WO2009090739A1 - 可変抵抗素子およびそれを用いた磁気抵抗デバイスとその製造方法 - Google Patents
可変抵抗素子およびそれを用いた磁気抵抗デバイスとその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009090739A1 WO2009090739A1 PCT/JP2008/050477 JP2008050477W WO2009090739A1 WO 2009090739 A1 WO2009090739 A1 WO 2009090739A1 JP 2008050477 W JP2008050477 W JP 2008050477W WO 2009090739 A1 WO2009090739 A1 WO 2009090739A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- layer
- magnetic
- head
- resistance
- magnetic layer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
- G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
- G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
- G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
- G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1659—Cell access
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C10/00—Adjustable resistors
- H01C10/14—Adjustable resistors adjustable by auxiliary driving means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- 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
- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- 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
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
- H05K1/165—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed inductors
Definitions
- the variable resistance element has a ferromagnetic layer surrounding the magnetoresistive effect element in the element plane, and the magnetoresistive effect element includes an antiferromagnetic layer and a first layer whose magnetization is fixed by the antiferromagnetic layer.
- a magnetic layer, a second magnetic layer whose magnetization is fixed by a magnetic field of the ferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer It is necessary to be done.
- the magnetoresistive element is required to be circular in the element plane.
- the ferromagnetic layer is required to have a circular inner periphery within the element plane.
- the reproducing magnetic head includes a tunnel magnetoresistive effect element and a variable resistance element.
- the electrode configuration is different from that in FIG. 1 (not shown).
- the operation of the variable resistance element 1 will be described.
- the ferromagnetic layer 11 has a ring shape with a circular hole portion 11a in the center, so that the magnetization direction (arrow B direction) of the ferromagnetic layer 11 can be freely set to 360 degrees. Is possible. However, from the standpoint of effectiveness, it is sufficient if it can be set freely within a range of 180 degrees.
- the reproducing magnetic head 3 having the above configuration shunts the variable resistive element 1 with respect to the tunnel magnetoresistive effect element 2, thereby causing a resistance value (RA value) in the direction perpendicular to the element surface of the tunnel magnetoresistive effect element 2. Can be reduced.
- the coercive force (represented as Hc1) of the head-side ferromagnetic layer 21 and the coercive force (represented as Hc2) of the resistance-side ferromagnetic layer 11 are set to be different.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
トンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として、再生磁気ヘッドに内蔵可能な可変抵抗素子を提供し、これを用いて、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値に対応させて、シャント抵抗の値を最適値に設定することが可能な再生磁気ヘッドおよびその製造方法を提供し、さらに、バリア層の薄層化手段によらずにトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値を低下させることが可能で、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能な記憶装置を提供する。 本発明に係る可変抵抗素子は、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む強磁性層を有し、磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、強磁性層の磁界で磁化が固定されている第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成され、これを用いて再生磁気ヘッドおよび記憶装置が構成される。
Description
本発明は、可変抵抗素子およびそれを用いた磁気抵抗デバイスとその製造方法に関し、さらに詳細には、可変抵抗素子、当該可変抵抗素子を用いた再生磁気ヘッドとその製造方法、当該再生磁気ヘッドを用いた記憶装置に関する。
情報の記録・再生を行う記憶装置である磁気ディスク装置は、磁気ディスクと、磁気ディスクにアクセスするための磁気ヘッドとを備える。磁気ヘッドはヘッドスライダに設けられ、さらにヘッドスライダはサスペンションによって支持されて、ヘッドサスペンション組立体として構成される。ここで、磁気ディスク装置に用いられる再生用の磁気ヘッドとして、磁気抵抗効果素子にＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子を用いたトンネル磁気抵抗効果型ヘッドが実用化されている。
ところで、近年、磁気ディスク装置等のディスク装置の記憶容量は顕著に増大する傾向にあるが、このような記憶容量の増加は、媒体の磁気記録面の記録密度の増加が主たるものである。
この記録密度を増加させる方法の一つに、磁気ヘッドのコア幅を小さくして媒体の半径方向のトラック密度を増加させる方法がある。
このような磁気ディスク装置の記録密度の増加に対応すべく磁気ディスク装置用再生磁気ヘッドに関しては、高い再生感度の実現が要請されている。そのためには、当該再生磁気ヘッドに用いられるトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）を低下させる必要がある。その一つの手法として、例えばＭｇＯを用いて構成されるバリア層の層厚を０．１ｎｍオーダの厚さで制御して薄層化を図ることによって、低いＲＡ値を実現することが試みられている。しかしながら、バリア層であるＭｇＯ層を薄層化していくとピンホール等の欠陥が発生し易くなるという課題が生じる。
そこで、トンネル磁気抵抗効果型の再生磁気ヘッドにおいて、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗を下げる方法として、トンネル磁気抵抗効果素子に抵抗体をシャントさせて、実効的に抵抗を下げることが行われている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
特開２００２－２１７４７１号公報
米国特許第７０５４０８５号明細書
米国特許第７１５１６５４号明細書
ところで、近年、磁気ディスク装置等のディスク装置の記憶容量は顕著に増大する傾向にあるが、このような記憶容量の増加は、媒体の磁気記録面の記録密度の増加が主たるものである。
この記録密度を増加させる方法の一つに、磁気ヘッドのコア幅を小さくして媒体の半径方向のトラック密度を増加させる方法がある。
このような磁気ディスク装置の記録密度の増加に対応すべく磁気ディスク装置用再生磁気ヘッドに関しては、高い再生感度の実現が要請されている。そのためには、当該再生磁気ヘッドに用いられるトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）を低下させる必要がある。その一つの手法として、例えばＭｇＯを用いて構成されるバリア層の層厚を０．１ｎｍオーダの厚さで制御して薄層化を図ることによって、低いＲＡ値を実現することが試みられている。しかしながら、バリア層であるＭｇＯ層を薄層化していくとピンホール等の欠陥が発生し易くなるという課題が生じる。
そこで、トンネル磁気抵抗効果型の再生磁気ヘッドにおいて、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗を下げる方法として、トンネル磁気抵抗効果素子に抵抗体をシャントさせて、実効的に抵抗を下げることが行われている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
本発明は、トンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として、再生磁気ヘッドに内蔵することが可能な可変抵抗素子を提供し、これを用いて、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）に対応させて、シャント抵抗の値を最適値に設定することが可能な再生磁気ヘッドおよびその製造方法を提供し、さらに、バリア層の薄層化手段を用いることなく、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることが可能で、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能な記憶装置を提供することを目的とする。
本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
この可変抵抗素子は、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む強磁性層を有し、前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、該反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記強磁性層の磁界で磁化が固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されることを要件とする。
また、前記磁気抵抗効果素子は、素子面内において、円形であることを要件とする。
また、前記強磁性層は、素子面内において、内周が円形であることを要件とする。
この再生磁気ヘッドは、トンネル磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子とを備え、前記トンネル磁気抵抗効果素子は、ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層とから構成され、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、前記可変抵抗素子は、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有し、該磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成され、前記トンネル磁気抵抗効果素子と前記可変抵抗素子とが、並列回路に配置されていることを要件とする。
また、前記ヘッド側強磁性層と前記抵抗側強磁性層は保磁力が異なることを要件とする。
また、前記ヘッド側強磁性層の保磁力が、前記抵抗側強磁性層の保磁力よりも大きいことを要件とする。
また、前記非磁性層が前記バリア層と同一材料で形成され、前記磁気抵抗効果素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と同一の膜構成であることを要件とする。
この再生磁気ヘッドの製造方法は、ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層と、からなるトンネル磁気抵抗効果素子を有し、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有する可変抵抗素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と並列回路に配置されており、前記トンネル磁気抵抗効果素子は、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されている再生磁気ヘッドの製造方法であって、前記トンネル磁気抵抗効果素子と前記磁気抵抗効果素子が同一工程で形成されることを要件とする。
この記憶装置は、ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層と、からなるトンネル磁気抵抗効果素子を有し、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有する可変抵抗素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と並列回路に配置されている再生磁気ヘッドと、前記再生磁気ヘッドを備えたヘッドスライダと前記ヘッドスライダを支持するサスペンションと、前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気抵抗効果素子及び可変抵抗素子に電流を流し、媒体に記録された情報を読取るための電気信号を検出する回路とを有する記憶装置であって、前記トンネル磁気抵抗効果素子は、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されていることを要件とする。
本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
この可変抵抗素子は、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む強磁性層を有し、前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、該反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記強磁性層の磁界で磁化が固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されることを要件とする。
また、前記磁気抵抗効果素子は、素子面内において、円形であることを要件とする。
また、前記強磁性層は、素子面内において、内周が円形であることを要件とする。
この再生磁気ヘッドは、トンネル磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子とを備え、前記トンネル磁気抵抗効果素子は、ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層とから構成され、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、前記可変抵抗素子は、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有し、該磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成され、前記トンネル磁気抵抗効果素子と前記可変抵抗素子とが、並列回路に配置されていることを要件とする。
また、前記ヘッド側強磁性層と前記抵抗側強磁性層は保磁力が異なることを要件とする。
また、前記ヘッド側強磁性層の保磁力が、前記抵抗側強磁性層の保磁力よりも大きいことを要件とする。
また、前記非磁性層が前記バリア層と同一材料で形成され、前記磁気抵抗効果素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と同一の膜構成であることを要件とする。
この再生磁気ヘッドの製造方法は、ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層と、からなるトンネル磁気抵抗効果素子を有し、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有する可変抵抗素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と並列回路に配置されており、前記トンネル磁気抵抗効果素子は、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されている再生磁気ヘッドの製造方法であって、前記トンネル磁気抵抗効果素子と前記磁気抵抗効果素子が同一工程で形成されることを要件とする。
この記憶装置は、ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層と、からなるトンネル磁気抵抗効果素子を有し、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有する可変抵抗素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と並列回路に配置されている再生磁気ヘッドと、前記再生磁気ヘッドを備えたヘッドスライダと前記ヘッドスライダを支持するサスペンションと、前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気抵抗効果素子及び可変抵抗素子に電流を流し、媒体に記録された情報を読取るための電気信号を検出する回路とを有する記憶装置であって、前記トンネル磁気抵抗効果素子は、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、前記磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されていることを要件とする。
発明の効果
請求項１～３によれば、ＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子を用いた薄膜可変抵抗素子の実現が可能となる。可変抵抗素子における磁気抵抗効果素子を取り囲む強磁性層の内周は、漏れ磁界を一様化するために円形であることが好適であり、また当該磁気抵抗効果素子は、漏れ磁界に対する反磁界を一様化するために、円形であることが好適である。
請求項４によれば、可変抵抗素子をトンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として再生磁気ヘッドに内蔵することが可能となり、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値を低下させることが可能な再生磁気ヘッドが実現される。
請求項５によれば、ヘッド側強磁性層の着磁方向による自由磁性層の磁化方向を所定の方向に保持しつつ、抵抗側強磁性層の着磁方向による第２の磁性層の磁化方向を素子面内における任意の方向に設定することが可能となる。
請求項６によれば、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗（ＲＡ）の値に対応させて、抵抗側強磁性層の着磁方向を設定することが可能となる。
請求項７によれば、トンネル磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子の磁気抵抗効果素子とを同一の成膜工程によって製造することが可能となる。
請求項８によれば、再生磁気ヘッドの製造工程において、トンネル磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子とを同一工程により形成することが可能となる。
請求項９によれば、トンネル磁気抵抗効果素子をシャントさせる可変抵抗素子を備えて、バリア層の薄層化手段を用いることなく、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることが可能となり、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能となる。
請求項１～３によれば、ＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子を用いた薄膜可変抵抗素子の実現が可能となる。可変抵抗素子における磁気抵抗効果素子を取り囲む強磁性層の内周は、漏れ磁界を一様化するために円形であることが好適であり、また当該磁気抵抗効果素子は、漏れ磁界に対する反磁界を一様化するために、円形であることが好適である。
請求項４によれば、可変抵抗素子をトンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として再生磁気ヘッドに内蔵することが可能となり、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値を低下させることが可能な再生磁気ヘッドが実現される。
請求項５によれば、ヘッド側強磁性層の着磁方向による自由磁性層の磁化方向を所定の方向に保持しつつ、抵抗側強磁性層の着磁方向による第２の磁性層の磁化方向を素子面内における任意の方向に設定することが可能となる。
請求項６によれば、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗（ＲＡ）の値に対応させて、抵抗側強磁性層の着磁方向を設定することが可能となる。
請求項７によれば、トンネル磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子の磁気抵抗効果素子とを同一の成膜工程によって製造することが可能となる。
請求項８によれば、再生磁気ヘッドの製造工程において、トンネル磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子とを同一工程により形成することが可能となる。
請求項９によれば、トンネル磁気抵抗効果素子をシャントさせる可変抵抗素子を備えて、バリア層の薄層化手段を用いることなく、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることが可能となり、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能となる。
トンネル磁気抵抗効果素子を備える再生磁気ヘッドに関し、従来、トンネル磁気抵抗効果素子に抵抗体をシャントさせて、実効的に当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗を下げることが行われている。その際に、シャントさせる抵抗体の抵抗値を、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値とほぼ同じ値にすることが、再生磁気ヘッドの再生信号におけるＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させる観点から好適である。
ところで、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値は、浮上面加工のばらつきにより素子高さが変化して、ばらつきが生じる。また、当該抵抗値は、バリア層の膜厚にも大きく影響されるが、バリア層の膜厚もスパッタ成膜の条件によってばらつきが生じる。したがって、ＴＭＲ膜を成膜した後のトンネル磁気抵抗効果素子を用いて再生磁気ヘッドとして加工した後、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値に応じて、シャント抵抗の値を設定することが望ましい。これに加えて、従来は、再生磁気ヘッドに埋め込む可変抵抗体がなかった。
以下に開示する、可変抵抗素子１は、トンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として、当該トンネル磁気抵抗効果素子を用いる再生磁気ヘッドに内蔵させることが可能であり、且つ、再生磁気ヘッドとして加工された後のトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値に応じて、シャント抵抗の抵抗値を最適値に設定することが可能な可変抵抗体の実現を図るものである。
ここで、本発明の実施の形態に係る可変抵抗素子１の構成について、図１の断面図および図２の上面図を用いて説明する。可変抵抗素子１は、磁気抵抗効果素子１０と、当該磁気抵抗効果素子１０をその素子面内において取り囲む強磁性層１１とを備えて構成される。
より詳しくは、図２に示すように、磁気抵抗効果素子１０は、素子面内において、円形に形成される。また、強磁性層１１は、内周が円形のいわゆるリング状に形成される。一例として、強磁性層１１は、ＣｏＰｔを用いて構成されると共に、磁気抵抗効果素子１０の中心と、強磁性層１１（円孔部１１ａ）の中心とが一致するように配設される。
ここで、磁気抵抗効果素子１０の膜構成として、反強磁性層１２と、反強磁性層１２により磁化が固定されている第１の磁性層１３と、強磁性層１１の磁界で磁化が固定されている第２の磁性層１５と、第１の磁性層１３と第２の磁性層１５との間に配置される非磁性層１４とを備える（図１参照）。なお、図中の符号１６は下部電極であり、符号１７は上部電極である。また、Ｎ、ＳはそれぞれＮ極、Ｓ極を表す。
第一の実施の形態として、磁気抵抗効果素子１０には、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が用いられる。
ＴＭＲ素子の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、反強磁性層１２は、Ｍｎ系反強磁性材からなるＩｒＭｎを用いて構成される。第１の磁性層１３は、強磁性材のＣｏＦｅを用いて構成される。非磁性層１４は、絶縁性材料のＭｇＯを用いて構成される。第２の磁性層１５は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの２層膜を用いて構成される。
第二の実施の形態として、磁気抵抗効果素子１０には、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が用いられる。
ＧＭＲ素子の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、反強磁性層１２は、Ｍｎ系反強磁性材からなるＩｒＭｎを用いて構成される。第１の磁性層１３は、強磁性材のＣｏＦｅを用いて構成される。非磁性層１４は、導電性材料のＣｕを用いて構成される。第２の磁性層１５は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＺｒＮｂの３層膜を用いて構成される。
なお、上記ＧＭＲ素子として、ＣＰＰ－ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ－ＧＭＲ）素子の場合を例にとって説明したが、ＣＩＰ－ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ－ＧＭＲ）素子を用いても構わない。ただし、その場合は、素子の面内方向に電流を流すため、図１とは異なる電極構成となる（不図示）。
次に、可変抵抗素子１の作用について説明する。図２に示すように、強磁性層１１は、中央に円孔部１１ａを備えるリング状であることにより、当該強磁性層１１の着磁方向（矢印Ｂ方向）を３６０度自由に設定することが可能となる。ただし、実効性の観点からは１８０度の範囲で自由に設定できれば足りる。ここで、第２の磁性層１５の磁化方向（矢印Ｄ方向）は、円孔部１１ａに生じる漏れ磁界（矢印Ｃ方向）によって固定され、当該漏れ磁界と同一の方向となる。さらに、漏れ磁界の方向は、強磁性層１１の着磁方向と同一の方向となることから、結果的に、第２の磁性層１５の磁化方向（矢印Ｄ方向）は、強磁性層１１の着磁方向（矢印Ｂ方向）と同一の方向となる。
したがって、強磁性層１１の着磁方向を制御することによって、第２の磁性層１５の磁化方向を３６０度自由に設定することが可能となる。ただし、実効性の観点からは１８０度の範囲で自由に設定できれば足りる。なお、円孔部１１ａは上記漏れ磁界を一様化するために円形に形成することが好適であるが、その他、楕円形、矩形等とすることも可能である。また、当該漏れ磁界に対する反磁界を一様化するために、磁気抵抗効果素子１０は円形に形成することが好適であるが、その他、楕円形、矩形等とすることも可能である。
その一方、上部電極１６と下部電極１７とによって磁気抵抗効果素子１０に電圧を印加したときの、当該素子面に垂直な方向の抵抗（面積抵抗：ＲＡ［Ω・ｍ２］）は、反強磁性層１２の交換結合作用によって固定されている第１の磁性層１３の磁化方向（矢印Ａ方向）と、第２の磁性層１５の磁化方向（矢印Ｄ方向）との挟角θ［度］に対応して変化する。より具体的には、θ＝０［度］のときに、ＲＡが最小値となり、θ＝１８０［度］のときに、ＲＡが最大値となる。
このようにして、磁気抵抗効果素子１０と強磁性層１１とを備えて構成される可変抵抗素子１において、抵抗を変化させる作用を生じさせることが可能となる。
続いて、本発明の実施の形態に係る再生磁気ヘッド３の構成について説明する。
図５の要部説明図に示すように、再生磁気ヘッド３は、トンネル磁気抵抗効果素子２と前述の可変抵抗素子１とを備え、当該トンネル磁気抵抗効果素子２と可変抵抗素子１とが、並列回路に配置されて構成される。
ＴＭＲ素子からなるトンネル磁気抵抗効果素子２は、図３の断面図および図４の上面図に示すように、その膜構成として、ヘッド側反強磁性層２２と、ヘッド側反強磁性層２２により磁化が固定されている固定磁性層２３と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層２５と、固定磁性層２３と自由磁性層２５との間に配置されるバリア層２４とを備える。
また、トンネル磁気抵抗効果素子２は、当該素子面内における当該素子両側にヘッド側強磁性層２１と、素子面内の上下に電極２６および２７とを備えて構成される。
トンネル磁気抵抗効果素子２の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、ヘッド側反強磁性層２２は、Ｍｎ系反強磁性材からなるＩｒＭｎを用いて構成される。固定磁性層２３は、強磁性材のＣｏＦｅを用いて構成される。バリア層２４は、絶縁性材料のＭｇＯを用いて構成される。自由磁性層２５は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの２層膜を用いて構成される。なお、軟磁性材であるＮｉＦｅを用いて構成される下部シールド層が下部電極２６を兼ね、軟磁性材であるＮｉＦｅを用いて構成される上部シールド層が上部電極２７を兼ねる。
また、ヘッド側強磁性層２１は、ＣｏＰｔを用いて構成される。
一方、可変抵抗素子１における磁気抵抗効果素子１０の膜構成は前述の通りであるが、上記トンネル磁気抵抗効果素子２と区別するために、前記「強磁性層１１」を以下「抵抗側強磁性層１１」といい、前記「反強磁性層１２」を以下「抵抗側反強磁性層１２」という。
上記構成を備える再生磁気ヘッド３は、トンネル磁気抵抗効果素子２に対して、可変抵抗素子１をシャントさせることによって、当該トンネル磁気抵抗効果素子２の素子面に垂直方向の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることが可能となる。
ここで、特徴的な構成として、ヘッド側強磁性層２１の保磁力（Ｈｃ１と表す）と、抵抗側強磁性層１１の保磁力（Ｈｃ２と表す）とが異なるように設定される。それによって、トンネル磁気抵抗効果素子２においてヘッド側強磁性層２１の着磁方向により方向付けられる自由磁性層２５の磁化方向を所定の方向に保持しつつ、磁気抵抗効果素子１０において抵抗側強磁性層１１の着磁方向により方向付けられる第２の磁性層１５の磁化方向を挟角θで規定される任意の方向に設定することが可能となる（図６Ｂ、６Ｄ参照）。
より詳しくは、Ｈｃ１＜Ｈｃ２の場合には、図６Ａに示すように、再生磁気ヘッド３全体すなわちヘッド側強磁性層２１および抵抗側強磁性層１１の両方を挟角θで斜め方向（矢印Ｂ方向）に同時に着磁をし、その後、図６Ｂに示すように、抵抗側強磁性層１１を着磁させず且つヘッド側強磁性層２１の着磁が可能な外部磁場を印加して、ヘッド側強磁性層２１のみを所定の横方向（矢印Ｅ方向：浮上面Ｆに平行な方向）に着磁をすることで、結果的に、第２の磁性層１５の磁化方向を挟角θで規定される方向に設定することが可能となる。
一方、Ｈｃ１＞Ｈｃ２の場合には、図６Ｃに示すように、再生磁気ヘッド３全体すなわちヘッド側強磁性層２１および抵抗側強磁性層１１の両方を所定の横方向（矢印Ｅ方向）に同時に着磁をし、その後、図６Ｄに示すように、ヘッド側強磁性層２１を着磁させず且つ抵抗側強磁性層１１の着磁が可能な外部磁場を印加して、抵抗側強磁性層１１のみを挟角θで斜め方向（矢印Ｂ方向）に着磁をすることで、結果的に、第２の磁性層１５の磁化方向を挟角θで規定される方向に設定することが可能となる。
さらに、ヘッド側強磁性層２１の保磁力（Ｈｃ１）が、抵抗側強磁性層１１の保磁力（Ｈｃ２）よりも大きくなるように設定する構成の場合には、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子２の抵抗（ＲＡ）の値に対応させて、抵抗側強磁性層１１着磁方向すなわち挟角θの設定を行うことが可能となる。すなわち、ばらつきが生じ得るＲＡの値が定まった後に、その値に対応させて、可変抵抗素子１の抵抗値を最適値に設定することが可能となる。
上記のように、ヘッド側強磁性層２１の保磁力（Ｈｃ１）と、抵抗側強磁性層１１の保磁力（Ｈｃ２）とを、それぞれ所定の方向に別個に設定することが可能となることにより、トンネル磁気抵抗効果素子２を備える再生磁気ヘッド３に、可変抵抗素子１を内蔵させて形成することが可能となる。その結果、製造コストの削減および再生磁気ヘッド３が搭載される装置の小型化が可能となる。
一方、トンネル磁気抵抗効果素子２を備える再生磁気ヘッド３に可変抵抗素子１を内蔵させる構成において、可変抵抗素子１の磁気抵抗効果素子１０における非磁性層１４と、トンネル磁気抵抗効果素子２におけるバリア層２４とを同一材料を用いて構成し、当該磁気抵抗効果素子１０とトンネル磁気抵抗効果素子２とを同一の膜構成とすれば、トンネル磁気抵抗効果素子２と可変抵抗素子１の磁気抵抗効果素子１０とを同一の成膜工程によって製造することが可能となる。例えば、磁気抵抗効果素子１０とトンネル磁気抵抗効果素子２とが同一の膜構成を備えるＴＭＲ素子からなる場合が考えられる。その結果、製造工程が飛躍的に簡素化されて、製造コスト削減・製造時間短縮・製造設備の簡素化等の効果を奏する。
ただし、ヘッド側強磁性層２１と抵抗側強磁性層１１とは、異なる保磁力を有する必要があるため、異なる工程により成膜する必要がある。
なお、再生磁気ヘッド３に、可変抵抗素子１を内蔵させて形成する場合には、トンネル磁気抵抗効果素子２に対する浮上面加工工程において、可変抵抗素子１における磁気抵抗効果素子１０が加工されないように構成されることが好適である。
続いて、本発明の実施の形態に係る磁気抵抗デバイスの構成について説明する。
当該磁気抵抗デバイスの例として、図７に示すように、再生磁気ヘッド３は、磁気記録媒体（磁気記録ディスク）４０との間で情報を記録し、情報を再生するヘッドスライダ３２に組み込まれ、さらに、ヘッドスライダ３２はサスペンション３４に搭載され、サスペンション３４の端部を固定し、回動自在なアクチュエータアーム３６と、サスペンション３４及びアクチュエータアーム３６上の絶縁された導電線（不図示）を通じて、前記可変抵抗素子１がシャントされたトンネル磁気抵抗効果素子２に電気的に接続され、磁気記録ディスク４０に記録された情報を読み取るための電気信号を検出する回路とを有する記憶装置３０として構成される。その作用として、磁気記録ディスク４０が回転駆動されることにより、ヘッドスライダ３２がディスク面から浮上し、磁気記録ディスク４０との間で情報を記録し、情報を再生する操作がなされる。
例えば、バリア層２４にＭｇＯを用いるトンネル磁気抵抗効果素子２を用いることによって、非常に高い磁気抵抗効果が得られるため、再生磁気ヘッド３の再生出力を高めることが可能となる。
さらに、トンネル磁気抵抗効果素子２は、可変抵抗素子１をシャントさせる構成を備えることによって、バリア層であるＭｇＯ層の薄層化手段を用いることなく、素子における面直方向の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることによって、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能な記憶装置が提供される。
また、他の実施の形態に係る磁気抵抗デバイスの例として、ＴＭＲ素子を利用したメモリ素子であるＭＲＡＭ（不図示）への利用が考えられる。ＭＲＡＭは、バリア層を挟む配置に磁化固定層とフリー層を設けたもので、外部から作用させた磁界によってフリー層の磁化の向きが変化した状態をメモリとして記憶するものである。 本実施の形態に係る可変抵抗素子１をシャントさせたトンネル磁気抵抗効果素子２を上記メモリ素子として採用することで、メモリ素子としての記憶特性を向上させることが可能となる。
以上、本実施の形態に係る可変抵抗素子によれば、ＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子を用いた薄膜可変抵抗体の実現が可能となる。特に、トンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として、再生磁気ヘッドに内蔵することが可能となる。
また、トンネル磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子とを同一工程において製造することが可能となる。
さらに、当該再生磁気ヘッドによれば、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）に対応させて、可変抵抗素子の抵抗値を最適値に設定することが可能となる。
当該再生磁気ヘッドを用いる記憶装置によれば、トンネル磁気抵抗効果素子をシャントさせる可変抵抗素子を備えて、バリア層であるＭｇＯ層の薄層化手段を用いることなく、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることが可能となり、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能となる。
ところで、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値は、浮上面加工のばらつきにより素子高さが変化して、ばらつきが生じる。また、当該抵抗値は、バリア層の膜厚にも大きく影響されるが、バリア層の膜厚もスパッタ成膜の条件によってばらつきが生じる。したがって、ＴＭＲ膜を成膜した後のトンネル磁気抵抗効果素子を用いて再生磁気ヘッドとして加工した後、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値に応じて、シャント抵抗の値を設定することが望ましい。これに加えて、従来は、再生磁気ヘッドに埋め込む可変抵抗体がなかった。
以下に開示する、可変抵抗素子１は、トンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として、当該トンネル磁気抵抗効果素子を用いる再生磁気ヘッドに内蔵させることが可能であり、且つ、再生磁気ヘッドとして加工された後のトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値に応じて、シャント抵抗の抵抗値を最適値に設定することが可能な可変抵抗体の実現を図るものである。
ここで、本発明の実施の形態に係る可変抵抗素子１の構成について、図１の断面図および図２の上面図を用いて説明する。可変抵抗素子１は、磁気抵抗効果素子１０と、当該磁気抵抗効果素子１０をその素子面内において取り囲む強磁性層１１とを備えて構成される。
より詳しくは、図２に示すように、磁気抵抗効果素子１０は、素子面内において、円形に形成される。また、強磁性層１１は、内周が円形のいわゆるリング状に形成される。一例として、強磁性層１１は、ＣｏＰｔを用いて構成されると共に、磁気抵抗効果素子１０の中心と、強磁性層１１（円孔部１１ａ）の中心とが一致するように配設される。
ここで、磁気抵抗効果素子１０の膜構成として、反強磁性層１２と、反強磁性層１２により磁化が固定されている第１の磁性層１３と、強磁性層１１の磁界で磁化が固定されている第２の磁性層１５と、第１の磁性層１３と第２の磁性層１５との間に配置される非磁性層１４とを備える（図１参照）。なお、図中の符号１６は下部電極であり、符号１７は上部電極である。また、Ｎ、ＳはそれぞれＮ極、Ｓ極を表す。
第一の実施の形態として、磁気抵抗効果素子１０には、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が用いられる。
ＴＭＲ素子の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、反強磁性層１２は、Ｍｎ系反強磁性材からなるＩｒＭｎを用いて構成される。第１の磁性層１３は、強磁性材のＣｏＦｅを用いて構成される。非磁性層１４は、絶縁性材料のＭｇＯを用いて構成される。第２の磁性層１５は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの２層膜を用いて構成される。
第二の実施の形態として、磁気抵抗効果素子１０には、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が用いられる。
ＧＭＲ素子の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、反強磁性層１２は、Ｍｎ系反強磁性材からなるＩｒＭｎを用いて構成される。第１の磁性層１３は、強磁性材のＣｏＦｅを用いて構成される。非磁性層１４は、導電性材料のＣｕを用いて構成される。第２の磁性層１５は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＺｒＮｂの３層膜を用いて構成される。
なお、上記ＧＭＲ素子として、ＣＰＰ－ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ－ＧＭＲ）素子の場合を例にとって説明したが、ＣＩＰ－ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ－ＧＭＲ）素子を用いても構わない。ただし、その場合は、素子の面内方向に電流を流すため、図１とは異なる電極構成となる（不図示）。
次に、可変抵抗素子１の作用について説明する。図２に示すように、強磁性層１１は、中央に円孔部１１ａを備えるリング状であることにより、当該強磁性層１１の着磁方向（矢印Ｂ方向）を３６０度自由に設定することが可能となる。ただし、実効性の観点からは１８０度の範囲で自由に設定できれば足りる。ここで、第２の磁性層１５の磁化方向（矢印Ｄ方向）は、円孔部１１ａに生じる漏れ磁界（矢印Ｃ方向）によって固定され、当該漏れ磁界と同一の方向となる。さらに、漏れ磁界の方向は、強磁性層１１の着磁方向と同一の方向となることから、結果的に、第２の磁性層１５の磁化方向（矢印Ｄ方向）は、強磁性層１１の着磁方向（矢印Ｂ方向）と同一の方向となる。
したがって、強磁性層１１の着磁方向を制御することによって、第２の磁性層１５の磁化方向を３６０度自由に設定することが可能となる。ただし、実効性の観点からは１８０度の範囲で自由に設定できれば足りる。なお、円孔部１１ａは上記漏れ磁界を一様化するために円形に形成することが好適であるが、その他、楕円形、矩形等とすることも可能である。また、当該漏れ磁界に対する反磁界を一様化するために、磁気抵抗効果素子１０は円形に形成することが好適であるが、その他、楕円形、矩形等とすることも可能である。
その一方、上部電極１６と下部電極１７とによって磁気抵抗効果素子１０に電圧を印加したときの、当該素子面に垂直な方向の抵抗（面積抵抗：ＲＡ［Ω・ｍ２］）は、反強磁性層１２の交換結合作用によって固定されている第１の磁性層１３の磁化方向（矢印Ａ方向）と、第２の磁性層１５の磁化方向（矢印Ｄ方向）との挟角θ［度］に対応して変化する。より具体的には、θ＝０［度］のときに、ＲＡが最小値となり、θ＝１８０［度］のときに、ＲＡが最大値となる。
このようにして、磁気抵抗効果素子１０と強磁性層１１とを備えて構成される可変抵抗素子１において、抵抗を変化させる作用を生じさせることが可能となる。
続いて、本発明の実施の形態に係る再生磁気ヘッド３の構成について説明する。
図５の要部説明図に示すように、再生磁気ヘッド３は、トンネル磁気抵抗効果素子２と前述の可変抵抗素子１とを備え、当該トンネル磁気抵抗効果素子２と可変抵抗素子１とが、並列回路に配置されて構成される。
ＴＭＲ素子からなるトンネル磁気抵抗効果素子２は、図３の断面図および図４の上面図に示すように、その膜構成として、ヘッド側反強磁性層２２と、ヘッド側反強磁性層２２により磁化が固定されている固定磁性層２３と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層２５と、固定磁性層２３と自由磁性層２５との間に配置されるバリア層２４とを備える。
また、トンネル磁気抵抗効果素子２は、当該素子面内における当該素子両側にヘッド側強磁性層２１と、素子面内の上下に電極２６および２７とを備えて構成される。
トンネル磁気抵抗効果素子２の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、ヘッド側反強磁性層２２は、Ｍｎ系反強磁性材からなるＩｒＭｎを用いて構成される。固定磁性層２３は、強磁性材のＣｏＦｅを用いて構成される。バリア層２４は、絶縁性材料のＭｇＯを用いて構成される。自由磁性層２５は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの２層膜を用いて構成される。なお、軟磁性材であるＮｉＦｅを用いて構成される下部シールド層が下部電極２６を兼ね、軟磁性材であるＮｉＦｅを用いて構成される上部シールド層が上部電極２７を兼ねる。
また、ヘッド側強磁性層２１は、ＣｏＰｔを用いて構成される。
一方、可変抵抗素子１における磁気抵抗効果素子１０の膜構成は前述の通りであるが、上記トンネル磁気抵抗効果素子２と区別するために、前記「強磁性層１１」を以下「抵抗側強磁性層１１」といい、前記「反強磁性層１２」を以下「抵抗側反強磁性層１２」という。
上記構成を備える再生磁気ヘッド３は、トンネル磁気抵抗効果素子２に対して、可変抵抗素子１をシャントさせることによって、当該トンネル磁気抵抗効果素子２の素子面に垂直方向の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることが可能となる。
ここで、特徴的な構成として、ヘッド側強磁性層２１の保磁力（Ｈｃ１と表す）と、抵抗側強磁性層１１の保磁力（Ｈｃ２と表す）とが異なるように設定される。それによって、トンネル磁気抵抗効果素子２においてヘッド側強磁性層２１の着磁方向により方向付けられる自由磁性層２５の磁化方向を所定の方向に保持しつつ、磁気抵抗効果素子１０において抵抗側強磁性層１１の着磁方向により方向付けられる第２の磁性層１５の磁化方向を挟角θで規定される任意の方向に設定することが可能となる（図６Ｂ、６Ｄ参照）。
より詳しくは、Ｈｃ１＜Ｈｃ２の場合には、図６Ａに示すように、再生磁気ヘッド３全体すなわちヘッド側強磁性層２１および抵抗側強磁性層１１の両方を挟角θで斜め方向（矢印Ｂ方向）に同時に着磁をし、その後、図６Ｂに示すように、抵抗側強磁性層１１を着磁させず且つヘッド側強磁性層２１の着磁が可能な外部磁場を印加して、ヘッド側強磁性層２１のみを所定の横方向（矢印Ｅ方向：浮上面Ｆに平行な方向）に着磁をすることで、結果的に、第２の磁性層１５の磁化方向を挟角θで規定される方向に設定することが可能となる。
一方、Ｈｃ１＞Ｈｃ２の場合には、図６Ｃに示すように、再生磁気ヘッド３全体すなわちヘッド側強磁性層２１および抵抗側強磁性層１１の両方を所定の横方向（矢印Ｅ方向）に同時に着磁をし、その後、図６Ｄに示すように、ヘッド側強磁性層２１を着磁させず且つ抵抗側強磁性層１１の着磁が可能な外部磁場を印加して、抵抗側強磁性層１１のみを挟角θで斜め方向（矢印Ｂ方向）に着磁をすることで、結果的に、第２の磁性層１５の磁化方向を挟角θで規定される方向に設定することが可能となる。
さらに、ヘッド側強磁性層２１の保磁力（Ｈｃ１）が、抵抗側強磁性層１１の保磁力（Ｈｃ２）よりも大きくなるように設定する構成の場合には、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子２の抵抗（ＲＡ）の値に対応させて、抵抗側強磁性層１１着磁方向すなわち挟角θの設定を行うことが可能となる。すなわち、ばらつきが生じ得るＲＡの値が定まった後に、その値に対応させて、可変抵抗素子１の抵抗値を最適値に設定することが可能となる。
上記のように、ヘッド側強磁性層２１の保磁力（Ｈｃ１）と、抵抗側強磁性層１１の保磁力（Ｈｃ２）とを、それぞれ所定の方向に別個に設定することが可能となることにより、トンネル磁気抵抗効果素子２を備える再生磁気ヘッド３に、可変抵抗素子１を内蔵させて形成することが可能となる。その結果、製造コストの削減および再生磁気ヘッド３が搭載される装置の小型化が可能となる。
一方、トンネル磁気抵抗効果素子２を備える再生磁気ヘッド３に可変抵抗素子１を内蔵させる構成において、可変抵抗素子１の磁気抵抗効果素子１０における非磁性層１４と、トンネル磁気抵抗効果素子２におけるバリア層２４とを同一材料を用いて構成し、当該磁気抵抗効果素子１０とトンネル磁気抵抗効果素子２とを同一の膜構成とすれば、トンネル磁気抵抗効果素子２と可変抵抗素子１の磁気抵抗効果素子１０とを同一の成膜工程によって製造することが可能となる。例えば、磁気抵抗効果素子１０とトンネル磁気抵抗効果素子２とが同一の膜構成を備えるＴＭＲ素子からなる場合が考えられる。その結果、製造工程が飛躍的に簡素化されて、製造コスト削減・製造時間短縮・製造設備の簡素化等の効果を奏する。
ただし、ヘッド側強磁性層２１と抵抗側強磁性層１１とは、異なる保磁力を有する必要があるため、異なる工程により成膜する必要がある。
なお、再生磁気ヘッド３に、可変抵抗素子１を内蔵させて形成する場合には、トンネル磁気抵抗効果素子２に対する浮上面加工工程において、可変抵抗素子１における磁気抵抗効果素子１０が加工されないように構成されることが好適である。
続いて、本発明の実施の形態に係る磁気抵抗デバイスの構成について説明する。
当該磁気抵抗デバイスの例として、図７に示すように、再生磁気ヘッド３は、磁気記録媒体（磁気記録ディスク）４０との間で情報を記録し、情報を再生するヘッドスライダ３２に組み込まれ、さらに、ヘッドスライダ３２はサスペンション３４に搭載され、サスペンション３４の端部を固定し、回動自在なアクチュエータアーム３６と、サスペンション３４及びアクチュエータアーム３６上の絶縁された導電線（不図示）を通じて、前記可変抵抗素子１がシャントされたトンネル磁気抵抗効果素子２に電気的に接続され、磁気記録ディスク４０に記録された情報を読み取るための電気信号を検出する回路とを有する記憶装置３０として構成される。その作用として、磁気記録ディスク４０が回転駆動されることにより、ヘッドスライダ３２がディスク面から浮上し、磁気記録ディスク４０との間で情報を記録し、情報を再生する操作がなされる。
例えば、バリア層２４にＭｇＯを用いるトンネル磁気抵抗効果素子２を用いることによって、非常に高い磁気抵抗効果が得られるため、再生磁気ヘッド３の再生出力を高めることが可能となる。
さらに、トンネル磁気抵抗効果素子２は、可変抵抗素子１をシャントさせる構成を備えることによって、バリア層であるＭｇＯ層の薄層化手段を用いることなく、素子における面直方向の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることによって、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能な記憶装置が提供される。
また、他の実施の形態に係る磁気抵抗デバイスの例として、ＴＭＲ素子を利用したメモリ素子であるＭＲＡＭ（不図示）への利用が考えられる。ＭＲＡＭは、バリア層を挟む配置に磁化固定層とフリー層を設けたもので、外部から作用させた磁界によってフリー層の磁化の向きが変化した状態をメモリとして記憶するものである。 本実施の形態に係る可変抵抗素子１をシャントさせたトンネル磁気抵抗効果素子２を上記メモリ素子として採用することで、メモリ素子としての記憶特性を向上させることが可能となる。
以上、本実施の形態に係る可変抵抗素子によれば、ＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子を用いた薄膜可変抵抗体の実現が可能となる。特に、トンネル磁気抵抗効果素子のシャント抵抗として、再生磁気ヘッドに内蔵することが可能となる。
また、トンネル磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子とを同一工程において製造することが可能となる。
さらに、当該再生磁気ヘッドによれば、成膜後、素子として加工されたトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）に対応させて、可変抵抗素子の抵抗値を最適値に設定することが可能となる。
当該再生磁気ヘッドを用いる記憶装置によれば、トンネル磁気抵抗効果素子をシャントさせる可変抵抗素子を備えて、バリア層であるＭｇＯ層の薄層化手段を用いることなく、当該トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗値（ＲＡ値）を低下させることが可能となり、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能となる。
Claims (9)
- 磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む強磁性層を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、該反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記強磁性層の磁界で磁化が固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されること
を特徴とする可変抵抗素子。
- 前記磁気抵抗効果素子は、素子面内において、円形であること
を特徴とする請求項１記載の可変抵抗素子。
- 前記強磁性層は、素子面内において、内周が円形であること
を特徴とする請求項１または請求項２記載可変抵抗素子。
- トンネル磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子とを備え、
前記トンネル磁気抵抗効果素子は、ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層とから構成され、
素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、
前記可変抵抗素子は、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有し、
該磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成され、
前記トンネル磁気抵抗効果素子と前記可変抵抗素子とが、並列回路に配置されていること
を特徴とする再生磁気ヘッド。
- 前記ヘッド側強磁性層と前記抵抗側強磁性層は保磁力が異なること
を特徴とする請求項４記載の再生磁気ヘッド。
- 前記ヘッド側強磁性層の保磁力が、前記抵抗側強磁性層の保磁力よりも大きいこと
を特徴とする請求項５記載の再生磁気ヘッド。
- 前記非磁性層が前記バリア層と同一材料で形成され、
前記磁気抵抗効果素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と同一の膜構成であること
を特徴とする請求項４～６のいずれか一項記載の再生磁気ヘッド。
- ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層と、からなるトンネル磁気抵抗効果素子を有し、
磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有する可変抵抗素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と並列回路に配置されており、
前記トンネル磁気抵抗効果素子は、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、
前記磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されている再生磁気ヘッドの製造方法であって、
前記トンネル磁気抵抗効果素子と前記磁気抵抗効果素子が同一工程で形成されること
を特徴とする再生磁気ヘッドの製造方法。
- ヘッド側反強磁性層と、該ヘッド側反強磁性層により磁化が固定されている固定磁性層と、外部磁界に応じて磁化回転する自由磁性層と、該固定磁性層と該自由磁性層の間に配置されるバリア層と、からなるトンネル磁気抵抗効果素子を有し、磁気抵抗効果素子を素子面内において取り囲む抵抗側強磁性層を有する可変抵抗素子が、前記トンネル磁気抵抗効果素子と並列回路に配置されている再生磁気ヘッドと、
前記再生磁気ヘッドを備えたヘッドスライダと、
前記ヘッドスライダを支持するサスペンションと、
前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、
前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気抵抗効果素子及び可変抵抗素子に電流を流し、媒体に記録された情報を読取るための電気信号を検出する回路とを有する記憶装置であって、
前記トンネル磁気抵抗効果素子は、素子面内において素子両側にヘッド側強磁性層と、素子面内の上下に電極とを有し、
前記磁気抵抗効果素子は、抵抗側反強磁性層と、該抵抗側反強磁性層により磁化が固定されている第１の磁性層と、前記抵抗側強磁性層の磁界で固定されている第２の磁性層と、該第１の磁性層と該第２の磁性層の間に配置される非磁性層とから構成されていること
を特徴とする記憶装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2008/050477 WO2009090739A1 (ja) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 可変抵抗素子およびそれを用いた磁気抵抗デバイスとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2008/050477 WO2009090739A1 (ja) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 可変抵抗素子およびそれを用いた磁気抵抗デバイスとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009090739A1 true WO2009090739A1 (ja) | 2009-07-23 |
Family
ID=40885149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2008/050477 WO2009090739A1 (ja) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 可変抵抗素子およびそれを用いた磁気抵抗デバイスとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2009090739A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019107444A1 (de) | 2018-03-23 | 2019-09-26 | Tdk Corporation | Magnetoresistive Vorrichtung |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217471A (ja) * | 2001-01-18 | 2002-08-02 | Fujitsu Ltd | 強磁性トンネル接合素子及びその製造方法 |
| JP2004128430A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-04-22 | Toshiba Corp | 磁気記憶装置及びその製造方法 |
-
2008
- 2008-01-17 WO PCT/JP2008/050477 patent/WO2009090739A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217471A (ja) * | 2001-01-18 | 2002-08-02 | Fujitsu Ltd | 強磁性トンネル接合素子及びその製造方法 |
| JP2004128430A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-04-22 | Toshiba Corp | 磁気記憶装置及びその製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019107444A1 (de) | 2018-03-23 | 2019-09-26 | Tdk Corporation | Magnetoresistive Vorrichtung |
| US10672421B2 (en) | 2018-03-23 | 2020-06-02 | Tdk Corporation | Magnetoresistive device with bias magnetic field generation unit having main and side portions partially surrounding free layer perimeter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8760817B2 (en) | Three-terminal design for spin accumulation magnetic sensor | |
| US6657823B2 (en) | Differential detection read sensor, thin film head for perpendicular magnetic recording and perpendicular magnetic recording apparatus | |
| JP2003281705A (ja) | 磁気ヘッド、磁気ヘッドジンバルアッセンブリ、磁気記録再生装置及び磁性メモリ | |
| JP2007048972A (ja) | 磁気抵抗効果素子、基体、ウエハ、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、磁気メモリ素子、磁気センサアセンブリ、および磁気抵抗効果素子の製造方法 | |
| JP2008112496A (ja) | 磁気抵抗効果型再生磁気ヘッド及びその再生磁気ヘッドを用いた磁気記録装置 | |
| JP4147118B2 (ja) | ３端子型磁気ヘッドとそれを搭載した磁気記録再生装置 | |
| JP2007531179A (ja) | 安定化スピンバルブヘッドとその製造方法 | |
| JP2005209248A (ja) | 磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 | |
| JP2005167214A (ja) | 磁気記憶装置のフリー層における磁気歪を制御する方法および装置 | |
| JP2004319060A (ja) | 薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法 | |
| JP2007116003A (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 | |
| JP2000306221A (ja) | 磁気抵抗効果ヘッドおよびその製造方法 | |
| US20160099014A1 (en) | Magnetoresistive element, method of manufacturing magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic recording and reading apparatus | |
| CN100367352C (zh) | 磁阻磁头以及磁记录-复制装置 | |
| JP2001134910A (ja) | 磁気抵抗センサ及び薄膜磁気ヘッド | |
| JP2001307308A (ja) | 磁気抵抗効果型ヘッドおよび情報再生装置 | |
| JP2000057538A (ja) | 磁気抵抗センサを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置 | |
| JP2009283094A (ja) | 磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置 | |
| JP2004355682A (ja) | 薄膜磁気ヘッド | |
| WO2009090739A1 (ja) | 可変抵抗素子およびそれを用いた磁気抵抗デバイスとその製造方法 | |
| JP3569259B2 (ja) | 垂直通電型磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、および磁気記録再生装置 | |
| JP3593077B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 | |
| US8295015B2 (en) | Magnetoresistive element, thin film magnetic head, magnetic head slider, head gimbal assembly, head arm assembly and magnetic disk device | |
| JP2009076778A (ja) | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗デバイス | |
| JP2008130112A (ja) | 磁気抵抗効果型再生磁気ヘッド及びその再生磁気ヘッドを用いた磁気記録装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 08703337 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 08703337 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |