好ましい 例について詳述したが、本発明は係る特定の ¾形 態に限定されるものではなく、 請求の範囲に言 された本発明の要旨の範囲内に ぉ ヽて、 種々の変形 ·変更が可能であることは言うまでもなレ、。

Claims

請求の範囲
1 . 第 1反弓虽磁' Ι4ϋ、 第 1固定磁 14ϋ、 トンネノレ»1、 自由磁 14 層、 » 性媚、 第 2固定磁園及び第 2反強磁 の麵 む、磁気抵歸果素子。
2. 請求項 1纖の磁気抵鶴果素子において、
嫌己自由磁！ 4 はフラックスガイドを有する、 ことを樹敫とする磁気キ氐¾1果 素子。
3. 請求項 2記載の磁気 WiSil果素子において、
編 性金属層、 第 2固定磁 |4ϋ及び第 2反強礙媚は、 嫌己自由礙媚の フラックスガイドに対応した形状を有する、ことを赚とする磁気抵鶴果素子。
4. 請求項 2記載の磁気抵據果素子にぉレヽて、
少なくとも嫌己第 1固定磁 は、 肅己フラッタスガイドのィ立置を間にして前 記自由磁 14ϋの面内方向で分割されてレ、る、ことを顿敫とする^;抵^ ί)果素子。
5. 請求項 4纖の藏抵繊果素子にぉレ、て、
嫌己^^性金属層、 第 2固定磁隨及び第 2反強礙媚は、 膽己自由磁圏の フラックスガイドに対応した形状を有する、ことを赚とする磁気キ膽カ果素子。
6. 請求項 1から 5い -f bか記載の磁気抵腿果素子 み、 嫌己自由磁 Ι4ϋ の磁区制御を行うためのハード磁隨と、 子とを備えた磁気へッド。
7. 請求項 1力ら 5レ、 か記載の^ 果素子にぉ 、て、
嫌已自由磁國は電子を蘭させる酸ィ が面内方向に形成され、 tm
効果素子の觀方向で分割されている、 ことを赚とする 抵漏果素子。
8. 請求項 7纖の磁気 «¾果素子 み、 編己自由磁隨の磁区制御を行 うためのハード磁隨と、 ®fi端子とを備えた纖へッド。
9. 嫌己 6又は 8纖の へッド む、 m mo
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